WIE DER ISOLATIONSWIDERSTAND GEMESSEN WIRD
Funktionsweise eines Isolationswiderstandsprüfgerätes
Das Megger®-Isolations-Prüfgerät ist ein tragbares Gerät, das unabhängig von der gewählten Prüfspannung ein direktes Ablesen des Isolationswiderstandes in Ohm, Megohm, Gigaohm oder Teraohm (je nach Modell) ermöglicht. Für eine gute Isolation liegt der Widerstand in der Regel im Megohm-Bereich oder höher. Das Megger-Isolations-Prüfgerät ist im Wesentlichen ein Hochohmmeter mit eingebautem Gleichstromgenerator.
Der Generator des Gerätes, der von Hand gekurbelt, batterie- oder netzbetrieben werden kann, erzeugt eine hohe Gleichspannung, die mehrere kleine Ströme durch die und über den Oberflächen der zu prüfenden Isolation verursacht. Der Gesamtstrom wird mit dem Ohmmeter gemessen, das über eine analoge Anzeigeskala, eine Digitalanzeige oder beides verfügt.
Komponenten des Prüfstroms
Wenn wir eine Prüfspannung an eine Isolation anlegen, dann können wir durch Messung des resultierenden Stroms und Anwendung des Ohmschen Gesetzes (R = E/I) den Widerstand der Isolation berechnen. Leider fließt mehr als ein Strom, was die Sache eher erschwert.
Kapazitiver Ladestrom
Wir alle kennen den Strom, der benötigt wird, um die Kapazität der zu prüfenden Isolation aufzuladen. Dieser Strom ist zunächst groß, aber relativ kurzlebig und fällt exponentiell auf einen Wert nahe Null, wenn der Prüfling aufgeladen wird. Isoliermaterial wird wie ein Dielektrikum in einem Kondensator aufgeladen.
Absorptions- oder Polarisationsstrom
Der Absorptionsstrom setzt sich aus bis zu drei Komponenten zusammen, die über einen Zeitraum von mehreren Minuten mit abnehmender Geschwindigkeit auf einen Wert nahe Null fallen.
Die erste wird durch einen allgemeinen Antrieb der freien Elektronen durch die Isolation unter dem Einfluss des elektrischen Feldes verursacht.
Die zweite wird durch molekulare Verzerrung hervorgerufen, wobei das auferlegte elektrische Feld die negative Ladung der um den Kern zirkulierenden Elektronenschalen in Richtung positiver Spannung verzerrt.
Die dritte ist auf die Ausrichtung der polarisierten Moleküle innerhalb des angelegten elektrischen Feldes zurückzuführen, siehe Abbildung 1. Diese Ausrichtung ist in einem neutralen Zustand ziemlich selten, aber wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, richten sich diese polarisierten Moleküle mehr oder weniger stark an dem Feld aus.
Abbildung 1: Ausrichtung polarisierter Moleküle
Die drei Ströme werden in der Regel zusammen als ein Strom betrachtet und sind hauptsächlich von der Art und dem Zustand des in der Isolation verwendeten bindenden Mittels abhängig. Obwohl der Absorptionsstrom sich Null nähert, dauert der Prozess wesentlich länger als mit kapazitivem Strom.
Die Orientierungspolarisation wird bei absorbierter Feuchtigkeit erhöht, da verunreinigte Materialien stärker polarisiert sind. Dies erhöht den Polarisationsgrad. Die Depolymerisation der Isolation führt ebenfalls zu einem erhöhten Absorptionsstrom. Nicht alle Materialien besitzen alle drei Komponenten, und in der Tat weist Material wie Polyethylen nur eine geringe, wenn überhaupt, Polarisationsabsorption auf.
Oberflächenableitstrom
Der Oberflächenableitstrom ist vorhanden, weil die Oberfläche der Isolation mit Feuchtigkeit oder Salzen verunreinigt ist. Der Strom ist mit der Zeit konstant und hängt vom Grad der vorhandenen Ionisierung ab, der wiederum temperaturabhängig ist. Er wird oft als separater Strom ignoriert und beim Leitungsstrom unter dem gesamten Ableitstrom eingeschlossen.
Leitungsstrom
Der Leitungsstrom ist durch die Isolation konstant und wird in der Regel durch einen sehr hochwertigen Widerstand parallel zur Kapazität der Isolation dargestellt. Er ist Bestandteil des Ableitstroms, also des Stroms, der gemessen wird, wenn die Isolation vollständig aufgeladen ist und die volle Absorption stattgefunden hat. Beachten Sie, dass es sich dabei um eine Oberflächenableitung handelt, die durch die Verwendung der Schutzklemme (wird später erwähnt) reduziert oder beseitigt werden kann.
Die Kurve in Abbildung 2 zeigt die Art der einzelnen Stromkomponenten in Bezug auf die Zeit.
Abbildung 2: Komponenten des Prüfstroms
Der Gesamtstrom ist die Summe dieser Komponenten. (Ableitstrom wird als ein Strom angezeigt.) Dieser Strom kann direkt mit einem Mikroamperemeter oder, in Megohm ausgedrückt, mit einem Megger-Isolations-Prüfgerät bei einer bestimmten Spannung gemessen werden. Einige Geräte bieten die Möglichkeit, eine Messung in Bezug auf Strom oder Widerstand anzuzeigen.
Da der Gesamtstrom von der Zeit abhängt, in der die Spannung angelegt wird, gilt das Ohmsche Gesetz (R = E/I) theoretisch nur zu einer unendlichen Zeit (was bedeutet, dass ewig gewartet werden muss, bevor eine Messung durchgeführt wird). Sie ist auch stark abhängig von einem Basisniveau der Gesamtentladung. Der erste Schritt bei jeder Isolationsprüfung ist daher sicherzustellen, dass die Isolation vollständig entladen ist.
Beachten Sie: Der Ladestrom verschwindet relativ schnell, wenn der Prüfling aufgeladen wird. Größere Einheiten mit mehr Kapazität brauchen länger, um geladen zu werden. Dieser Strom ist gespeicherte Energie und muss aus Sicherheitsgründen nach der Prüfung entladen werden. Glücklicherweise erfolgt die Entladung dieser Energie relativ schnell. Während der Prüfung nimmt der Absorptionsstrom je nach Art der Isolation relativ langsam ab. Auch diese gespeicherte Energie muss am Ende einer Prüfung freigesetzt werden und benötigt eine wesentlich längere Entladungszeit als der kapazitive Ladestrom.
