Was ist ein Isolations-Multimeter?

10-31-2016 | Isolationsmessgeräte

Beim Fluke Isolations-Multimeter der Serie 15x7 handelt es sich um ein neuartiges Messgerät, das ein Echteffektiv-Digitalmultimeter und ein Isolationsmessgerät kombiniert. Es ist ein integriertes Messgerät für die Wartung und Fehlersuche bei Motor- und elektrischen Energieverteilungssystemen sowie bei der Produktionsausrüstung.

Wenn Sie dieses Messgerät bei sich tragen, können Sie Isolierungen öfter prüfen und damit Ihre Wartungstests gründlicher und die Fehlersuche effektiver gestalten. Sie sparen außerdem Zeit, denn Sie müssen nicht in die Werkstatt zurück laufen, um ein Isolationsmessgerät zu holen. In diesem Anwendungsbericht werden die Messfunktionen dieser neuartigen Geräteart besprochen und es wird an zwei Beispielen verdeutlicht, wie diese Funktionen zusammenarbeiten.

Übersicht der Messfunktionen
Durch eine höhere Schaltkreisdichte und moderne Sicherheitseinrichtungen können Techniker nun mehrere Messgeräte kombinieren, ohne Kompromisse bei Größe, Funktionen bei der Fehlersuche oder Sicherheitsmerkmalen eingehen zu müssen.

Die Isolations-Multimeter der Serie 15x7 sind sicherheitsspezifiziert nach EN 61010 CAT IV 600 V und CAT III 1.000 V. Sie sind für Zuführungen der Versorgungskabel bei maximal 600 V geeignet und impulsmodulierten Wechselrichter-DC-Zwischenkreisen bis maximal 1.000 V.

In der Tabelle auf der nächsten Seite werden alle am Isolations-Multimeter verfügbaren Messdaten aufgelistet, sowie Beispiele zur Fehlersuche.

Messdaten-FehlersucheAnwendungsbereiche
V Wechselspannung
  • Netzspannungspegel
  • Unsymmetrie bei der Phasenspannung
V Wechselspannung mit Tiefpassfilter
  • „Hüllkurven“-Spannungsmessung beim impulsmodulierten Motorantriebsausgang
V Gleichspannung
  • Akkuspannung
  • Spannung bei der Gleichstromversorgung in elektronischen Geräten
  • DC-Zwischenkreise bei Motorantrieben und unterbrechungsfreien Stromversorgungen
Strommessung mit Stromzange
  • Betriebsstrom
  • Strom-Unsymmetrie
Ampere, mitlaufend
  • Schwachstromsteuerkreise wie bei 4 bis 20 mA oder Alarmanlagen
Widerstand
  • Spulenwiderstand in Schützen, Relais
  • Kontaktwiderstand in Schaltern, Leistungsschaltern
  • Zur Prüfung von Widerstandstemperaturfühlern (RTDs) oder Thermistoren
  • Dehnungsmesser prüfen
Durchgangsprüfung
  • Leiterintegrität prüfen
  • Unversehrte Anschlüsse
  • Sicherungen prüfen
Isolationswiderstandsmessungen
  • Auf Verschlechterung der Isolierung an angeschlossenem Kanal prüfen
  • Auf Verschlechterung der Isolierung zwischen Leitern in einem Kanal, Rohr ö. ä. prüfen
  • Auf Verschlechterung der Wicklungsisolierung am angeschlossenen Rahmen prüfen
  • Auf Verschlechterung der Isolierung in Transformatoren prüfen
Temperatur*
  • Die Lufttemperatur in HLK-Systemen prüfen
  • Die Oberflächentemperatur bei Motorgehäusen prüfen
  • Die Oberflächentemperatur der Gehäuse von Schaltanlagen und Transformatoren prüfen
  • Thermometer, Thermostate oder Temperaturtransmitter bestätigen
Frequenz
  • Generatorleistung prüfen
  • Den Impulsausgang an den Durchflusssensoren prüfen
  • Den Impulsausgang an optischen Gebern prüfen
  • Die „sechsstufige“ Motorantriebs-Ausgangsfrequenz prüfen
Frequenz mit Tiefpassfilter
  • Die impulsmodulierte Motorantrieb-Ausgangsfrequenz prüfen
Kapazitätsmessung

Richtige Kapazität prüfen von:

  • Filterkondensatoren bei Gleichstromversorgung
  • Motorstart- und Betriebskondensatoren
Diode
  • Prüfung von Gleichrichterdioden auf Kurzschlüsse und Unterbrechungen bei Stromversorgungen, Motorantrieben und USVs/LEDs
Min/Max/Mittelwert-Aufzeichnung
  • Auf Abfall und Anstieg der Wechselstromleitungsspannung prüfen
  • Verwendung bei Stromeinstellungen zur Nachverfolgung der Max-Last
  • Nachverfolgung der Temperaturunterschiede
Sonstiges
  • Druck, mit geeignetem Zubehör, wie z. B. PV350

Beispiel: Motor stellt in kritischen Situationen ab

Ein Standardmotor mit 230 V betreibt das Gebläse in einem pneumatischen Zuführsystem. Der Motor verwendet einen elektromagnetischen Starter. Gegen Ende der vierteljährlichen Steuerabrechnung, wenn die Produktion im Werk auf Hochtouren läuft, macht der Motor einige Minuten lang schreckliche Geräusche und löst danach eine Sicherung aus. Es scheint, dass dies häufiger vorkommt.

Da spannungsfreie Prüfungen aus Sicherheitsgründen bevorzugt werden, führen Sie diese zuerst durch. Sie verwenden die geeigneten Verfahren zur Sperrung/Kennzeichnung, damit Sie sicherstellen können, dass der Kreis während der Prüfungen spannungsfrei bleibt.

Sie prüfen die Isolierung zwischen Phase und Erde. Sie beginnen die Prüfung am Starter, da Sie so die Leiter für die Motorspeisung und die Wicklungen prüfen. Am Starter befestigen Sie die Leitung „–“ des Isolations-Multimeters an den Metallkanal mit der im Lieferumfang enthaltenen Krokodilklemme. Sie stellen den Prüfpegel auf 500 V ein und prüfen eine der Phasen mit der Prüfspitze „+“. Es wird ein Wert von 0,8 MΩ angezeigt, niedriger, als Sie es erwartet hatten. Da die Motorwicklungen innerhalb des Motors verbunden sind und einen Gleichstromdurchgang mit geringem Widerstand darstellen, werden alle Phasenleiter und Wicklungen auf die Prüfspannung angehoben.

Das heißt, dass ein Phasenleiter oder eine Motorwicklung einen schlechten Isolationswiderstand hat, aber welcher/welche? Sie trennen den Motor am Verteilerkasten. Sie prüfen den Isolationswiderstand zwischen den Motorwicklungen und dem Motorgehäuse (Erde). Der Isolationswiderstand der Wicklungen befindet sich im Gigaohm-Bereich. Das Problem liegt also nicht beim Motor.

Sie beschließen, den Verteilerkasten des Motors näher zu untersuchen und bemerken eine geringfügige Verfärbung. Als der Motor installiert wurde, wurde zu viel Isolierung vom Leiter der Phase B entfernt. Bei hoher Last wird ein Bogen vom Leiter zum angeschlossenen Kanal gebildet. Der Aufbau von Kohlenstoff vereinfachte die Kurzschlussbildung einerseits, andererseits wurde aber das Problem auch schneller durch das Isolations-Multimeter erkannt.

Beispiel: Schlechter Antrieb, schlechter Motor oder keines von beiden?

Ein impulsmodulierter Motorantrieb wird beim Antrieb eines Materialförderers verwendet. Er ist über eine Trennsicherung an das Stromnetz angeschlossen und hat bis vor kurzem einwandfrei funktioniert. Manchmal arbeitet der Motor einwandfrei, aber manchmal, nach etwa 15 bis 30 Minuten wird die Sicherung ausgelöst, die den Antrieb von Phase B oder C speist. Es scheint, dass B oder C eher zufällig öffnen. Nachdem die Sicherung ausgetauscht und der Antrieb wieder mit Spannung versorgt wurde, besteht der einzige Fehler in einer Meldung über Stromausfall. Was ist das Problem und warum ist es erst jetzt aufgetreten? Ist der Antrieb beschädigt?

Natürlich haben Sie Ihr Isolations-Multimeter dabei. Da Sie wieder nicht wissen, warum die Sicherung öffnet, entscheiden Sie sich dazu, das System zuerst spannungsfrei zu prüfen. Sie trennen und kennzeichnen den Trennschalter.

Es ist unwahrscheinlich, dass das Problem beim Motor liegt, da der Motorantrieb über modernste Diagnoseverfahren verfügt, bei denen die Antriebsleistung fortwährend überwacht wird. Käme das Problem vom Motor, dann würde der Antrieb zuerst versagen, bevor eine Sicherung auslöst. Das Öffnen der Sicherung deutet mit großer Wahrscheinlichkeit auf ein Überstromproblem hin, wie zum Beispiel ein intermittierender Kurzschluss. Sie können also auf der Leitungsseite des Antriebs beginnen.

Vielleicht überprüfen Sie die Leiter vom Trennschalter zum Antrieb. Man sollte keine Isolationsprüfungsspannung am Eingang des Antriebs anlegen und Sie trennen deshalb den Antrieb von der Leitung. Sie prüfen mit Ihrem Isolations-Multimeter den Isolationswiderstand aller Erdungsanschlüsse der Leiter und aller Leiter an die anderen beiden Anschlüsse. Die Messwerte der Isolationswiderstände liegen alle oberhalb 1 Gigaohm, was bedeutet, dass es sich nicht um ein Problem bei der Isolierung handelt.

Sie möchten den Antriebs-Eingangskreis als Problemquelle ausschließen. Der Antrieb verwendet eine Diodengleichrichterbrücke beim Eingang und Sie verwenden zur Prüfung die Diodenfunktion des Messgeräts. Trotzdem finden Sie keine kurzgeschlossenen oder geöffneten Dioden.

Durch die spannungsfreien Prüfungen konnten Kabel- und Antriebskurzschlüsse ausgeschlossen werden. Aus diesem Grund schließen Sie den Antrieb und alle abgeklemmten Vorrichtungen wieder an und starten das System. Der Antrieb startet problemlos. Sie stellen sicher, dass Sie die geeignete Schutzausrüstung tragen, bevor Sie ein Gehäuse zu Messzwecken öffnen.

Der Motor springt problemlos an und Sie gehen dazu über, die Antriebsleistung zu prüfen. Sie verwenden die Funktion für die Tiefpassfilter-Spannung, um die Antriebsleistung zu messen. Diese Funktion Ihres Isolations-Multimeters verwendet einen Tiefpassfilter bei der impulsmodulierten Signalform, mit der Sie die Spannung der impulsmodulierten Hüllkurve anstatt einzelner Impulse messen können. Damit haben Sie einen direkten Vergleich der Antriebsangaben mit der Messanzeige. Sie stellen fest, dass die Phasen symmetrisch sind und mit der Antriebsanzeige übereinstimmen. Sie verwenden außerdem die Funktion für die Tiefpassfilter-Funktion, um Ausgangsfrequenz des Antriebs zu messen. Die Ausgangsfrequenz erscheint logisch im Vergleich mit der Antriebsanzeige. Es scheint, dass der Antrieb nicht ordnungsgemäß funktioniert.

Sie wenden sich als nächstes dem Eingang des Antriebs zu. Bei der Messung stellen Sie fest, dass die Netzspannung am Eingang und Phase A deutlich unter derjenigen der beiden anderen Phasen liegt. Danach schließen Sie eine Stromzange an Ihr Isolations-Multimeter an und prüfen die Phasenströme. Sie stellen fest, dass die Ströme der Phasen B und C zu hoch und der Strom von Phase A zu niedrig ist. Es stellt sich heraus, dass sowohl Antrieb als auch der Motor einwandfrei funktionieren. Irgendetwas hat die Netzspannung gestört.

Bei der Überprüfung der Leitung stellen Sie fest, dass jemand einen ungewöhnlichen einphasigen Industrieofen an Phase A angeschlossen hat, ohne dies gemeldet zu haben. Hierdurch entstand die Spannungs-Unsymmetrie. Der Antrieb hat mehr Strom von den beiden anderen Phasen gezogen, um den Verlust auszugleichen, und so entscheidet der Zufall, welche Sicherung zuerst öffnet.

Die Ofenproblematik wurde geklärt und der Motor hat seitdem problemlos gearbeitet. Durch die Verwendung des Isolations-Multimeters konnten Sie das Problem schnell diagnostizieren und damit gleichzeitig auch die Integrität des Isolierungssystems.