Ein Motor, der beim Anlauf die Schutzeinrichtung auslöst, ein Kabel, das nach einer Regenzeit ausfällt, oder ein Transformator, der seit Monaten eingelagert ist: In allen drei Fällen lautet die erste Frage gleich – in welchem Zustand ist die Isolation? Die Isolationswiderstandsmessung (IR, im Betrieb oft „Megger-Prüfung“ genannt) ist das schnellste und kostengünstigste Werkzeug, um sie zu beantworten, allerdings nur, wenn die richtige Spannung verwendet, auf die Temperatur korrigiert und das Ergebnis als Trend interpretiert wird, wobei für rotierende Maschinen IEEE 43 als Referenz dient.
Was die Isolationswiderstandsmessung tatsächlich misst
Legt man eine Gleichspannung zwischen Leiter und Erde an, setzt sich der Gesamtstrom durch die Isolation aus drei Komponenten zusammen:
- Kapazitiver Ladestrom: lädt die Kapazität der Wicklung oder des Kabels auf und klingt innerhalb von Sekunden ab.
- Absorptionsstrom (Polarisationsstrom): entsteht durch die Ausrichtung von Dipolen im Dielektrikum und klingt langsam ab, über mehrere Minuten.
- Leitungsstrom und Oberflächenkriechstrom: ist praktisch konstant und nimmt mit Feuchtigkeit, Verschmutzung, Kohlenstaub oder Rissen zu.
Eine intakte Isolation weist geringe Kriechströme auf, sodass der Gesamtstrom über mehrere Minuten weiter sinkt und der scheinbare Widerstand steigt. Bei einer feuchten oder verschmutzten Isolation dominiert der Kriechstrom: Der Messwert stabilisiert sich früh und auf niedrigem Niveau.
Einzelmessung, PI und DAR
Einzelmessung (Spot-Test)
Die Spannung wird für eine feste Dauer angelegt, üblicherweise eine Minute, und der Messwert wird aufgezeichnet (IR1min). Dies ist nützlich für den Vergleich mit einem Mindestwert und vor allem mit der Historie desselben Betriebsmittels, sofern Spannung, Anschluss und Temperatur vergleichbar sind.
Polarisationsindex (PI)
PI = IR10min / IR1min. Da es sich um ein Verhältnis zweier Messwerte desselben Betriebsmittels bei gleicher Temperatur handelt, hängt er wesentlich weniger von der Temperatur ab als die Einzelmessung. IEEE 43 empfiehlt PI-Mindestwerte von 1.5 für Isolierungen der Wärmeklasse A und 2.0 für die Klassen B, F und H. Dieselbe Richtlinie weist darauf hin, dass der PI bei einem auf 40 °C korrigierten IR1min von mehr als etwa 5000 MΩ möglicherweise nicht aussagekräftig ist und nicht allein zur Zurückweisung des Betriebsmittels herangezogen werden sollte.
Dielektrisches Absorptionsverhältnis (DAR)
Das DAR vergleicht zwei kürzere Messwerte, üblicherweise IR60s / IR30s. Es ist praktisch, wenn keine Zeit für eine 10-Minuten-Prüfung bleibt, oder bei kleinen Betriebsmitteln mit geringer Kapazität, bei denen die Absorption schnell abgeschlossen ist. IEEE 43 legt keine Grenzwerte für das DAR fest; die Abnahmekriterien stammen von den Messgeräteherstellern oder aus den internen Verfahren des jeweiligen Werks, und es empfiehlt sich, das DAR als Trend zu verwenden.
Wahl der Prüfspannung
Für Wicklungen rotierender Maschinen empfiehlt IEEE 43 die Gleichspannung in Abhängigkeit von der Bemessungsspannung der Wicklung:
| Bemessungsspannung der Wicklung (V) | Empfohlene DC-Prüfspannung (V) |
|---|---|
| Unter 1000 | 500 |
| 1000 bis 2500 | 500 bis 1000 |
| 2501 bis 5000 | 1000 bis 2500 |
| 5001 bis 12 000 | 2500 bis 5000 |
| Über 12 000 | 5000 bis 10 000 |
Bei Kabeln und Transformatoren wird die Spannung durch die anwendbare Norm, die Herstellerspezifikation oder das Verfahren des Kunden festgelegt. Für Mittelspannungskabel mit gealterter VPE-Isolierung (XLPE) rät IEEE 400 von DC-Hochspannungsprüfungen ab; dort erfolgt die Bewertung mit höherer Beanspruchung mit VLF nach IEEE 400.2, und der Isolationswiderstand bleibt eine Diagnoseprüfung bei niedriger Spannung. Für die Trendverfolgung ist es entscheidend, stets dieselbe Spannung zu verwenden.
Temperaturkorrektur
Der Isolationswiderstand sinkt mit steigender Temperatur annähernd exponentiell. Deshalb verlangt IEEE 43, die Messwerte rotierender Maschinen auf 40 °C zu beziehen. Die klassische Faustregel, nach der sich der Widerstand pro 10 °C Temperaturanstieg halbiert, dient als Orientierung, doch die Richtlinie selbst räumt ein, dass dies je nach Material variiert; am zuverlässigsten ist es, dasselbe Betriebsmittel bei mehreren Temperaturen zu messen und seine Kurve zu ermitteln oder zumindest stets die Wicklungstemperatur (nicht die Umgebungstemperatur) zu erfassen und unter ähnlichen Bedingungen zu prüfen. Bei Transformatoren erfolgt die Korrektur mit den vom Hersteller angegebenen Faktoren oder nach dem Leitfaden IEEE C57.152.
Interpretation nach Betriebsmitteltyp und anhand von Trends
Motoren und Generatoren
IEEE 43 schlägt Mindestwerte für IR1min bei 40 °C vor: 100 MΩ für die meisten AC-Wicklungen mit Formspulen und DC-Anker, die nach etwa 1970 gefertigt wurden; 5 MΩ für Träufelwicklungen und Formspulenwicklungen unter 1 kV; sowie kV+1 MΩ für ältere Wicklungen. Ein Wert, der den Mindestwert erfüllt, gegenüber der vorherigen Messung jedoch deutlich gesunken ist, ist ein Anlass für eine Untersuchung.
Kabel
Der Widerstand hängt von der Länge ab (je länger, desto geringer der Widerstand), daher wird mit früheren Messungen desselben Stromkreises oder mit auf einen Kilometer normierten Werten verglichen. Prüfen Sie jede Phase gegen die beiden anderen und den Schirm, die geerdet sind, und reinigen Sie die Endverschlüsse, um Oberflächenkriechströme nicht mit einem Isolationsfehler zu verwechseln.
Transformatoren
Gemessen werden Oberspannung gegen Unterspannung und Erde, Unterspannung gegen Oberspannung und Erde sowie Oberspannung gegen Unterspannung. Bei ölgefüllten Transformatoren ist der PI meist niedriger als bei rotierenden Maschinen und wird nicht mit denselben Grenzwerten bewertet; die Ergebnisse werden durch Verlustfaktor, Ölanalyse und Übersetzungsverhältnis ergänzt.
Trends lesen
Ein einzelner Messwert sagt wenig aus. Tragen Sie den korrigierten IR und den PI bei jeder Wartung mit demselben Messgerät, derselben Spannung und demselben Anschluss in ein Diagramm ein. Ein anhaltender Rückgang deutet auf fortschreitende Feuchtigkeit oder Verschmutzung hin, ein plötzlicher Abfall auf eine Beschädigung oder eindringendes Wasser. Ein sinkender PI bei gleichbleibendem IR kann auf Oberflächenverschmutzung hinweisen.
Checkliste für den Einsatz vor Ort
- Führen Sie Freischalten/LOTO durch, stellen Sie die Spannungsfreiheit fest und erden Sie vor dem Anschließen, gemäß NOM-029-STPS-2011 (mexikanische Norm des STPS, des mexikanischen Ministeriums für Arbeit und Sozialfürsorge, zur Sicherheit bei Instandhaltungsarbeiten an elektrischen Anlagen).
- Trennen Sie Frequenzumrichter, Kondensatoren, Überspannungsableiter und Elektronik ab, die nicht mit der Prüfspannung beaufschlagt werden dürfen.
- Erfassen Sie Wicklungstemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Sauberkeitszustand.
- Verwenden Sie dieselbe Spannung und dieselbe Anschlusskonfiguration wie bei früheren Prüfungen; nutzen Sie gegebenenfalls den Schutzanschluss (Guard), um Oberflächenkriechströme auszuschließen.
- Nehmen Sie Messwerte nach 30 s, 1 min und 10 min auf, um Einzelmessung, DAR und PI in einer einzigen Prüfung zu erhalten.
- Entladen Sie das Betriebsmittel nach Abschluss gegen Erde; IEEE 43 empfiehlt eine Erdungsdauer von mindestens dem Vierfachen der Spannungsanlegezeit.
- Korrigieren Sie auf die Bezugstemperatur und tragen Sie das Ergebnis in die Historie der Anlage ein.
Hochspannungsprüfungen dürfen nur von qualifizierten Personen durchgeführt werden, bei außer Betrieb genommenem Betriebsmittel und unter Anwendung von Freischalt- und Kennzeichnungsverfahren.
Häufig gestellte Fragen
Ersetzt der PI die Einzelmessung?
Nein. Beide ergänzen sich: Die korrigierte Einzelmessung zeigt das absolute Isolationsniveau, der PI die Form der Absorptionskurve. IEEE 43 bewertet beide.
Kann ich einen Motor prüfen, der an seinem Frequenzumrichter angeschlossen ist?
Das wird nicht empfohlen. Trennen Sie den Motor an seinen Klemmen vom Frequenzumrichter; die Prüfspannung kann die Elektronik beschädigen, und der Messwert würde den Umrichter und das Kabel mit einschließen.
Wie oft sollte ich messen?
Das hängt von der Kritikalität, der Umgebung und der Historie des Betriebsmittels ab. Üblich ist es, die Messung in jede geplante vorbeugende Wartung aufzunehmen, vor dem Zuschalten eingelagerter Betriebsmittel und nach jedem Feuchtigkeitsereignis oder Fehler.
Bei CreativeIT Group führen wir Isolationswiderstandsprüfungen an Kabeln und Wicklungen vor Ort oder im Labor durch, dokumentiert mit Fotos und Video und auf Wunsch in Ihrer Anwesenheit. Außerdem bieten wir Isolationsanalysen mit Megger, Hipot und VLF, Miete von 10-kV-Isolationsmessgeräten und den Verkauf von Isolationsmessgeräten mit Rückführbarkeit auf NIST. Unsere Ingenieure übernehmen die Auswertung und antworten noch am selben Tag: fordern Sie Ihr Angebot an, rufen Sie an unter (81) 4777 6921 oder schreiben Sie an info@creativeit.mx.
