Motorausfallzeiten senken mit Isolationswiderstandsmessungen

10-31-2016 | Isolationsmessgeräte
  • Messgeräte: Isolationsmessgerät Fluke 1520
  • Durchgeführte Prüfung: Steuerkontakte, Leitungs- und Laststromkreise, Wicklung Phase-Phase und Phase-Erde
  • Betreiber: Buzzell Electric Works motor winding, San Francisco

Der Kundenkreis von Buzzell Electric Works erstreckt sich über das gesamte Gebiet der Bucht von San Francisco. Branche: Motorreparaturen, Neuwicklung und Wartung. Hierzu gehören auch interne und externe Inspektionen, Prüfungen und Beratung. Der Geschäftsführer Matt Buzzell meint: „Unsere Aufgabe besteht in der Problemanalyse und -behebung.“

Buzzells Kunden kommen primär aus dem Industriebereich. Die Firma wartet unter anderem Motoren in Druckerpressen, Löschpumpen, Kühlaggregaten, Aufzügen, Kühlgebläsen. Die Kunden, von Krankenhäusern bis Bürohochhäusern, Eigentumswohnanlagen und Parkhäusern sind vorsichtig bei ihren Wartungsbudgets und brauchen daher einen Notdienst.

Vorarbeiter Mark Toland sagt: „Man könnte glauben, dass wir regelmäßig eine Menge Messdaten sammeln, damit alles glatt läuft. Tatsächlich arbeiten wir aber nicht viel im Bereich der vorausschauenden Instandhaltung bzw. Nachsorge.“ Stattdessen machen sie Notfalleinsätze. Toland: „Der Kunde ruft an, wenn etwas kaputt geht.“

In wartungsorientierten Einrichtungen werden Isolationswiderstands-Prüfungen in eine Datenbank zur Trenddarstellung aufgenommen. In Einrichtungen, die warten, bis etwas kaputt geht, haben die Messdaten für einen Isolationswiderstand eine andere Bedeutung. Toland meint: „Wir verwenden Isolationswiderstands-Prüfungen bei der Fehlersuche als einen Indikator für bestimmte Problembereiche.

Ohne diese Prüfungen bräuchte man länger bei der Fehlersuche und die Kosten wären höher. Das ist ungünstig bei einem kompletten Produktionsausfall. Ein Ausfall ist immer auch ein Notfall.“

Natürlich sind alle Ausfälle problematisch, aber bei Motoren kommen noch zusätzliche Schwierigkeiten hinzu, da ein spezifischer Motorausfall oder seine Ursache nicht unbedingt offensichtlich sind. Wenn ein Motor aufhört zu arbeiten, sieht es oft so aus, als ob die Störung woanders liegt, zumindest nach dem äußeren Erscheinungsbild. Darum versucht ein typischer Eigentümer als Erstes, den Motor neu zu starten. „Das ist keine gute Idee“, meint Toland. „Dies könnte erheblichen Schaden verursachen. Wir bitten den Kunden, zu warten, bis wir eine Isolationswiderstands-Prüfung durchgeführt haben, damit wir feststellen können, ob ein Masseschluss vorliegt. Auf diese Weise können wir verhindern, dass zusätzliche Schäden am Gerät oder der angeschlossenen Ausrüstung entstehen.“

Da Isolationswiderstands-Prüfungen ein wichtiger Teil der Wartung sind, beobachtet Toland regelmäßig den Prüfgerätemarkt und beurteilt, welche Geräte für ihn praxistauglich sein könnten. Er sagt: „Ich brauchte acht Stunden, um Messgeräte zu untersuchen, danach blieb eines übrig, das meinen Anforderungen entsprach. Das Isolationsmessgerät Fluke 1520 deckt meinen gesamten Anforderungsbedarf ab, außer der Kapazitätsprüfung.“

Er war besonders von den Sicherheitsaspekten der Isolationsmessgeräte von Fluke beeindruckt. Er sagt: „Das Messgerät von Fluke zeigt einem genau, wenn eine stromführende Schaltung vorliegt. Andere Geräte tun dies nicht“, meint Toland. „Das Gerät von Fluke legt auch keinen Strom an. Außerdem begrüße ich die Entladung nach dem Test.“

Beide sind von auch von der Messmöglichkeit des Fluke 1520 in niedrigen Ohmbereichen überzeugt. „Man muss Wicklungswiderstände messen können“, sagt Buzzell. „Nur wenige Messgeräte können weniger als 1/10 Ohm anzeigen.“

Prüfungsvorbereitungen

Über lange Trainingsjahre hat Buzzell Erfahrungen gesammelt und Standardverfahren entwickelt, wie er optimal Motorprobleme bestimmen kann. „Wenn ein Kunde uns anruft und sagt, dass seine Produktion ausgefallen ist, dann muss sofort zielgerichtet vorgegangen werden. Wir müssen genau wissen, was wir tun müssen.“

Beim ersten Schritt müssen wir die grundlegenden Tatsachen erfassen.

Toland sagt, „wir springen nicht einfach ins kalte Wasser und beginnen mit unwillkürlichen Messungen. Wir sprechen mit dem Kunden, um herauszufinden, was geschehen ist – vielleicht war es ein Reparaturversuch oder es hat ein Bedienungsfehler den Ausfall verursacht. Durch diese Vorgehensweise können wir uns auf die richtigen Bereiche konzentrieren und damit die Ausfallzeit entsprechend verkürzen.“

Danach wird der Motor besichtigt und es werden grundlegende Fakten gesammelt.

Hierzu gehört die Erfassung von Daten auf dem Typenschild und Messungen mit einem Digitalmultimeter, damit wir die Arbeitsumgebung verstehen, in der der Motor betrieben wird. Zu den Messungen mit dem Digitalmultimeter gehört die Überprüfung der Spannung, der Sicherungen und die Erdungsanschlüsse.

„Während des gesamten Prozesses“, erläutert Toland, „erfassen wir mit all unseren Sinnen die Gesamtsituation. Ein besonderer Geruch kann zum Beispiel ein klares Indiz für ein bestimmtes Szenario sein, wenn man die nötige Erfahrung hat. Wir haben eine ganze Liste von Dingen, die mit der Nase, den Händen oder den Ohren erkannt werden können.“

Steuerkontakte prüfen

Als nächstes führt Buzzell drei Testreihen mit dem Isolationswiderstandsmessgerät aus.

Vor dem eigentlichen Motortest prüft Buzzell die Steuerkontakte auf Kontaktqualität:

  1. Trennen Sie den Starter ab. Befolgen Sie dabei übliche Prozeduren zur Abschaltung und Kennzeichnung.
  2. Betätigen Sie den Starter von Hand, damit die Kontakte schließen.
  3. Stellen Sie das Fluke 1520 auf den niedrigsten Ohmbereich ein.
  4. Messen Sie den Widerstand über jedes Kontaktpaar.
  5. Der Messwert sollte nahezu null betragen. Falls der Messwert über 0,1 Ω liegt, muss das entsprechende Kontaktpaar ersetzt werden.

Isolationswiderstand der Leitung sowie der Lastkreise zur Erde

Als nächstes misst Buzzell den Isolationswiderstand der Leitung sowie der Lastkreise zur Erde.

Vor der Isolationswiderstandsmessung MÜSSEN Sie jedoch UNBEDINGT alle elektronischen Steuerungen und andere Geräte von dem zu prüfenden Stromkreis isolieren. Wie Buzzell sagt, „Diese Spannungen sind nicht sehr nett zu ihnen.“ Dann gilt:

  1. Trennen Sie den Starter ab. Befolgen Sie dabei übliche Prozeduren zur Abschaltung und Sicherung gegen Wiedereinschalten.
  2. Schalten Sie das 1520 auf die entsprechende Prüfspannung (250, 500 oder 1.000 V).
  3. Bestimmen Sie den Widerstand zwischen diesen Punkten:
  • Auf der Leitungsseite des Starters zur Erde
  • Auf der Lastseite des Starters zur Erde

Der Test wurde erfolgreich bestanden, wenn Netz- und Laststromkreise einen hohen Widerstand aufweisen. „Für einwandfreien und sicheren Betrieb muss der Widerstand gegen Masse mindestens 2 MΩ bei Wechselstromgeräten und 1 MΩ bei Gleichstromgeräten betragen“, sagt Toland.

Hinweis: Verschiedene Unternehmen geben unterschiedliche Mindestwerte für den Isolationswiderstand bei gebrauchten Geräten an, von 1 bis 10 MΩ. Der Widerstand bei neuen Geräten sollte viel höher ausfallen, zwischen 100 bis 200 MΩ.

Fahren Sie mit dem nächsten Test fort, wenn die Widerstandswerte auf der Lastseite zulässig sind. Wenn dies nicht der Fall ist, verfolgen Sie das Problem zurück: Befindet sich der Isolationsdurchschlag auf der Lastseite des Starters, in den Leitungen oder im Motor?

Wicklungswiderstand von Phase-Phase und Phase-Erde

Buzzell führt die dritte Testreihe am Motor aus und misst den Wicklungswiderstand von Phase-Phase und Phase-Erde.

Da er eine Fehlersuche im Gegensatz zu einer vorausschauenden Instandhaltung durchführt, speichert Buzzell die Messdaten nicht bzw. führt keine Trenddarstellung durch, um festzustellen, ob die Isolierung schwächer wird. Er führt stattdessen „Zeitpunkt“-Messungen durch.

Gute Ergebnisse:

  • Ausgeglichene Niedrigwiderstands-Vergleichswerte bei allen drei Statorphasen
  • Hohe Widerstandswerte bei der Isolationsprüfung von Phase an Erde

Probleme:

  • Starkes Widerstandsdefizit wie z. B. ein Kurzschluss bei Phase-Phase.
  • Unsymmetrischer Widerstand Wicklung zu Wicklung. Die Messwerte dürfen nur geringfügig abweichen, andernfalls kann der Motor nicht gefahrlos eingeschaltet werden.

Integration

Es existiert kein Allroundtest, der Dir mitteilt, ob ein Motor gut oder schlecht ist. Matt Buzzell sagt: „Alle Tests für sich allein sind nicht aussagekräftig, man muss sie alle zusammen durchführen. Nur weil ein guter Messwert angezeigt wird, heißt das nicht, dass etwas immer noch nicht stimmt. Bei einem schlechten Messwert weiß man allerdings, dass etwas garantiert nicht stimmt.“

Nachfolgend die gesamte Prüfroutine vom Anfang bis zum Ende

  • Führen Sie eine Sicht- und Geruchsprüfung durch. Befragen Sie den Anlagenbediener und prüfen Sie das Typenschild.
  • Prüfen Sie mit einem Digitalmultimeter die Versorgungsspannung und die Spannung hinter den Starterkontakten.

Toland meint: „Es wäre unverantwortlich, ein Feuer aufgrund eines möglicherweise kurzgeschlossenen Motors zu riskieren.“

Falls die Stromversorgung einwandfrei funktioniert, liegt ein Motordefekt vor. Danach müssen die folgenden Prüfungen durchgeführt werden.

A. Isolierung an Erde
B. Ausgeglichener Widerstand bei Phase-Phase (3 Messungen für 3 Phasen)
C. Anschlussqualität – Motor an Einspeisung

Für all diese Elemente, Messungen mit dem Digitalmultimeter, Prüfung des Isolationswiderstands und kompetente Sichtprüfung, gilt: Fehlt eines dieser Verfahren, dann sind die Ergebnisse nicht aussagekräftig.