Was ist Isolation und warum wird sie abgebaut?

Was ist Isolation und warum wird sie abgebaut?

Die elektrische Isolation verschlechtert sich im Laufe der Zeit durch verschiedene Belastungen, die ihr während ihrer normalen Lebensdauer auferlegt werden. Die Isolation ist so ausgelegt, dass sie diesen Belastungen über einen Zeitraum von Jahren standhält, was als Lebensdauer der Isolation angesehen werden kann. Dies hält häufig über Jahrzehnte an.

Abnormale Belastungen können zu einer Verstärkung dieses natürlichen Alterungsprozesses führen, was die Lebensdauer der Isolation stark verkürzen kann. Aus diesem Grund ist es ratsam, regelmäßig zu prüfen, ob ein verstärkter Alterungsprozess stattfindet, und, wenn möglich, festzustellen, ob die Auswirkungen reversibel sind oder nicht.

Der Zweck der diagnostischen Isolationsprüfung ist: 

• Identifizierung eines verstärkten Alterungsprozesses. 
• Identifizierung der Ursache dieser Alterung. 
• Identifizierung, wenn möglich, der geeignetsten Maßnahmen zur Korrektur des Zustands.

In ihrer einfachsten Form ist die diagnostische Prüfung eine „Stichprobenprüfung“. Der größte Teil elektrischen Wartungspersonals hat Stichproben durchgeführt, bei denen eine Spannung an die Isolation angelegt und ein Widerstand gemessen wird. Die Diagnose beschränkt sich in diesem Fall auf „die Isolation ist gut“ oder „die Isolation ist schlecht“. Aber was tun wir, nachdem wir diese Diagnose erstellt haben? Es ist etwa so, als ob Sie mit einem starken Husten zum Arzt gehen und der Arzt einfach sagt:„Sie haben einen starken Husten“. Sie wären nicht zufrieden, wenn Sie nur diese Information erhielten. Sie erwarten, dass der Arzt/die Ärztin Sie untersucht, ein paar Tests durchführt und Ihnen sagt, warum Sie einen starken Husten haben und was Sie tun müssen, um den Husten zu behandeln.

Bei der Isolationsprüfung ist die alleinige Stichprobenprüfung das Äquivalent einer ärztlichen Feststellung, die besagt, ob es Ihnen gut geht oder ob Sie krank sind. Das sind sehr geringfügige Informationen. Dies ist die Art der Prüfung, die normalerweise auf Niederspannungsschaltungen angewendet wird, bei denen die Kosten eines Ausfalls gering sind und die Geräte einfach und kostengünstig ausgetauscht werden können. Da es sich bei den zu prüfenden Geräten um Niederspannungsgeräte handelt, werden diese Prüfungen in der Regel mit einer Prüfspannung von 500 oder 1000 V durchgeführt und sind dem gesamten elektrischen Wartungspersonal bekannt.

Wenn der Arzt/die Ärztin jedoch die Ergebnisse seiner Untersuchung notiert und mit den vorigen vergleicht, kann sich ein Verlauf abzeichnen, der zur Verschreibung von Medikamenten führen könnte. Werden also Isolationswiderstands-Messwerte aufgezeichnet und mit zuvor ermittelten Werten verglichen, kann möglicherweise ein Trend erkennbar sein, und gegebenenfalls sind Abhilfemaßnahmen erforderlich.

WAS IST ISOLATION?

Jede elektrische Leitung in einer Anlage, ob in einem Motor, Generator, Kabel, Schalter, Transformator usw., ist mit einer Art elektrischer Isolation versehen. Während der Draht selbst ein guter Leiter (normalerweise aus Kupfer oder Aluminium) des elektrischen Stroms ist, der Elektrogeräte antreibt, muss die Isolation dem Strom widerstehen und den Strom in seinem Pfad entlang des Leiters halten. Das Verständnis des Ohmschen Gesetzes, das in der folgenden Gleichung ausgedrückt wird, ist der Schlüssel zum Verständnis der Isolationsprüfung: 

E = I x R

Hierbei gilt: 

E = Spannung in Volt 

I = Strom in Ampere 

R = Widerstand in Ohm

Für einen bestimmten Widerstand gilt: Je höher die Spannung, desto größer der Strom. Je geringer der Widerstand des Drahtes, desto mehr Strom fließt bei gleicher Spannung.

Keine Isolation ist perfekt (hat einen unendlichen Widerstand), also fließt etwas Strom entlang der Isolation oder durch sie zur Erde. Ein solcher Strom mag für die meisten praktischen Zwecke unbedeutend klein sein, aber er ist die Grundlage für Isolations-Prüfgeräte. 

Was ist also „gute“ Isolation? „Gut“ bedeutet einen relativ hohen Widerstand gegen den Stromfluss. Bei der Beschreibung eines Isoliermaterials bedeutet „gut“ auch „die Fähigkeit, einen hohen Widerstand aufrechtzuerhalten“. Die Messung des Widerstandes kann Ihnen sagen, wie „gut“ die Isolation ist.

Was führt zu einer Verschlechterung der Isolation?

Es gibt fünf Hauptursachen für die Verschlechterung der Isolation. Sie wirken aufeinander ein und führen zu einer allmählichen Abnahme der Isolationsqualität.

Elektrische Belastung

Die Isolation ist für eine bestimmte Anwendung ausgelegt. Über- und Unterspannungen verursachen anormale Spannungen innerhalb der Isolation, die zu Rissen oder Delamination der Isolation führen können.

Mechanische Belastung

Mechanische Schäden, wie z. B. das Treffen eines Kabels während des Grabens, können sehr leicht passieren, aber auch mechanische Belastungen können auftreten, wenn eine Maschine unausgewogen betrieben wird oder es zu häufigem Ein- und Ausschalten kommt. Die durch den Betrieb der Maschine entstehenden Schwingungen können zu Defekten in der Isolation führen.

Chemischer Angriff

Es wird normalerweise erwartet, dass die Isolation durch korrosive Dämpfe beeinträchtigt wird, doch auch Schmutz und Öl können die Wirksamkeit der Isolation verringern.

Thermische Belastung

Das Betreiben einer Maschine bei übermäßiger Hitze oder Kälte führt zu einer Überdehnung oder Kontraktion der Isolation, was zu Rissen und Ausfällen führen könnte. Aber auch bei jedem Ein- und Ausschalten einer Maschine entstehen thermische Belastungen. Wenn die Maschine nicht für einen unregelmäßigen Betrieb ausgelegt ist, wird jedes Ein- und Ausschalten den Alterungsprozess der Isolation negativ beeinflussen.

Umgebungslasten

Umgebungslasten umfassen eine Vielzahl von Faktoren, die von Luftfeuchtigkeit aus Prozessen über Luftfeuchtigkeit an einem schwülen Tag bis hin zu Angriffen durch Nagetiere reichen, die sich in die Isolation fressen.

Die Isolation beginnt sich zu verschlechtern, sobald sie in Betrieb genommen wird. Die Isolation ist in jeder Anwendung so ausgelegt, dass sie unter normalen Betriebsbedingungen über viele Jahre hinweg gute Leistungen erbringt. Anormale Bedingungen können jedoch einen schädigenden Effekt haben, der, wenn er nicht überprüft wird, die Verschlechterung beschleunigt und letztendlich zu einem Versagen der Isolation führt. Eine Isolation gilt als fehlerhaft, wenn sie nicht ausreichend verhindert, dass elektrischer Strom in unerwünschten Pfaden fließt. Dazu gehört der Stromfluss über die Außen- oder Innenflächen der Isolation (Oberflächenableitstrom), durch den Isolierkörper (Leitungsstrom) oder andere Gründe.

So können z. B. Nadellöcher oder Risse in der Isolation entstehen oder Feuchtigkeit und Fremdkörper in die Oberfläche(n) eindringen. Diese Verunreinigungen ionisieren leicht unter der Wirkung einer angelegten Spannung und bieten einen niederohmigen Pfad für den Oberflächenableitstrom, der im Vergleich zu trockenen, nicht verschmutzten Oberflächen zunimmt. Die Reinigung und Trocknung der Isolation kann jedoch leicht Abhilfe schaffen.

Andere Störfaktoren der Isolation können eine Verschlechterung hervorrufen, die nicht so leicht zu beheben ist. Sobald sich jedoch die Isolation verschlechtert, tragen die verschiedenen Verursacher untereinander dazu bei, die Verschlechterung zu verstärken.