Gerätetester zukünftig wohl unabdingbar

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1 Messtechnik & Schutzmassnahmen Ortsveränderliche Betriebsmittel nach neuer Gesetzgebung prüfen Gerätetester zukünftig wohl unabdingbar 1 Eine Elektroinstallationsfirma hat sicherzustellen, dass nach einer Reparatur eines Elektrogerätes oder einer Kabelrolle die Gerätesicherheit fachmännisch kontrolliert wird. Ohne die Verwendung eines Gerätetesters dürfte dies in Zukunft schwierig sein. Leider zeigt sich dabei, dass es sich nicht mehr lohnt, «Billigstgeräte» in die Werkstatt zu nehmen, der Sicherheitsnachweis ist zu aufwendig. Raymond Kleger Wird eine Steckdosenleitung erstellt oder ein Apparat installiert, hat der Elektroinstallateur die Korrektheit seiner Installation zu prüfen. Wird heute in der Werkstatt ein Gerät eines Kunden repariert, prüft ein seriöser Elektroinstallateur mindestens, ob das Gerät auch wirklich funktioniert und ob der Schutzleiter korrekt verdrahtet ist. In Zukunft genügt das nicht. Steckbare Betriebsmittel Ortsveränderliche Geräte sind in irgendeiner Form steckbar mit einer fes- Gerätetester PAT410 von Megger für rationelles Testen, auch mit automatisierten Abläufen. ten Installation verbunden. Im Fachjargon spricht man von steckbaren Betriebsmitteln bzw. Erzeugnissen. Kommt also ein ortsveränderliches Betriebsmittel in die Hände des Elektroinstallateurs, muss er den Zustand des Gerätes beurteilen und Massnahmen treffen, die zur Wiederherstellung des Sollzustandes führen. Zusammengefasst muss er beurteilen, ob die: Funktionstüchtigkeit allgemeine Gebrauchssicherheit und insbesondere die elektrische Sicherheit elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) gegeben ist. In der Info 3024c der Electrosuisse werden zur Instandhaltung folgende Teilschritte aufgeführt: Fehlerdiagnose Reparaturen Änderung Instandsetzung Prüfung Wir beschäftigen uns in diesem Beitrag nur mit dem letzten Punkt, der Prüfung. Weil in der Schweiz bis jetzt noch kein Gesetz für die Prüfung ortsveränderlicher Betriebsmittel besteht, wird in der Info 3024c empfohlen, sich an die DIN/VDE zu halten, die seit Juni 2008 in Deutschland in Kraft ist. Im Detail bedeutet dies für die Prüfung: 1. Aufschriften: Beschädigte Aufschriften, welche die Sicherheit betreffen, erneuern und gegebenenfalls berichtigen nach der Änderung des Gerätes. 2. Sichtprüfung: Gerät besichtigen, um allfällige Mängel zu erkennen und zu beheben. 3. Prüfen der Wirksamkeit der Schutzmassnahmen gegen elektrischen Schlag: Schutzleiterprüfung, Messung des Isolationswiderstandes, des Schutzleiterstroms und des Berührungsstroms. 4. Nachweis der Wirksamkeit weiterer Schutzmassnahmen: z. B. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen, Überspannungs-Schutzeinrichtungen oder Isolationsüberwachungsgeräte. 5. Funktionsprüfung: Entsprechend dem bestimmungsgemässen Gebrauch. 6. Messgeräte für die Durchführung der Prüfung: Verwendung von geeigneten Einzelgrössenmessgeräten oder modernen, speziellen Schutzmassnahmeprüfgeräten (Geräteprüfer). Betrachtet man diese sechs Punkte, wird klar, dass man drei total verschiedene Messungen durchführen muss. Dafür sind ohne Gerätetester drei verschiedene Messgeräte einzusetzen: Schutzleiterwiderstand messen Messen des Isolationswiderstandes Wenn eine Isolationsmessung durchgeführt werden kann, darf das Ersatz-Ableitstrommessverfahren zur Messung des Schutzleiterstroms benutzt werden Wird keine Isolationsmessung durchgeführt, so muss eine Messung des Schutzleiterstroms nach dem direkten oder dem Differenzstrommessverfahren durchgeführt werden Bei Geräten mit berührbaren leitfähigen Teilen muss der Berührungsstrom gemessen werden D. h. zusätzlich zur Messung des Isolationswiderstandes müssen der Schutzleiterstrom und der Berührungsstrom gemessen werden, um das Isolationsvermögen des Gerätes nachzuweisen 18 Elektrotechnik 1/13

2 Schneller und flexibler nach VDE prüfen Themenschwerpunkte unverbindliche Vorführung v o r O r t info@recom.ch I I T: info@recom.ch I I T: PAT410: Gerätetester PC unabhängig, schnell flexibel und frei konfigurierbar inventarisiert intern Datensätze drei USB-Schnittstellen (Scanner, Drucker) Gut/Schlecht-Bewertung Hochstrom- Hochspannungstest (PAT450) ELEKTROmanager kompatibel Elektrotechnik 1/13 19

3 Messtechnik & Schutzmassnahmen 2 Wer, warum, wann, wie? Betroffen sind alle Betriebsmittel mit einer Bemessungsspannung bis 1000 VAC oder bis 1500 VDC. Prüfen tut die mit der Kontrolle des Betriebsmittels beauftragte Person. Grund: Damit ein rechtssicherer Nachweis besteht, dass das kontrollierte oder reparierte Betriebsmittel bei bestimmungsgemässem Gebrauch keine Gefahr für den Benutzer und die Umgebung darstellt. Die Prüfungen müssen durchgeführt werden: nach einer Instandsetzung bzw. Änderung bei einer Wiederholungsprüfung bei wieder in Verkehr gebrachten elektrischen Geräten Die DIN/VDE sagt einerseits aus, wie zu prüfen ist und auch welche Grenzwerte einzuhalten sind. Schutzleiterwiderstandsmessung bei einer Schleifmaschine. Quelle: Metrel 3 Prinzip der Schutzleiterwiderstandsmessung. 4 " 8 Die verschiedenen Messungen sind zu protokollieren der Aufwand ist damit erheblich. Ein Gerätetester kann hier helfen, den Aufwand zu reduzieren und verschafft dem Elektroinstallateur auch Sicherheit, dass er in einem Rechtsverfahren klar belegen kann, dass er nach Normen gehandelt und das Betriebsmittel sein Haus in einwandfreiem Zustand verlassen hat. Im Zuge der «Amerikanisierung» unserer Wirtschaft mit der Produkthaftpflicht und den Regressmöglichkeiten eines Geschädigten oder auch nur vermeintlich Geschädigten liegt Brisanz im Thema: Ortsveränderliche Betriebsmittel prüfen. Grund genug, sich diesem Thema zu widmen. / A H JA JA I JA H 2 H BE C ) A EC A 4 5? D K J A EJA H 1 ) 4 5? D K J A EJA H 1 / A H JA JA I JA H 2 H BE C ) A EC A 4 1I = JE Prüfung im Detail Die Prüfung lässt sich in vier Einzelschritte gliedern: Sichtprüfung Messen Funktionsprobe Dokumentation und Auswertung Die Reihenfolge der Prüfungen ist unbedingt einzuhalten. Sichtprüfung Hier geht es um rein äusserlich sichtbare Mängel aber auch um die Prüfung, ob das Gerät bestimmungsgemäss verwendet wird. Die Sichtprüfung eines Betriebsmittels führt eine befähigte Person durch. Sichtbare Mängel sind typischerweise: verletzte Anschlusskabel gelöster äusserer Schutzmantel von der Zugentlastung beim Betriebsmittel oder beim Stecker beschädigtes Gehäuse und damit Elektrisierungsgefahr durch spannungsführende innere Teile Wenn immer ortsveränderliche elektrische Betriebsmittel bei einer Firma im Einsatz stehen, sorgt der Arbeitgeber dafür, dass seine Mitarbeitenden auf äusserlich sichtbare Beschädigungen sensibilisiert sind und dass sie solche Betriebsmittel zur Reparatur geben. Mit der «Sichtprüfung» ist nicht gemeint, dass bei jeder Benutzung des Gerätes eine Sichtkontrolle durchzuführen ist. # I = JE 1 4 1I = JE 4 E 4 E 4 E! Prinzip der Isolationswiderstandsmessung bei einem geerdeten Gerät. 4 E 4 E 4 E! A J= JA E EI EA HJ Schutzleiterprüfung Hier geht es speziell um die Prüfung, ob der Schutzleiter mit allen berührbaren Teilen verbunden ist, sofern das Betriebsmittel über einen Schutzleiteranschluss verfügt. Bild 2 zeigt z. B. eine typische Messung. Diese Messungen sind insbesondere dann zwingend, wenn ein Gerät instandgesetzt oder verändert wurde. 20 Elektrotechnik 1/13

4 Bei der Schutzleiterprüfung ist während der Messung das Kabel beim Stecker und beim Gerät zu bewegen, um sicherzustellen, dass kein Kabelbruch vorliegt. Der Schutzleiterwiderstand ist mit einem Messgerät zu prüfen, dessen Messstrom mindestens 200 ma (AC oder DC) beträgt bei einer Messspannung von minimal 4 V. Einige Gerätetester messen mit Strömen bis zu 10 A. Je grösser der Messstrom, desto zuverlässiger wird die Messung, d. h. desto eher wird z. B. ein Kabelbruch entdeckt. Bild 3 zeigt das Prinzip der Messung über einen Gerätester. Der angezeigte Schutzleiterwiderstand sagt zuverlässig aus, ob der Schutzleiter intakt auf das leitende Gehäuse bzw. auf leitende Gehäuseteile führt. Bei Leitungen bis 16 A und 5 m Länge muss der Widerstandsmesswert < 0,3 sein. Bei längeren Leitungen darf pro weitere,5 m Länge der Widerstandswert um 0,1 grösser sein, bis maximal 1. Praxistipp: Werden Messungen nach Norm durchgeführt, so stellt man in der Regel fest, dass die Messwerte viel besser sind, als die zulässigen Grenzwerte. Der Schutzleiterübergangswiderstand ist z. B. äusserst gering, kleiner 5 Vorgehen bei der Isolations- oder Berührungsstrommessung an einem Gerät der Schutzklasse II (kein PE-Anschluss). Quelle: Megger als 0,1, erlaubt wären 0,3. Der Isolationswiderstand beträgt mehr als 100 M, erlaubt wären 1,0 (bzw. 2,0) M und der Ableitstrom ist nahe 0 ma, erlaubt wären 3,5 ma. Prüft man immer wieder ähnliche Betriebsmittel, so kennt man deren typischen Messwerte. Sollte man ausnahmsweise einmal mit der Messung in die Nähe des Grenzwertes kommen, liegt die Vermutung nahe, dass mit diesem Gerät etwas faul ist. Messung Isolationswiderstand Bei einphasigen Geräten wird zwischen den kurzgeschlossenen L/N und dem Schutzleiter PE gemessen. Bei dreiphasigen Geräten sind die Leiter L1/L2/ L3/N kurzzuschliessen. Bild 4 zeigt, wie die Messung konkret durchgeführt wird. Wenn ein vollschutzisoliertes Betriebsmittel (Schutzklasse II) vorliegt, typischerweise eine Bohrmaschine mit Messtechnik & Schutzmassnahmen Auf Nummer sicher. Die Messgeräte von Gossen Metrawatt überzeugen durch vielseitige Leistung, maximale Präzision und absolute Zuverlässigkeit. In der täglichen Praxis finden sie Anwendung in vielen Bereichen der Mess-, Prüf-, Steuerungs- und Regeltechnik. Multimeter Analog- und Digital-Multimeter Kalibratoren Milliohmmeter Gerätetester Prüfgeräte für Betriebsmittel Maschinentester EN / EN Prüfgeräte für Medizintechnik Installationstester NiV / NiN Prüfgeräte Isolationsmessgeräte Erdungsmessgeräte Leistungsmessgeräte Energieanalysatoren Netzqualitätsanalysatoren Zangenmessgeräte GMC-Instruments Schweiz AG Glattalstrasse 63 CH-8052 Zürich Tel: Fax: info@gmc-instruments.ch

5 Messtechnik & Schutzmassnahmen 6 Überspannungsableiter im Gerät sprechen bei 500 VDC an, folglich muss die Messspannung reduziert werden. / A H JA JA I JA H 2 H BE C ) A EC A 4 1I = JE 1 # 8 4 1I = JE 1 4 1I = JE 4 E 4 E 4 E! 4 E 4 E 8 / A H JA JA I JA H 2 H BE C ) A EC A 4 ) > A EJI JH! 8 4 ) > A EJI JH 1 ) 1 4 E! A J= JA E EI EA HJ A J= JA E EI EA HJ Wechselspannung zu messen, denn dieser ist entscheidend beim Einsatz eines Fehlerstromschutzschalters RCD. Ein RCD kann nämlich nicht unterscheiden zwischen einem normalen kapazitiven Betriebsableitstrom, verursacht durch Entstörkondensatoren, und einem Ableitstrom als Folge eines Isolationsdefektes. Bei zu hohen kapazitiven Betriebsableiterströmen kann es deshalb mit RCD zu Problemen führen. Weil ohne PE die EMV-Bestimmungen schwieriger einzuhalten sind, haben z. B. die Computer-Netzteilhersteller wieder dreipolige Anschlusskabel eingeführt. Und da fangen z. B. in einem Schulzimmer die Probleme an, wenn viele parallel geschaltete Netzteile den RCD schon fast zum Ansprechen bringen. Auf folgende Arten lässt sich der Ableitstrom messen: direktes Messverfahren Differenzstrommessverfahren Ersatz-Ableitstrommessverfahren Grundsätzlich: Je nach Grösse des Entstörkondensators wird ein Strom von 0,5 3,5 ma gemessen. Ein kapazitiver Ableitstrom von 0,5 ma würde einem ohmschen Isolationswiderstand von 460 k entsprechen. Direktes Verfahren zur Messung des kapazitiven Ableitstroms. zweipoligem Anschlusskabel, so ist z. B. zu prüfen, ob das Metallbohrfutter gegenüber dem elektrischen Anschluss die nötige Isolationsfestigkeit aufweist oder wie in Bild 5 eine Bohrmaschine den Mindestanforderungen genügt. Natürlich fallen darunter alle anderen Betriebsmittel der Schutzklasse II. Beim Messen des Isolationswiderstandes muss der Messwert > 2 M betragen, üblicherweise liegt dieser bei mehr als 100 M. Bei Geräten mit PE-Anschluss und eingebauter Elektronik kommen im Netzteil häufig Überspannungsableiter zum Einsatz (Bild 6). Meistens sind diese zwischen L und N geschaltet und damit für die Isolationsmessung unkritisch. Bei Betriebsmitteln der Schutzklasse II (Vollschutzisolierung) kommt nur die Schaltung zwischen L und N infrage, da ja kein Schutzleiteranschluss besteht. Es ist aber durchaus möglich, dass bei Betriebsmitteln der Schutzklasse I die Überspannungsableiter gegen PE geschaltet sind. Bei einem 230-V-Gerät sprechen diese Überspannungsableiter bei einer Messspannung von 500 VDC an und täuschen so einen viel zu tiefen Isolationswiderstand vor. Der Gesetzgeber erlaubt deshalb in solchen Fällen eine Messung mit 250 VDC. Bei Betriebsmitteln der Schutzklasse I muss in diesem Fall ein Messwert > 1 M gemessen werden. Bei Betriebsmitteln mit Heizelementen z. B. Panzerrohrheizungen muss der Messwert > 0,3 M sein. Problemfall Entstörbausteine Einphasige Handwerkerwerkzeuge mit PE-Netzanschluss verwenden in aller Regel Seriemotoren mit Kohlebürsten. Verfügt das Gerät über eine Drehzahlregelung, ist auch eine Elektronik integriert. Um die Vorschriften bezüglich der leitungsgebundenen EMV-Bestimmungen einhalten zu können, sind Entstörkondensatoren (Y-Typen) im Gerät. Diese hochspannungsfesten Entstörkondensatoren sind von L und von N gegen PE geschaltet und verursachen so einen Ableitstrom. Mit der Isolationsmessung mit DC-Prüfspannung wird im Einschaltmoment ein kurzer Strompuls registriert. Sobald der Kondensator geladen ist, wird der Messstrom null. Im Betrieb arbeitet das Betriebsmittel natürlich mit Wechselspannung und folglich ist der Ableitstrom auch mit Direktes Messverfahren: Bei älteren Gerätetestern oder überhaupt bei Einzelmessgeräten kommt das Direkte Messverfahren zur Anwendung (Bild ). Diese Messart ist aus sicherheitstechnischen Überlegungen problematisch. Hier wird ein Milliamperemeter in den Pfad des zu prüfenden Gerätes und dem Messgerät geschaltet. Der Prüfling muss natürlich eingeschaltet und isoliert aufgestellt sein. Bei einem Gerät mit Schutzleiteranschluss ist vorgängig der Schutzleiter zu prüfen. Weil das Gerät eingeschaltet ist, spricht man von aktivem Messverfahren. Differenzstrommessverfahren: Es kommt hier ein Messverfahren wie bei RCD zur Anwendung (Bild 8). Viele moderne Gerätetester arbeiten so. Es handelt sich auch hier um ein aktives Verfahren, der Prüfling ist eingeschaltet an Netzspannung. Mit einer speziellen Strommesszange oder eben mit dem Gerätetester wird in L und N die exakte Summe der Ströme gemessen, der übrigbleibende Differenzstrom muss im PE fliessen. Der Schutz des Prüflings bleibt intakt, es besteht keine Gefahr von gefährlichen Berührungsspannungen. Dieses Messverfahren bietet auch kaum Möglichkeiten zur Falschmes- 22 Elektrotechnik 1/13

6 sung. Bei dieser Messung kann es nur dann zu Problemen führen, wenn im Prüfling ein Schaltnetzteil oder ein Frequenzumrichter eingebaut ist. In diesem Fall können nicht sinusförmige und auch hochfrequente Ableitströme entstehen. Das Prüfgerät muss in der Lage sein, die Ableitströme unabhängig von der Kurvenform als Effektivwertstrom zu messen. Ersatz-Ableitstrommessverfahren: L/N sind kurzgeschlossen, der Prüfling liegt nicht an Netzspannung, ist aber eingeschaltet (Bild 9). Man spricht hier von einem passiven Messverfahren. Das Messverfahren gleicht dem der Isolationsmessung mit dem Unterschied, dass mit Wechselspannung gemessen wird. Es ist klar, dass die Elektronik im Prüfling nicht aktiv ist, somit werden allfällige Ableitströme, die nur im Betrieb des Prüflings durch die Elektronik auftreten, nicht erfasst. Die Messspannung variiert zwischen VAC. Der Ableitstrom wird vom Prüfgerät auf die Nennspannung umgerechnet. Das stimmt natürlich nur dann, wenn das Gerät auch mit 50 Hz betrieben wird. Wichtig: Das Ersatz-Ableitstrommessverfahren darf nur nach einer Isolationsmessung durchgeführt werden. nicht mehr, sagt die Frau. Der Elektroinstallateur schaut das Anschlusskabel an und merkt ziemlich schnell, dass ein Kabelbruch vorliegt. Er montiert eine neue Zuleitung. Und jetzt müsste er also, nach Norm, den Wasserkocher dem Prüfszenarium unterziehen und am Schluss noch eine Dokumentation erstellen. Man stelle sich das ganz praktisch vor! Da bleibt keine andere Wahl, als der Frau zu sagen, sie solle sich einen neuen Wasserkocher kaufen... Die Frau verlässt das Elektrogeschäft vermutlich wenig erbaut und hält die Fähigkeiten des Elektrogeschäfts für katastrophal. In so einem Fall müsste einen doch der gesunde Menschenverstand sagen, dass die Schutzleiterkontrolle zusammen mit einem kurzen Funktionstest genügen sollte. Wenn es sich um ein etwas teureres Gerät handelt, lässt sich eine «Rundumsicherheit» für einen kleinen Zusatzbeitrag dem Kunden verkaufen. In kurzer Zeit führt man die drei Minimalprüfungen: Schutzleiterwiderstand, Isolationswiderstand und Ersatz-Ableitstrommessung durch. Die meisten Kunden dürften von diesem Zusatzangebot Gebrauch machen und damit lässt sich auch ein Gerätetester amortisieren. Fazit Es ist Realität, in der Schweiz übernehmen wir viele EU-Normen, auch EU- Gesetze, ohne diese zu hinterfragen. Flickt man Elektrogeräte wie bis anhin nach gesundem Menschenverstand, geht das vermutlich über Jahre gut. Aber mir scheint, es kommen Zeiten wie in Amerika. Ein Beispiel dazu. Vor etwa 15 Jahren machten wir Ferien mit der ganzen Familie in Kalifornien. Ein Nachbar hatte ein Trampolin. Natürlich waren unsere Kinder davon fasziniert. Mein Nachbar meinte: Selbstverständlich dürfen deine Kinder das Trampolin benutzen aber du unterschreibst mir zuerst einen Brief: «Trampolin wird auf mein Risiko benutzt», denn sonst, meinte er, wenn was passiert, bin ich ruiniert. Ein Rechtsverständnis à la Amerika wird auch bei uns Realität. Wenn Elektroinstallateure Reparaturen oder gar Veränderungen an Betriebsmitteln vornehmen, sind sie neu gezwungen, umfassende Prüfungen vorzunehmen. Vor allem die Dokumentation muss automatisiert vor sich gehen und das können nur Gerätetester. Messtechnik & Schutzmassnahmen Funktionsprüfung Natürlich muss der Prüfer das Gerät nur soweit kontrollieren, als dies zur Sicherheit dient. Er prüft konkret: Gerät lässt sich einschalten Funktionsprüfung des Gerätes bzw. seiner Teile, soweit wie es zum Nachweis der Sicherheit erforderlich ist. Funktion Not-Aus (sofern vorhanden) Wichtige Kontrollleuchte/n Wenn vorhanden, RCD-Einrichtung (Drücken der Prüftaste) Bei Drehstromgerät Drehfeldrichtung 8 / A H JA JA I JA H 2 H BE C ) A EC A 4 ) > A EJI JH 1, EBB 1, EBB 1 ) )! 8 1, EBB 1 ) 1 ) 1 ) 1 ) Dokumentation Will der Prüfer sich voll absichern, dokumentiert er folgende Fakten: Identifikation des Prüflings Name des Prüfers Prüfdatum Messergebnisse Messverfahren Angewendete Normen Angaben zu Prüfgerät Prüffrist und das Ergebnis der Prüfung Praxisbeispiel: Man stelle sich also vor, es kommt eine Frau ins Elektrogeschäft und bringt ihren Wasserkocher mit. Bis gestern funktionierte er einwandfrei, heute Differenzstrommessverfahren zur Schutzleiterstrommessung, Gerät eingeschaltet - aktives Verfahren. 9 # 8 / A H JA JA I JA H 2 H BE C ) A EC A 4 ) > A EJI JH 1 ) ) 1 ) 1 ) 1 ) 1 ) 1 )! 1 ) 1 ) 1 )! Ersatz-Ableitstrommessverfahren, Gerät ist nicht eingeschaltet - passives Messverfahren. A J= JA E EI EA HJ Elektrotechnik 1/13 23