Isolationsmessung langer Kabel: Ladezeit und sichere Entladung beachten

→ Produktkategorie: Elektrische Mess- und Prüfgeräte

 

Lange elektrische Kabel verhalten sich bei einer Isolationsmessung nicht wie ein einfacher hochohmiger Widerstand. Zwischen Leitern, Schirm und Erde entsteht über die gesamte Kabellänge eine elektrische Kapazität. Je länger das Kabel ist, desto größer ist normalerweise auch diese Kapazität.

Wird bei der Isolationsprüfung eine Gleichspannung von beispielsweise 500 V, 1.000 V oder mehreren Kilovolt angelegt, muss diese Kabelkapazität zunächst aufgeladen werden. Während dieser Ladephase fließt ein teilweise erheblicher kapazitiver Ladestrom.

Der angezeigte Isolationswiderstand kann deshalb unmittelbar nach Beginn der Prüfung deutlich niedriger sein und anschließend kontinuierlich ansteigen.

Bei langen Kabeln darf ein früh abgelesener Messwert deshalb nicht automatisch als schlechter Isolationswiderstand interpretiert werden. Das Kabel muss zunächst ausreichend geladen und der Messwert stabilisiert werden.

Ebenso wichtig ist das Ende der Prüfung. Ein auf mehrere hundert oder mehrere tausend Volt geladenes Kabel speichert elektrische Energie und muss anschließend kontrolliert entladen werden. Die Messleitungen dürfen deshalb nicht unmittelbar nach Beendigung der Isolationsmessung entfernt werden.

Geeignete Prüfgeräte finden Sie unter elektrische Mess- und Prüfgeräte bei ICS Schneider.

Warum verhält sich ein langes Kabel wie ein Kondensator?

In einem Kabel befinden sich elektrisch leitfähige Komponenten, die durch Isolierstoffe voneinander getrennt sind.

Beispielsweise:

• Leiter gegen Leiter,
• Leiter gegen Schirm,
• Leiter gegen metallischen Mantel,
• Leiter gegen Erde.

Diese Anordnung entspricht physikalisch einem Kondensator.

Bei kurzen Leitungen

ist die resultierende Kapazität häufig so klein, dass der Einfluss bei einer normalen Isolationsprüfung kaum auffällt.

Bei langen Kabeln

addiert sich dagegen die Kapazität über die gesamte Kabellänge.

Aus einem lokal kleinen Wert kann dadurch eine Gesamtkapazität im Bereich von:

mehreren 100 nF

oder:

mehreren µF

werden.

Für den Isolationsprüfer stellt das Kabel deshalb zunächst eine kapazitive Last dar, die auf die eingestellte Prüfspannung aufgeladen werden muss.

Wie steigt die Kabelkapazität mit der Länge?

Ist die längenbezogene Kapazität des Kabels bekannt, kann die Gesamtkapazität näherungsweise berechnet werden.

C = C' · L

mit:

• C = Gesamtkapazität,
• C' = Kapazität pro Längeneinheit,
• L = Kabellänge.

Beispiel

Ein Kabel besitzt eine angenommene längenbezogene Kapazität von:

0,20 µF/km

Bei:

5 km

Kabellänge ergibt sich:

C = 0,20 µF/km · 5 km

also:

C = 1,0 µF

Die tatsächliche Kapazität hängt jedoch stark von:

• Kabelbauart,
• Leiteranordnung,
• Isolationsmaterial,
• Schirmung,
• Messverbindung

ab.

Für eine konkrete Berechnung sollten deshalb die Herstellerdaten des Kabels verwendet werden.

Was passiert bei einer Isolationsmessung?

Ein Isolationsprüfer legt zwischen den ausgewählten Leitern beziehungsweise zwischen Leiter und Erde eine definierte Gleichspannung an.

Das Gerät misst den resultierenden Strom und berechnet daraus den Isolationswiderstand.

Vereinfacht gilt:

R = U / I

mit:

• R = Isolationswiderstand,
• U = Prüfspannung,
• I = gemessener Strom.

Unmittelbar nach dem Einschalten

besteht dieser Strom jedoch nicht ausschließlich aus dem tatsächlichen Leckstrom durch die Isolation.

Mehrere zeitabhängige Stromanteile überlagern sich.

Dadurch ist ein unmittelbar nach Beginn der Prüfung berechneter Widerstandswert häufig noch nicht repräsentativ für den stationären Isolationszustand.

Welche Stromanteile misst der Isolationsprüfer?

Während einer Gleichspannungs-Isolationsprüfung können im Wesentlichen mehrere Stromanteile auftreten.

Kapazitiver Ladestrom

Er lädt die elektrische Kapazität des Kabels auf.

Zu Beginn ist dieser Anteil am größten und fällt anschließend ab.

Absorptions- beziehungsweise Polarisationsstrom

Die Moleküle des Isolationsmaterials richten sich im angelegten elektrischen Feld aus.

Dieser Strom klingt meist wesentlich langsamer ab als der rein kapazitive Ladestrom.

Leckstrom

Nach ausreichender Lade- und Polarisationszeit verbleibt der eigentliche Strom durch die Isolation sowie gegebenenfalls ein Oberflächenleckstrom.

Dieser stationärere Anteil ist für die Bewertung des Isolationswiderstandes besonders relevant.

Für das Messgerät gilt deshalb vereinfacht

Igesamt = ILadung + IAbsorption + ILeck

Mit zunehmender Prüfdauer werden die ersten beiden Anteile kleiner.

Der angezeigte Widerstand steigt deshalb bei guter Isolation häufig zunächst an.

Kapazitiven Ladestrom verstehen

Für eine Kapazität gilt grundsätzlich:

I = C · dU/dt

Je größer die Kabelkapazität ist, desto mehr Strom wird benötigt, um die Prüfspannung mit einer bestimmten Geschwindigkeit aufzubauen.

Die notwendige elektrische Ladung beträgt

Q = C · U

mit:

• Q = Ladung,
• C = Kapazität,
• U = Prüfspannung.

Bei begrenztem Ausgangsstrom des Prüfgerätes

kann die theoretische Ladezeit näherungsweise abgeschätzt werden:

t ≈ C · U / I

Diese Gleichung beschreibt lediglich den kapazitiven Ladevorgang.

Die tatsächlich erforderliche Messzeit kann aufgrund von:

• dielektrischer Absorption,
• Prüfgeräteregelung,
• Leckstrom,
• Filterung

deutlich länger sein.

Warum lange Kabel mehr Ladezeit benötigen

Je größer die Kabelkapazität ist, desto mehr elektrische Ladung muss der Isolationsprüfer bereitstellen.

Dadurch kann die Prüfspannung bei langen Kabeln langsamer auf ihren Sollwert steigen.

Während dieser Phase kann beobachtet werden

• Prüfspannung steigt noch an,
• Strom ist zunächst relativ hoch,
• angezeigter Isolationswiderstand steigt kontinuierlich,
• Messwert ist noch nicht stabil.

Wird in diesem Zustand bereits ein Wert dokumentiert, kann ein eigentlich einwandfreies Kabel fälschlicherweise als schlechter isoliert bewertet werden.

Besonders kritisch ist dies bei

• langen Energiekabeln,
• geschirmten Kabeln,
• mehradrigen Kabeln mit hoher Gesamtkapazität,
• langen Motorleitungen,
• Mittelspannungskabeln.

Warum der Ladestrom des Prüfgerätes wichtig ist

Isolationsprüfer unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich ihrer maximalen Prüfspannung und ihres Widerstandsmessbereichs.

Auch die verfügbare Ausgangs- beziehungsweise Ladestromfähigkeit kann für große kapazitive Prüflinge entscheidend sein.

Ein Gerät mit höherem Ladestrom

kann eine große Kabelkapazität grundsätzlich schneller auf die gewünschte Prüfspannung bringen.

Ein Gerät mit geringerem Ladestrom

kann denselben Prüfling möglicherweise ebenfalls messen, benötigt jedoch länger zum Aufbau der Prüfspannung.

Für große Kabelnetze sollte deshalb geprüft werden:

• maximale Prüfspannung,
• maximaler Ladestrom,
• zulässige kapazitive Last,
• automatische Entladung,
• Anzeige der Restspannung.

Wann ist der Messwert stabil?

Ein Messwert gilt nicht allein deshalb als stabil, weil sich die Anzeige für einige Sekunden nicht sichtbar verändert.

Bei langen Kabeln sollte zunächst kontrolliert werden, ob:

• die gewünschte Prüfspannung tatsächlich erreicht wurde,
• der Ladestrom ausreichend abgeklungen ist,
• der Widerstandswert nur noch geringfügig driftet.

Prüfspannung beobachten

Besonders hilfreich sind Prüfgeräte, die neben dem Isolationswiderstand auch die tatsächlich am Prüfling anliegende Prüfspannung anzeigen.

Liegt beispielsweise bei einer eingestellten Prüfspannung von:

1.000 V

zunächst deutlich weniger Spannung an, befindet sich das System möglicherweise noch in der Ladephase.

Nicht nur auf einen einzelnen Widerstandswert schauen

Der zeitliche Verlauf enthält wichtige Informationen.

Ein kontinuierlich steigender Widerstand kann ein normales Lade- und Polarisationsverhalten darstellen.

Messzeit reproduzierbar festlegen

Wenn Kabel regelmäßig miteinander oder mit früheren Messungen verglichen werden sollen, sollte der Ablesezeitpunkt definiert werden.

Beispielsweise

Isolationswiderstand nach 60 Sekunden

statt lediglich:

Isolationswiderstand = 2,4 GΩ

Der Vorteil

Messungen werden wesentlich besser reproduzierbar.

Bei der Dokumentation sollten deshalb mindestens festgehalten werden:

• Prüfspannung,
• Prüfdauer,
• Messverbindung,
• Kabeltemperatur beziehungsweise Umgebungstemperatur,
• gemessener Isolationswiderstand.

Bei Zustandsvergleichen kann zusätzlich der zeitliche Verlauf der Isolation hilfreich sein.

PI und DAR bei zeitabhängigen Messungen

Bei bestimmten Isolationssystemen werden zeitabhängige Kennwerte wie DAR oder PI verwendet.

DAR

Der Dielectric Absorption Ratio vergleicht Widerstandswerte zu zwei definierten Zeitpunkten.

PI

Der Polarization Index wird typischerweise aus dem Verhältnis zweier Widerstandswerte zu unterschiedlichen Prüfzeiten berechnet.

Vereinfacht:

PI = R10 min / R1 min

Wichtig

PI und DAR sind keine universellen Gut-/Schlecht-Kriterien für jedes Kabel.

Ihre Aussagekraft hängt von:

• Isolationsmaterial,
• Kabelart,
• Temperatur,
• Anwendung,
• Hersteller- beziehungsweise Prüfvorgaben

ab.

Sie sind daher nur anzuwenden, wenn das Prüfverfahren für das konkrete Betriebsmittel vorgesehen ist.

Prüfspannung richtig auswählen

Die Länge des Kabels bestimmt nicht die erforderliche Prüfspannung.

Die Prüfspannung richtet sich nach:

• Nennspannung des Kabels beziehungsweise Stromkreises,
• Kabelbauart,
• Isolationssystem,
• Prüfziel,
• Herstellerangaben,
• anzuwendender Norm beziehungsweise Prüfvorschrift.

Eine höhere Prüfspannung ist nicht automatisch eine bessere Prüfung.

Eine ungeeignet hohe Gleichspannung kann Betriebsmittel beziehungsweise angeschlossene Elektronik unzulässig beanspruchen.

Vor der Prüfung müssen insbesondere

• elektronische Baugruppen,
• Messumformer,
• Frequenzumrichter,
• Netzteile,
• Überspannungsschutzkomponenten

entsprechend den jeweiligen Prüf- und Herstelleranforderungen berücksichtigt beziehungsweise gegebenenfalls abgetrennt werden.

Langes Kabel richtig für die Prüfung vorbereiten

Vor Beginn der Isolationsmessung muss das Kabel spannungsfrei und vom normalen Stromkreis getrennt sein.

Außerdem sollte geprüft werden

• ob das Kabel tatsächlich freigeschaltet ist,
• ob angeschlossene Verbraucher getrennt wurden,
• ob beide Kabelenden eindeutig identifiziert sind,
• ob keine Personen am entfernten Kabelende arbeiten,
• ob die gewählte Messverbindung zum Prüfziel passt.

Bei langen Kabelstrecken besonders wichtig

Das entfernte Kabelende kann sich außerhalb des Sichtbereichs des Prüfers befinden.

Es muss deshalb organisatorisch und technisch sichergestellt werden, dass dort während der Prüfung kein Zugriff auf die unter Prüfspannung stehenden Leiter möglich ist.

Leiter gegen Schirm beziehungsweise Erde messen

Bei geschirmten Energiekabeln ist häufig die Isolation zwischen Leiter und metallischem Schirm beziehungsweise Erde von Interesse.

Je nach Prüfaufgabe kann beispielsweise gemessen werden:

Leiter → Schirm

oder bei mehradrigen Kabeln:

ein Leiter → übrige verbundene Leiter + Schirm

Welche Verbindung richtig ist

hängt vom Kabel und vom vorgeschriebenen Prüfverfahren ab.

Die Anschlusskonfiguration muss deshalb vor der Prüfung eindeutig dokumentiert werden.

Andernfalls können Messwerte verschiedener Prüfungen trotz desselben Kabels nicht sinnvoll miteinander verglichen werden.

Wie viel Energie kann ein Kabel speichern?

Die in einer geladenen Kapazität gespeicherte Energie beträgt:

E = 1/2 · C · U²

Entscheidend ist die quadratische Abhängigkeit von der Spannung

Verdoppelt sich die Prüfspannung, vervierfacht sich bei gleicher Kapazität die gespeicherte Energie.

Beispiel mit 1 µF

Prüfspannung	Gespeicherte Energie
500 V	0,125 J
1.000 V	0,5 J
5.000 V	12,5 J
10.000 V	50 J

Damit wird deutlich, warum das Entladen besonders bei langen Kabeln und hohen Prüfspannungen ein wesentlicher Teil des Prüfablaufs ist.

Warum das Kabel nach der Prüfung entladen werden muss

Nach Abschalten der Prüfspannung ist die Kabelkapazität zunächst weiterhin geladen.

Die Spannung darf deshalb nicht allein dadurch als verschwunden betrachtet werden, dass der Isolationsprüfer die aktive Messung beendet hat.

Eine kontrollierte Entladung muss stattfinden

Viele moderne Isolationsprüfer übernehmen diese Funktion automatisch über eine interne Entladeschaltung.

Dabei sinkt die Spannung am Prüfobjekt schrittweise ab.

Während dieser Phase

• Messleitungen angeschlossen lassen,
• Prüfobjekt nicht berühren,
• Restspannungsanzeige beobachten,
• erst nach sicherer Entladung weitere Arbeiten durchführen.

Die Messleitungen vor Abschluss der Entladung abzuziehen kann dazu führen, dass das Kabel weiterhin geladen bleibt.

Spannungswiederkehr durch dielektrische Absorption

Neben der reinen Kabelkapazität kann auch die dielektrische Absorption des Isolationsmaterials relevant sein.

Während der Prüfung wird Energie im Isolationssystem gespeichert.

Nach einer ersten Entladung können sich interne Polarisationsvorgänge teilweise wieder ausgleichen.

Dadurch kann eine Spannung erneut ansteigen

obwohl das Kabel unmittelbar zuvor entladen wurde.

Dieser Effekt wird häufig als:

dielectric absorption

beziehungsweise:

voltage recovery

bezeichnet.

Bei großen kapazitiven Prüflingen

kann deshalb eine längere Entladezeit erforderlich sein.

Bei entsprechenden Hochspannungsprüfungen kann zusätzlich eine definierte Erdung des Prüflings nach der Messung erforderlich sein.

Die konkrete Vorgehensweise richtet sich nach:

• Prüfspannung,
• Kabeltyp,
• gespeicherter Energie,
• Prüfgerät,
• geltenden Sicherheitsvorgaben.

Automatische Entladung des Prüfgerätes

Eine automatische Entladefunktion erhöht die Sicherheit und vereinfacht insbesondere Prüfungen kapazitiver Betriebsmittel.

Ein geeignetes Prüfgerät sollte nach Prüfende

• die Prüfspannung abschalten,
• den Prüfling kontrolliert entladen,
• die verbleibende Spannung anzeigen beziehungsweise überwachen,
• den Bediener vor gefährlicher Restspannung warnen.

Wichtig

Automatische Entladung bedeutet nicht:

TEST-Taste loslassen → Messleitungen sofort entfernen

.

Die Entladezeit steigt mit der Kapazität des Prüflings.

Bei einem langen Kabel kann sie deshalb merklich länger sein als beispielsweise bei einer kurzen Motorwicklung oder einem kleinen elektrischen Gerät.

Sicherheitsmaßnahmen beim Prüfen langer Kabel

Eine Isolationsprüfung erzeugt bewusst eine hohe Gleichspannung.

Der Prüfaufbau muss deshalb wie eine aktive elektrische Prüfung behandelt werden.

Vor der Prüfung

• Anlage beziehungsweise Kabel freischalten,
• gegen Wiedereinschalten sichern,
• Spannungsfreiheit feststellen,
• Prüfobjekt eindeutig identifizieren,
• entfernte Kabelenden sichern,
• ungeeignete angeschlossene Betriebsmittel trennen.

Während der Prüfung

• Prüfanschlüsse nicht berühren,
• geeignete Hochspannungs-Messleitungen verwenden,
• Prüfbereich gegen unbeabsichtigten Zugriff sichern,
• Prüfspannung und Messwert überwachen.

Nach der Prüfung

• Prüfung beenden,
• Messleitungen angeschlossen lassen,
• automatische beziehungsweise vorgeschriebene Entladung abwarten,
• Restspannung kontrollieren,
• gegebenenfalls vorgeschriebene zusätzliche Erdung durchführen.

Erst anschließend sollte das Kabel wieder berührt oder angeschlossen werden.

Praxisbeispiel: 5 km Kabel bei 5 kV

Ein Kabel besitzt beispielhaft eine Kapazität von:

0,25 µF/km

und eine Länge von:

5 km

Gesamtkapazität

C = 0,25 µF/km · 5 km

ergibt:

C = 1,25 µF

Prüfspannung

Für dieses rein rechnerische Beispiel sei eine für das betreffende Kabel zulässige Prüfspannung von:

5.000 V DC

vorgegeben.

Benötigte Ladung

Q = C · U

Q = 1,25 µF · 5.000 V

ergibt:

Q = 6,25 mC

Theoretische Ladezeit bei 5 mA

t ≈ Q / I

t ≈ 6,25 mC / 5 mA

ergibt idealisiert:

t ≈ 1,25 s

Dies ist lediglich die theoretische kapazitive Ladezeit.

Die Messung muss gegebenenfalls erheblich länger fortgesetzt werden, bis:

• die Prüfspannung stabil ist,
• Absorptionsströme ausreichend abgeklungen sind,
• der gewünschte Prüfzeitpunkt erreicht ist.

Gespeicherte Energie

E = 1/2 · C · U²

ergibt:

E ≈ 15,6 J

Dieses Beispiel zeigt, dass bei langen Kabeln selbst eine vergleichsweise geringe Kapazität bei hoher Prüfspannung eine relevante gespeicherte Energie ergeben kann.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Isolationswiderstand steigt während der Messung ständig an	Kabel wird noch geladen beziehungsweise polarisiert	Prüfdauer verlängern und tatsächliche Prüfspannung beobachten
Messwert direkt nach Start ungewöhnlich niedrig	hoher kapazitiver Ladestrom	nicht unmittelbar bewerten, Stabilisierung abwarten
Prüfspannung erreicht Sollwert nur langsam	hohe Kabelkapazität	Kapazität und Ladestromfähigkeit des Prüfgerätes prüfen
Messung schwankt stark	Prüfspannung noch nicht stabil oder Störeinflüsse vorhanden	Spannungsverlauf und Anschlüsse kontrollieren
Wiederholungsmessungen unterscheiden sich deutlich	unterschiedliche Prüfzeiten	festen Ablesezeitpunkt definieren
Messwert nach erneuter Prüfung zunächst verändert	Kabel vorher nicht vollständig entladen	Entladezeit verlängern
Nach Prüfende noch Spannung am Kabel vorhanden	hohe Kabelkapazität beziehungsweise unvollständige Entladung	Restspannung überwachen und Entladung fortsetzen
Spannung steigt nach erster Entladung wieder leicht an	dielektrische Absorption	erneut beziehungsweise länger entladen
Isolationswert ungewöhnlich niedrig und konstant	tatsächlicher Leckstrom, Feuchte oder beschädigte Isolation	Messverbindung, Kabelzustand und Umgebung prüfen
Messung gegen Schirm anders als frühere Messung	andere Leiterkombination verwendet	Prüfkonfiguration vergleichen
Prüfgerät beendet Test wegen Fremdspannung	Kabel nicht vollständig spannungsfrei	Freischaltung und Spannungsfreiheit überprüfen
Prüfgerät kann hohe Prüfspannung nicht aufbauen	kapazitive Last zu groß oder Isolation zu niederohmig	Prüfgerätedaten und Prüfling kontrollieren
Elektronische Baugruppe nach Prüfung beschädigt	Prüfspannung an ungeeignetem angeschlossenem Gerät	Prüfaufbau und Herstelleranforderungen überprüfen

Empfohlener Prüfablauf

1. Prüfziel definieren: Festlegen, welche Isolation bewertet werden soll.
2. Kabel eindeutig identifizieren: Beide Kabelenden zuordnen.
3. Anlage freischalten: Kabel vollständig von der Versorgung trennen.
4. Gegen Wiedereinschalten sichern: Unbeabsichtigtes Zuschalten verhindern.
5. Spannungsfreiheit feststellen: Vor Anschluss des Isolationsprüfers prüfen.
6. Entferntes Kabelende sichern: Zugriff während der Prüfung verhindern.
7. Angeschlossene Geräte prüfen: Empfindliche Elektronik gegebenenfalls trennen.
8. Prüfvorschrift bestimmen: Kabel-, Anlagen- und Herstelleranforderungen berücksichtigen.
9. Prüfspannung auswählen: Nur die für das Prüfobjekt zulässige Spannung verwenden.
10. Messverbindung festlegen: Beispielsweise Leiter gegen Schirm beziehungsweise Erde.
11. Kabelkapazität berücksichtigen: Herstellerwert oder vorhandene Messdaten verwenden.
12. Prüfgerät auswählen: Prüfspannung, Ladestrom und kapazitive Last berücksichtigen.
13. Messleitungen anschließen: Geeignete und spezifizierte Leitungen verwenden.
14. Prüfung starten: Gefahrenbereich nicht berühren.
15. Tatsächliche Prüfspannung beobachten: Spannungsaufbau kontrollieren.
16. Ladephase abwarten: Nicht zu früh bewerten.
17. Definierte Prüfdauer einhalten: Vergleichbare Messbedingungen schaffen.
18. Messwert dokumentieren: Widerstand, Spannung und Zeit erfassen.
19. Prüfspannung abschalten: Test ordnungsgemäß beenden.
20. Messleitungen angeschlossen lassen: Automatische Entladung ermöglichen.
21. Restspannung beobachten: Sicheren Zustand abwarten.
22. Gegebenenfalls zusätzliche Entladung beziehungsweise Erdung durchführen: Prüf- und Sicherheitsvorschriften beachten.
23. Spannungsfreiheit erneut sicherstellen: Vor weiteren Arbeiten kontrollieren.
24. Erst danach Messleitungen entfernen: Prüfobjekt anschließend wieder in den vorgesehenen Zustand versetzen.

Passende Isolationsprüfgeräte bei ICS Schneider

C.A 6528 – kompakter Isolationsprüfer für Kabel und elektrische Anlagen

Der C.A 6528 eignet sich für klassische Wartungs- und Prüfaufgaben an elektrischen Anlagen, Motoren und Kabeln.

Zu den wesentlichen Funktionen gehören:

• Prüfspannungen 250 V, 500 V und 1.000 V,
• Isolationsmessung bis 11 GΩ,
• manuelle, verriegelte und zeitgesteuerte Messung,
• gleichzeitige Anzeige von Isolationswert und tatsächlicher Prüfspannung,
• Erkennung gefährlicher Fremdspannung,
• kontrollierte Entladung des Prüfobjektes nach der Messung.

Nach Beendigung der Isolationsprüfung kann am Gerät der Spannungsabfall des sich entladenden Prüfobjektes beobachtet werden.

Gerade bei langen Kabeln ist diese Funktion wichtig, da die Entladung eines kapazitiven Prüflings länger dauern kann.

C.A 6524 – Isolationsmessung mit PI und DAR

Der C.A 6524 ist für Prüfspannungen bis 1.000 V ausgelegt und bietet einen deutlich erweiterten Widerstandsmessbereich.

Zu den Funktionen gehören unter anderem:

• Prüfspannungen von 50 bis 1.000 V,
• Isolationsmessbereich bis 200 GΩ,
• manueller, verriegelter und zeitgesteuerter Prüfmodus,
• PI- und DAR-Ermittlung,
• Anzeige von Prüfspannung, Prüfstrom und Timer,
• Messwertspeicherung.

Das Gerät eignet sich damit besonders für Prüfaufgaben, bei denen der zeitliche Verlauf der Isolation beziehungsweise definierte Messzeiten dokumentiert werden sollen.

C.A 6550 – Hochleistungs-Isolationsprüfer bis 10 kV

Für große Isolationssysteme und Anwendungen mit höheren Prüfspannungen steht der C.A 6550 zur Verfügung.

Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:

• einstellbare Prüfspannung von 40 V bis 10 kV,
• Isolationsmessbereich bis in den TΩ-Bereich,
• maximaler Ladestrom 5 mA,
• Kapazitätsmessung,
• automatische Entladung nach der Prüfung,
• programmierbare Prüfdauer,
• PI-, DAR- und DD-Auswertung,
• grafische Darstellung von Widerstand, Spannung und Strom über der Zeit.

Der verfügbare Ladestrom von bis zu 5 mA ist gerade bei größeren kapazitiven Prüflingen interessant, da dadurch die gewünschte Prüfspannung schneller aufgebaut werden kann.

C.A 6555 – Isolationsmessung bis 15 kV

Der C.A 6555 erweitert dieses Konzept auf Prüfspannungen bis 15 kV.

Er bietet ebenfalls:

• hohen Ladestrom für kapazitive Prüflinge,
• Kapazitätsmessung,
• automatische Entladung,
• PI-, DAR- und DD-Berechnung,
• programmierbare Prüfabläufe,
• umfangreiche Messwertspeicherung.

Die Möglichkeit eines Prüfgerätes, 10 oder 15 kV zu erzeugen, bedeutet jedoch nicht, dass diese Spannung an jedem Kabel eingesetzt werden darf. Die zulässige Prüfspannung muss immer für das konkrete Prüfobjekt festgelegt sein.

Weitere Geräte finden Sie unter elektrische Mess- und Prüfgeräte bei ICS Schneider.

Fazit

Bei der Isolationsmessung langer Kabel muss neben dem eigentlichen Isolationswiderstand immer auch die elektrische Kapazität der Leitung berücksichtigt werden.

Je länger das Kabel, desto größer kann seine Kapazität werden

Dadurch steigt die elektrische Ladung, die der Isolationsprüfer zunächst bereitstellen muss.

Ein niedriger Anfangswert bedeutet nicht automatisch schlechte Isolation

Während der Lade- und Polarisationsphase ist der Gesamtstrom erhöht. Der daraus berechnete Isolationswiderstand kann deshalb zunächst deutlich niedriger erscheinen.

Die Prüfspannung muss vollständig aufgebaut sein

Erst bei stabiler Prüfspannung und nach einer definierten Messzeit können Ergebnisse sinnvoll bewertet und verglichen werden.

Der Ladestrom des Prüfgerätes kann entscheidend sein

Große kapazitive Prüflinge lassen sich mit einem entsprechend leistungsfähigen Prüfgerät schneller auf die geforderte Prüfspannung bringen.

Die Prüfspannung richtet sich nicht nach der Kabellänge

Sie muss entsprechend Kabeltyp, Nennspannung, Herstellerangaben und anzuwendendem Prüfverfahren ausgewählt werden.

Nach der Prüfung bleibt Energie gespeichert

Ein langes Kabel kann sich wie ein geladener Kondensator verhalten.

Automatische Entladung muss vollständig abgewartet werden

Messleitungen dürfen erst entfernt werden, wenn das Prüfobjekt sicher entladen ist.

Auch nach der ersten Entladung kann Spannung zurückkehren

Dielektrische Absorption kann insbesondere bei großen Isolationssystemen eine erneute Spannungsbildung verursachen.

Für die Praxis gilt

Kabel eindeutig freischalten und sichern → Prüfobjekt und Messverbindung definieren → zulässige Prüfspannung bestimmen → Kabelkapazität berücksichtigen → geeignetes Isolationsprüfgerät auswählen → Prüfung starten → vollständigen Spannungsaufbau abwarten → Messung für eine definierte Zeit durchführen → Messwert dokumentieren → Prüfspannung abschalten → Messleitungen angeschlossen lassen → automatische beziehungsweise vorgeschriebene Entladung abwarten → Restspannung kontrollieren → erst anschließend Messaufbau entfernen.

FAQ: Isolationsmessung an langen Kabeln

Warum dauert die Isolationsmessung bei einem langen Kabel länger?

Weil das Kabel eine elektrische Kapazität besitzt, die zunächst auf die eingestellte Prüfspannung geladen werden muss.

Warum besitzt ein Kabel eine Kapazität?

Leiter, Schirm und Erde bilden voneinander isolierte leitfähige Flächen und wirken dadurch ähnlich wie ein Kondensator.

Steigt die Kapazität mit der Kabellänge?

Ja. Bei gleicher Kabelbauart steigt die Gesamtkapazität näherungsweise proportional zur Länge.

Wie berechnet man die Gesamtkapazität?

Wenn die längenbezogene Kapazität bekannt ist, gilt näherungsweise C = C’ × L.

Warum ist der Isolationswiderstand am Anfang häufig niedriger?

Zu Beginn fließen zusätzlich zum eigentlichen Leckstrom ein kapazitiver Ladestrom und ein Absorptions- beziehungsweise Polarisationsstrom.

Warum steigt der Isolationswiderstand während der Messung?

Die transienten Stromanteile nehmen mit zunehmender Lade- und Polarisationszeit ab. Dadurch sinkt der Gesamtstrom und der berechnete Widerstand steigt.

Wann darf ich den Isolationswiderstand ablesen?

Nach Erreichen der erforderlichen Prüfspannung und entsprechend dem vorgeschriebenen beziehungsweise definierten Prüfzeitpunkt.

Sollte die Messdauer dokumentiert werden?

Ja. Besonders für wiederkehrende Messungen ist eine definierte Prüfdauer wichtig, damit Ergebnisse vergleichbar bleiben.

Warum ist der Ladestrom des Isolationsprüfers wichtig?

Ein höherer verfügbarer Ladestrom kann große Kabelkapazitäten schneller auf die gewünschte Prüfspannung laden.

Wie lässt sich die theoretische Ladezeit abschätzen?

Bei näherungsweise konstantem Ladestrom kann t ≈ C × U / I verwendet werden. Die tatsächliche Messzeit kann durch Absorptionsvorgänge jedoch deutlich länger sein.

Was bedeutet Q = C × U?

Die Gleichung beschreibt die elektrische Ladung, die eine Kapazität bei einer bestimmten Spannung speichert.

Wie berechnet man die gespeicherte Energie?

Mit E = ½ × C × U².

Warum ist die Prüfspannung in der Energieformel so kritisch?

Weil die Energie quadratisch mit der Spannung steigt. Eine Verdopplung der Spannung vervierfacht die gespeicherte Energie.

Ist ein langes Kabel nach dem Abschalten der Prüfspannung sofort spannungsfrei?

Nein. Die Kabelkapazität kann weiterhin geladen sein und muss kontrolliert entladen werden.

Darf ich die Messleitungen direkt nach der Prüfung entfernen?

Nein. Bei einer automatischen Entladung sollten die Messleitungen angeschlossen bleiben, bis das Prüfgerät einen sicheren Zustand anzeigt.

Was ist eine automatische Entladefunktion?

Das Prüfgerät verbindet den kapazitiven Prüfling nach Beendigung der Messung mit einer internen Entladeschaltung und reduziert dadurch die Restspannung kontrolliert.

Warum kann die Entladung eines langen Kabels länger dauern?

Weil mit steigender Kapazität mehr elektrische Ladung und gegebenenfalls mehr Energie gespeichert ist.

Kann nach der Entladung wieder Spannung auftreten?

Ja. Durch dielektrische Absorption kann sich bei bestimmten Isolationssystemen nach einer ersten Entladung erneut eine Spannung aufbauen.

Was ist dielektrische Absorption?

Dabei werden während der Prüfung Polarisationsprozesse im Isolierstoff aufgebaut, die sich nach Abschalten der Prüfspannung nur zeitverzögert zurückbilden.

Was ist DAR?

DAR ist ein zeitabhängiges Verhältnis von Isolationswiderständen zu zwei definierten Messzeitpunkten.

Was ist PI?

Der Polarization Index ist ein Verhältnis zeitabhängiger Isolationswiderstände, häufig R nach 10 Minuten geteilt durch R nach 1 Minute.

Ist ein hoher PI bei jedem Kabel automatisch gut?

Nein. Die Aussagekraft hängt von Isolationsmaterial, Kabelkonstruktion und vorgeschriebenem Prüfverfahren ab.

Welche Prüfspannung sollte für ein Kabel verwendet werden?

Die Prüfspannung richtet sich nach Kabeltyp, Nennspannung, Herstellerangaben und der anzuwendenden Prüf- beziehungsweise Sicherheitsvorschrift.

Sollte ich bei einem langen Kabel einfach eine höhere Prüfspannung verwenden?

Nein. Die Kabellänge ist kein Kriterium dafür, die Prüfspannung zu erhöhen.

Warum müssen elektronische Geräte eventuell abgetrennt werden?

Eine Isolationsprüfspannung kann über der zulässigen Eingangsspannung angeschlossener Elektronik liegen und diese beschädigen.

Wie wird ein geschirmtes Kabel geprüft?

Je nach Prüfziel beispielsweise zwischen einem Leiter und Schirm beziehungsweise Erde. Die konkrete Anschlusskonfiguration muss zum vorgeschriebenen Prüfverfahren passen.

Warum muss auch das entfernte Kabelende gesichert werden?

Weil die Prüfspannung über die gesamte Leitung anliegt und das andere Ende bei langen Kabeln häufig außerhalb des Sichtbereichs des Prüfers liegt.

Kann ein Isolationsprüfer erkennen, dass noch Fremdspannung vorhanden ist?

Geeignete Geräte verfügen über eine Spannungsüberwachung und verhindern beziehungsweise warnen vor einer Isolationsprüfung an einem spannungsführenden Prüfobjekt.

Welches Gerät eignet sich für klassische Kabelprüfungen bis 1.000 V Prüfspannung?

Der C.A 6528 ist für Isolationsprüfungen mit 250 V, 500 V und 1.000 V ausgelegt und bietet eine kontrollierte Entladung nach der Messung.

Welches Gerät bietet PI- und DAR-Auswertung bis 1.000 V?

Der C.A 6524 bietet Prüfspannungen von 50 bis 1.000 V sowie PI- und DAR-Funktionen.

Welches Gerät eignet sich für große kapazitive Prüflinge und höhere Prüfspannungen?

Der C.A 6550 bietet Prüfspannungen bis 10 kV und einen maximalen Ladestrom von 5 mA.

Welche Variante ist für Prüfspannungen bis 15 kV verfügbar?

Der C.A 6555 erweitert den Prüfspannungsbereich bis 15 kV. Diese hohen Spannungen dürfen nur eingesetzt werden, wenn sie für das konkrete Prüfobjekt vorgesehen sind.

Wo finde ich weitere Isolationsprüfgeräte?

Weitere Lösungen finden Sie unter elektrische Mess- und Prüfgeräte bei ICS Schneider.