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Vorbereitung sicherer Messgeräte für den Einsatz in der Praxis

10. Nov 2020 | Sicherheit

Elektrizität kann gewaltige Energien freisetzen. Bei mangelnder Vorsicht ist sie gefährlich, bei Nutzung der falschen Geräte und Werkzeuge möglicherweise sogar tödlich.

Ein gut konstruiertes Multimeter schützt vor Stromschlägen und Lichtbogenexplosionen. Es ist für Messkategorie III spezifiziert und wird durch ein unabhängiges Prüflabor geprüft und zertifiziert. Wenn das Messgerät nicht ordnungsgemäß spezifiziert und zertifiziert ist, gibt es keine Möglichkeit zu erkennen, ob es den erforderlichen Schutz gegen elektrische Transienten bietet, die zu einem Versagen der Isolierung oder einer Lichtbogenexplosion führen können.

Daher nimmt Fluke die Produktprüfung sehr ernst. Im Product Compliance Laboratory werden die Fluke Test- und Messgeräte härter geprüft als in den Normen festgelegt ist, um die Sicherheitsanforderungen zu übertreffen. „Wir setzen die Geräte einer Vielzahl vorhersehbarer (korrekter und falscher) Gebrauchsszenarien aus, um den Bedingungen gerecht zu werden, die wir bei unseren Kunden beobachtet haben“, sagt Thomas Smith, Product Compliance Manager. „Sobald wir wissen, dass die Geräte sich in unseren Prüfungen als ausreichend sicher und robust erweisen, können wir uns darauf verlassen, dass sie in der Praxis ein hohes Maß an Schutz bieten.“

Bevor ein Fluke Produkt von einem unabhängigen Prüfdienstleister zertifiziert wird, wird es bei Fluke einer Reihe von Leistungs- und Sicherheitsprüfungen unterzogen. Es wird Hitze ausgesetzt, kommt ins Gefrierfach, wird in Wasser getaucht, von Staub eingehüllt, geschüttelt, auf den Boden geworfen und Stromschlägen ausgesetzt.

Fluke Labor für Umweltsicherheit Das Team des „Product Compliance Laboratory“, von links nach rechts: Becky Faulk, Michael Meisner, James Lenker, Thomas Smith, John Morton, Chris Settle, Gary Allen und Shahram Pourmoghadam.

Prüfung auf Sicherheit und Zuverlässigkeit

Das Product Compliance Laboratory von Fluke ist mit Prüfaufbauten ausgestattet, die von den Wänden in die Mitte des großen, gut beleuchteten Raums ragen. Sicherheitsingenieure – Fachleute für Prüfprotokolle und verschiedene Sicherheitsnormen – bringen die Messgeräte und Instrumente von Fluke bis an ihre Grenzen. „Wir prüfen mindestens eine Ebene härter als in den Normen festgelegt ist. Zudem hat unsere Arbeit durch den vorhersehbaren falschen Gebrauch der Geräte zur Entwicklung neuer Standardanforderungen geführt“, so Smith.

Fluke verwendet eine Vielzahl von Prüfungen, um Konstruktionsschwächen oder -fehler aufzudecken, die dann im endgültigen Gerät behoben werden können. So bietet Fluke den größtmöglichen Schutz vor den Risiken bei der Arbeit mit elektrischen Systemen.

Fluke arbeitet mit allen größeren anerkannten nationalen Prüflaboren (NRTLs) zusammen, darunter: CSA (Canadian Standards Association), UL (Underwriters Laboratories), TÜV (Technischer Überwachungs-Verein) und ETL/Intertek. Das Fluke Product Compliance Laboratory ist durch die CSA akkreditiert, Produkte zu prüfen und mit dem Zertifizierungszeichen zu versehen. Die Prüfverfahren werden im Detail erläutert und genauestens eingehalten. Sobald ein Produkt die entsprechenden Prüfungen durchlaufen hat, wird die Dokumentation zur Genehmigung und Registrierung versandt.

Das Fluke Labor wird in regelmäßigen Audits kontrolliert, um sicherzustellen, dass die Prüfungen den von den nationalen und internationalen Behörden und Normen gestellten Anforderungen entsprechen. Jede Prüfung wird präzise konzipiert und die verwendeten Messgeräte werden kalibriert, damit die Anforderungen der jeweiligen Norm erfüllt werden.

Im Folgenden finden Sie Beispiele für Vorgehensweisen der Prüfungen von Fluke. Alle robusten und hochwertigen Messgeräte sollten ähnlichen Prüfungen unterzogen werden.

Impulstest

Der Impulstest simuliert einen Transienten an einer elektrischen Anlage durch Blitzeinschläge in der Nähe oder andere große elektrische Störungen durch Schaltanlagen. Ein Messgerät wird in eine Kammer gestellt und mit einem Impuls von Tausenden Volt beaufschlagt, um zu prüfen, ob der Schutz des Messgeräts zerstört wird, versagt oder ob ein Lichtbogen entsteht. Zur Erzeugung von Hochspannungstransienten und Fehlerstrom gemäß nationalen und internationalen Normen wird ein spezieller Prüfaufbau eingesetzt.

Impulstest

Michael Meisner bereitet ein Fluke Messgerät auf den Impulstest vor.

Multifunktionelle Überlastprüfung

Ein Messgerät sollte auch in der Lage sein, versehentlichen Überlasten bei den unterschiedlichen Funktionen des Messgeräts standzuhalten. Dieser Grundsatz ist so wichtig, dass er in die aktuellen Sicherheitsnormen wurde. Fluke simuliert dies durch die multifunktionelle Überlastprüfung Bei dieser Prüfung wird das nicht auf Spannungsmessung eingestellte Multimeter einer hochenergetischen Spannung ausgesetzt. So wird ein Fall geprüft, bei dem ein Bediener versehentlich Spannung an ein nicht auf Spannungsmessung eingestelltes Gerät anlegt. Dies kann auftreten, wenn der Bediener die Leitungen an den Stromeingangsbuchsen belässt und die Leitungen dann versehentlich mit einer Spannungsquelle verbindet: Damit hat er einen Kurzschluss im Messgerät erzeugt.

Stark beschleunigte Lebensdauerprüfung (Highly Accelerated Lifetime Test, HALT)

Um eine lange Lebensdauer seiner Messgeräte zu gewährleisten, verwendet Fluke stark beschleunigte Lebensdauerprüfungen (HALT). Die Prüfung kombiniert hochfrequente 6-Achsen-Schwingungen bei einem Effektivwert von über 150 g (effektiv) mit extrem schnellen Temperaturschwankungen, um den Verschleiß während der Lebensdauer zu simulieren. Die Kammer kann die Temperatur binnen Minuten von –100 °C auf 200 °C ändern und so die Fähigkeit des Geräts prüfen, erhöhten und kombinierten Belastungen standzuhalten.

Transport unter rauen Bedingungen

Eine weitere Prüfung simuliert den Transport von Messgeräten unter rauen Bedingungen, z. B. in Geländefahrzeugen, die beim Militär verwendet werden. Ingenieure stellen das Messgerät auf einen Schwingtisch, wo es bei über 3 g (effektiv) mindestens 30 Minuten lang pro Achse geschüttelt wird. Einmal ist keinmal. Bei Fluke werden Messgeräte wiederholt in mehreren Positionen geprüft, um allen denkbaren Umständen Rechnung zu tragen.

Schwingungsprüfung

Ein Messgerät wird zur Schwingungsprüfung befestigt.

Sonstige Prüfungen

  • Elektrostatische Entladung: Widerstand gegen statische Elektrizität
  • Staub- und Wasserschutztests (nach Schutzart IP): Widerstand gegen Eindringen von Staub und Wasser (Tropfwasser, Spritzwasser und Eintauchen je nach Spezifikation)
  • Falltest: wie gut widersteht das Gerät beim Runterfallen, selbst bei der niedrigsten Temperaturspezifikation des Produkts
  • Labortest im schalltoten Raum: hier wird geprüft, ob das Messgerät störende Strahlung abgibt und wie gut es elektromagnetischer Strahlung widersteht, ohne fehlerhafte Messwerte anzuzeigen
  • Temperatur-/Feuchte-/Höhenkammern: Widerstand gegen extreme atmosphärische Bedingungen

Sicherheit deutlich machen

Ein Ausfall in einem Industriebetrieb könnte Hunderte von Mitarbeitern und Geräte zum Stillstand zwingen, Schäden in Millionenhöhe hervorrufen und die Produktion und Umsätze gefährden. Es ist wichtig, dass Instandhaltungsteams über Geräte verfügen, auf die sie sich verlassen können – Geräte, die robust genug sind, um Staub, Wasser, Stürze und Stöße zu überstehen, wie sie in industriellen Umgebungen üblich sind. Profis erwarten von Geräten das gleiche Maß an Genauigkeit, Leistung und Zuverlässigkeit wie von sich selbst. Genau dafür wurden Fluke Test- und Messgeräte konzipiert und entwickelt.

Einzuhaltende Sicherheitsnormen

Die in der Schweiz ansässige Internationale Elektrotechnische Kommission (International Electrotechnical Commission, IEC) hat in ihrer Sicherheitsnorm 61010 Messkategorien (CAT) und Nennspannungen für elektrische Umgebungen festgelegt. Diese CAT-Spezifikationen basieren auf der Art und Weise, wie energiereiche Transienten durch die elektrische Anlage zu angeschlossenen Lasten und zu den Messgeräten gelangen. Anhand der Spezifikationen kann ermittelt werden, welche elektrischen Messgeräte für den jeweiligen Einsatztyp darauf ausgelegt sind, Spannungstransienten standzuhalten.

  • CAT II: einphasige Lasten mit Steckdosenanschluss wie elektrische Geräte und tragbare Werkzeuge
  • CAT III: dreiphasige Verteilung, einschließlich einphasiger gewerblicher Beleuchtung und Geräte an festen Positionen, wie an Schaltanlagen und mehrphasigen Motoren
  • CAT IV: dreiphasig bei Energieversorgungsanschluss, Freileitungen, Energiezähler und Zuführungen der Versorgungskabel

Beispiel: Eine höhere Messkategorie bezieht sich auf eine elektrische Umgebung, in der eine höhere Leistung zur Verfügung steht und höherenergetische Transienten möglich sind. Ein Multimeter, das für CAT III entwickelt wurde, bietet also einen besseren Schutz bei Transienten mit höherer Energie als ein Multimeter, das für CAT II entwickelt wurde.

Forensische Untersuchungen haben ergeben, dass qualitativ unzureichende Messgeräte – die entweder keine Spezifikation der Messkategorie oder eine für die Aufgabe unpassende Spezifikation aufweisen – bei unsachgemäßer Handhabung explodieren können. Daher ist es wichtig, sicherzustellen, dass Ihre elektrischen Messgeräte unabhängig darauf geprüft wurden, dass sie Spannungstransienten überstehen, und auf die Erfüllung der Sicherheitsnormen hin zertifiziert wurden. Normierungsorganisationen wie die IEC und die NFPA sind nicht für die Durchsetzung ihrer Sicherheitsnormen für Messgeräte verantwortlich. Jedes von Ihnen verwendete Messgerät sollte aber so gekennzeichnet sein, dass es von mindestens einem unabhängigen Prüfdienstleister zertifiziert wurde.

Selbst die vorsichtigsten Menschen machen Fehler. Aus diesem Grund sollten Ihre Messgeräte über einen zusätzlichen Spielraum an Schutz verfügen, der Sie absichert, wenn eine unangemessene Spannung angelegt wird. Um die Anforderungen der heutigen energie- und gefahrenreichen Umgebungen zu erfüllen, verbessern führende Hersteller wie Fluke die Sicherheit und Zuverlässigkeit ihrer Messgeräte. Fluke geht noch einen Schritt weiter, wenn es um die Entwicklung und Konstruktion unserer Messgeräte für Ihre Sicherheit geht. Mit ihrem starken Eingangsschutz sind unsere Messgeräte auf eine lange Lebensdauer ausgelegt.

Hier sind fünf häufige Fehler in diesem Bereich:

  1. Einsatz von veralteten oder fehlerhaften Messgeräten
  2. Es wird versäumt, Messgeräte und Messleitungen ordnungsgemäß auf Beschädigung oder Verunreinigung zu prüfen
  3. Verwendung nicht ordnungsgemäß spezifizierter Messgeräte für die Aufgabe
  4. Austausch von Originalsicherungen durch ungeeignete Sicherungen
  5. Arbeit unter Spannung ohne ordnungsgemäße Vorbereitung

PRODUKTHINWEIS: Moderne Digitalmultimeter verfügen über eine spezielle Hochenergie-Sicherung, die den Fehlerstrom, der in einer elektrischen CAT-IV-Anlage auftreten kann, eingrenzen soll. Wenn die Sicherung durch eine nicht geeignete Sicherung ersetzt wird, erhöht sich das Risiko einer Lichtbogenexplosion, wenn eine hochenergetische Spannung versehentlich an die Eingangsklemmen für die Strommessung angelegt wird.