Messfibel. Das Wichtigste für den Elektropraktiker aus: Betriebssicherheitsverordnung, DIN VDE und ÖVE E 8001/NIN/NIV Mit Grenzwerten für E-Check*

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1 Messfibel Das Wichtigste für den Elektropraktiker aus: Betriebssicherheitsverordnung, DIN VDE und ÖVE E 8001/NIN/NIV Mit Grenzwerten für E-Check*

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3 Messfibel Das Wichtigste für den Elektropraktiker aus: Betriebssicherheitsverordnung, DIN VDE und ÖVE E 8001/NIN/NIV Mit Grenzwerten für E-Check* Fluke. Damit Ihre Welt intakt bleibt.

4 Alle technischen Angaben in dieser Fibel und zitierte Normen entsprechen dem Stand der Drucklegung und wurden nach bestem Wissen ermittelt, dennoch behalten wir uns Irrtümer und Druckfehler vor. Für fehlerhafte Angaben und deren Folgen kann deshalb keine juristische Verantwortung oder irgendeine andere Haftung übernommen werden. Maßgebend für die Durchführung von Prüfungen ist die jeweilige Vorschrift bzw. Norm im Original. Diese Veröffentlichung beabsichtigt nicht die Verletzung irgendwelcher bestehender Patente und anderer Schutzrechte. Die Angaben zu den Gerätebeschreibungen sind keine zugesicherten Eigenschaften nach 459 BGB. Maßgebend für lieferbare Geräte und Geräteausführungen ist ausschließlich unser Katalog. Fotos in dieser Fibel sind Ausführungsbeispiele und nicht verbindlich für die Ausführung bei Lieferung. Alle Nutzungsrechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Übersetzung, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwendung, vorbehalten. 3. Auflage Copyright 2006, Fluke Corporation. Gedruckt in der Bundesrepublik Deutschland

5 Vorwort Die Fluke GmbH einer der führenden Hersteller von Mess- und Prüfgeräten möchte auch nach der Auslieferung ihrer Geräte mit den Kunden Kontakt halten, weitere Erfahrungen sammeln, Anregungen aufnehmen und vor allem bei problematischen Messaufgaben ihre Kunden unterstützen. Die DIN VDE-Bestimmungen für den Elektrofachmann haben sich in den letzten Jahrzehnten von einem handlichen Buch zu einer kleinen Bibliothek entwickelt, da gibt es schon einmal Probleme, auf dem laufenden zu sein. Außerdem wurden in letzter Zeit einige einschlägige Teile der DIN VDE-Bestimmungen zu Erst- und Wiederholungsprüfungen geändert. Behörden und Versicherungen sowie Großkunden verlangen verstärkt Prüfprotokolle. Erstprüfungen bei elektrischen Anlagen und Prüfungen an elektrischen Betriebsmitteln nach Reparatur sind mittlerweile bei vielen Betrieben und Elektrikern Routine. Dagegen bieten Ihnen die von der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) vorgegebenen Wiederholungsprüfungen an elektrischen Anlagen und Geräten zusätzliches Auftragspotential. Nutzen Sie diese sich Ihnen bietenden Chancen mit den modernen Fluke-Prüfgeräten, vor allem im gewerblichen Bereich. Beachten Sie dabei, dass der gewerbliche Bereich nicht nur Fabrikation, Gewerbe und Handel umfasst, sondern auch 5

6 alle Behörden, Schulen, Kliniken und sonstigen öffentlichen Einrichtungen. Sprechen Sie Ihren Kundenkreis daraufhin an, in vielen Fällen sind diese Forderungen unbekannt. Sicher sind Ihre Kunden für diesen Hinweis dankbar, erspart er ihnen doch im Schadensfall unangenehme Probleme und Kosten. Deshalb die Idee unserer kleinen Fluke-Messfibel. Sie soll Ihnen bei Ihrer täglichen Arbeit ein wertvolles Nachschlagewerk und Hilfsmittel sein, um zeitraubendes Nachschlagen in Normen zu vermeiden. Wir wünschen Ihnen viel Spaß mit unserer kleinen Messfibel bei der täglichen Arbeit. Für positive Kritik und Anregungen an diesem Werk sind wir jederzeit dankbar. Bitte wenden Sie sich dazu an unsere Hotline: Info-Telefon: +49 (0) 69 /

7 Kostenlose FLUKE Sicherheits-DVD Ein Film auf DVD über die elektrische Sicherheit beim Messen. Ihre Sicherheit ist unser Maßstab! Sobald in einer elektrischen Anlage ein Problem auftritt, werden Sie zur Fehlerbehebung gerufen. Meistens erfolgt dies dann unter höchstem Zeitdruck. Trotzdem muss die Sicherheit für Sie und Beteiligte immer an erster Stelle stehen. Wie sind diese Informationen erhältlich? Das Fluke Programm Sicherheit bei elektrischen Messungen besteht aus einer DVD in deutscher Sprache und einer Internetseite. Die DVD beinhaltet detailierte Beschreibungen zu den Sicherheitsvorschriften, Risiken bei den Messungen, Prüfung von Messgeräten und sicheren Arbeitsweisen sowie ein Interview mit einem Überlebenden eines elektrischen Unfalles mit Lichtbogenbildung. Auf der Internetseite befindet eine kurze Vorschau des Filmes. Die DVD kann kostenlos angefordert werden unter: 7

8 Zur Auffrischung der Grundlagen, für Problemlösungen und praktische Übungen bietet Fluke verschiedene Fachseminare an. Seminar 0100/0105/0701/0702/0113 mit Software 3 Tage Erstprüfungen, DIN VDE 0100, Teil 610 Wiederholungsprüfungen, DIN VDE 0105, Teil 1 und 100 Instandsetzung, DIN VDE 0701, Teil 1, Teil 240 Wiederholungsprüfungen, DIN VDE 0702 Erstprüfungen, DIN VDE 0113, Teil 1, EN Software Seminar 0100/0105/0701/0702/ Tage Wie Seminar 0100/0105/0701/0702/0113 mit Software, nur ohne Software-Schulung Seminar 0100/ Tag Erstprüfungen, DIN VDE 0100, Teil 610 Wiederholungsprüfungen, DIN VDE 0105, Teil 1 und 100 Seminar 0701/0702/ Tag Instandsetzung, DIN VDE 0701, Teil 1, Teil 240 Wiederholungsprüfungen, DIN VDE 0702 Erstprüfungen, DIN VDE 0113, Teil 1, EN Seminar Energie- und Leistungsmessung 2 Tage Allgemeines über Leistungs- und Energiemessung Vorschriften, Erläuterung der Messverfahren Seminar EMV-gerechte Installation 1 Tag Rechtlliche Vorschriften DIN VDE 0100, Teil 444 und DIN VDE 0800 Problembeschreibung, Praxisbezogene Fallbeispiele 8

9 Anlagen- und Geräteprüfungen 1 Tag Lernen Sie die Grundlagen der VDE-Messungen mit FLUKE-Instrumenten kennen Präventive Wartung leicht gemacht 1 Tag Lernen Sie kennen, wie einfach Netzanalyse, Thermographie und die Fehlerfindung sind. Netzanalyse und Störungsbeseitigung für Fortgeschrittene Verluste, zusätzliche Blindleistung und rücklaufende Wirkung durch Oberschwingungen Anwendungen mit Wärmebildkameras Serie Ti und Netzanalysatoren Serie 430 Thermografie Anwenderschulung Interessenten und Anwender, die die Fluke Serie Ti vertieft kennen lernen wollen. Messtechnik-Training portable ScopeMeter Theorie Messtechnologie der Digitaloszilloskope Lösungsorientierte Übungen Praktischer Umgang mit Fluke Serie 190 und 120 Power Quality/Netzrückwirkungen Grundlagen Oberschwingungen, Flicker, Impedanzen, Übersicht und Anwendung Messung der Spannungsqualität mit moderner Messtechnik Zu jedem Fachseminar sind weitere Informationen erhältlich unter: Telefon: +49 (0) 69 /

10 INHALTSVERZEICHNIS 1 - Grundlagen der Messtechnik 10 Sicher messen einfache Dinge... Strommessung 18 Echteffektivwert/Bandbreite 21 Das ABC der Multimeter 24 Grundlagen von Strommesszangen DIN VDE-Messungen 38 Durchführung der Prüfungen 38 Installationsprüfung (DIN VDE 0100) 45 Allgemeine Erdungsmessung 47 Geräteprüfung (DIN VDE 0701/0702) 58 Maschinenprüfung (DIN VDE 0113) Netzqualität 65 Fehlersuche in 3-Phasennetzen 65 Kompensation von Oberschwingungen mit aktiven Filtern 73 Multimetermessungen an drehzahlgeregelten Antrieben Thermographie 90 Einleitung/Funktionsweise 90 Auswertung 93 10

11 5 - Oszilloskope Prozesskalibrierung 96 Messungen mit Oszilloskopen 96 Kalibrierung von Prozessinstrumenten Anhang 115 Rechtliche Vorschriften 115 Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) 116 Übersicht der nationalen Bestimmungen 117 BGV A3 Unfallverhütungsvorschrift 118 Gesetzesauszug aus Betriebssicherheitsverordnung 119 Prüffristen für elektrische Anlagen 121 Wichtige DIN VDE-Bestimmungen 123 Übersicht weiterer zur Zeit gültiger Vorschriften 124 Tabellen zur Beurteilung Produktinformation Begriffserklärung 139 Fluke Website 146 Elektronisches Kundenmagazin

12 1 - Grundlagen der Messtechnik Sicher messen auch in Umgebungen hoher Kurzschlussenergie Die Gefahren von Messungen in Umgebungen hoher Kurzschlussenergie (z.b. Einspeisungen und Unterverteilungen) sind alltäglich, werden aber häufig unterschätzt. Transienten-Überspannungen in Netzen nehmen zu. Schalten von Motoren, Schalthandlungen im Netz sowie viele Verbraucher wie Frequenzumrichter erzeugen Spannungsspitzen. Sie treten regelmäßig in Niederspannungs-Stromkreisen auf und können Spitzenwerte von mehreren Tausend Volt erreichen. Diese Transienten zerstörten die Eingangsschaltungen früherer Multimeter. Gefahren beim Messen Dabei sind drei Hauptgefährdungskreise zu nennen: a) Bei Spannungsmessung: Durchschlag oder Überschlag im Instrument durch Überspannungsimpulse oder Missbrauch (zu hohe Messspannung). Diese kurzen Überspannungsimpulse (sog. Transienten) werden durch betriebliche Schalthandlungen im Mittel- und Niederspannungsnetz, durch Motorschütze sowie durch das Löschen von Kurzschlussströmen im Schutzorgan verursacht. Sie treten häufig auf und erreichen oft Spitzenwerte von mehreren Tausend Volt. In diesem Fall hängt Ihre Sicherheit von der Durchschlagsfestigkeit Ihres Messgerätes ab. 12

13 Abb. 1.1 a+b: Transienten, die durch Schalthandlungen aufgetreten sind. Typisch für kurze Netzunterbrechungen sind die extremen Spannungsspitzen von über 2000 Volt. Diese führen häufig zu Gerätezerstörungen und können Multimeter zur Explosion bringen. Links gemessen mit dem Fluke 43 B Netzanalysator, rechts mit dem Störereignisrecorder Fluke VR 101S dokumentiert. b) Bei Strommessung: versehentliches Messen von Spannung bei gestecktem und geschaltetem Strombereich (z.b. nach Ablenkung des Benutzers). In diesem Fall helfen nur Hochenergiesicherungen mit hohem Unterbrechungsvermögen eine Katastrophe zu verhindern. Fluke setzt Sicherungen bis 100 Kiloampere Löschvermögen ein. c) Bei Widerstandsmessung (auch Diode/Durchgang/Kapazität/Temperatur): Anlegen einer hohen Spannung und bei Kapazitätsmessung hohe Restspannung des Kondensators. Dies muss das Multimeter problemlos vertragen können, und zwar bis zur angegebenen Arbeitsspannung (z.b V). 13

14 Abb 1.2: Messgerät, welches einen Lichtbogenüberschlag erlitten hat. Die Messspitzen sind durch ca. 10 ka Kurzschlussstrom weggebrannt. Der Anwender erlitt schwere Brandverletzungen. Beachten Sie die Fingerabdrücke (Abschattungen des Lichtbogens). Bedeutung der Kategorien Die Norm EN schützt Sie und Ihre Mitarbeiter vor diesen Gefahren. Allerdings nur, sofern das Messgerät danach gebaut und zertifiziert ist! Bei der Norm IEC / EN geht es vor allem um den Begriff der Messkreiskategorien. Die Norm definiert die Kategorien I bis IV, oft abgekürzt als CAT I, CAT II, usw. Die Aufteilung eines Stromversorgungssystems in Kategorien basiert auf der Tatsache, dass ein gefährlicher Hochenergie- Transient wie zum Beispiel ein Blitzeinschlag auf seinem Weg durch die Impedanz des Systems abgeschwächt oder gedämpft wird. Je höher die Zahl der Kategorie ist, desto höher ist die in einer elektrischen Umgebung verfügbare Leistung und desto energiereicher sind die Transienten sowie der mögliche Kurzschlusstrom im Durchschlagsfall. 14

15 Abb. 1.3: Auf den Einsatzort kommt es an 15

16 Messkreiskategorie In Kürze Beispiele CAT IV CAT III CAT II Drei Phasen am Elektrizitätswerkanschluss, alle Freileitungen Drei-Phasen-Verteilung, einschließlich einphasiger kommerzieller Beleuchtung Einphasige Lasten, die mit der Steckdose verbunden sind. Bezieht sich auf den Ursprung der Installation ; d.h., wo die Niederspannungs- Verbindung mit dem Elektrizitätswerk hergestellt wird. Elektrizitätsmesser, primäre Überstrom- Schutzvorrichtungen Im Freien und Zuführung der Versorgungskabel, Versorgungsleitungen vom Anschlusspunkt zum Gebäude, Verbindung zwischen Messgerät und Schalttafel Freileitungen zu einzelnen Gebäuden, Erdkabel zu Wasserpumpen Geräte in Festinstallationen, z.b. Schaltgeräte und mehrphasige Motoren Sammelschienen und Speisekabel in industriellen Werken Speisekabel und kurze Zuleitungen, Verteilungstafeln Beleuchtungssysteme in größeren Gebäuden Steckdosen für große Lasten mit kurzen Leitungen zur Zuführung der Versorgungsenergie Hausgeräte, portable Werkzeuge und ähnliche Lasten Steckdosen und lange Abzweigleitungen Steckdosen mehr als 10 Meter von CAT-III- Quelle entfernt Steckdosen mehr als 20 Meter von CAT-IV- Quelle entfernt CAT I Elektronik Geschützte Elektronikvorrichtungen Geräte, die an Stromkreise angeschlossen werden, in denen Vorkehrungen getroffen wurden, um transiente Überspannungen auf einen niedrigen Pegel zu begrenzen. Jede Hochspannungsquelle mit geringer Energie, die von einem Transformator mit hoher Wicklungszahl abgeleitet wurde, zum Beispiel der Hochspannungsteil eines Kopierers. Tabelle 1.1: Messkreiskategorien. EN gilt für Niederspannungs-Messgeräte (< V) 16

17 Überlastschutz In den Schaltkreisen zur Strommessung müssen Hochenergie-Sicherungen vorgesehen werden, um das Multimeter gegen Überströme zu schützen. Die 10-Megaohm-Eingangsimpedanz der Volt/Ohm- Anschlüsse sorgt dafür, dass ein Überstrom nicht fließen kann, so dass hier keine Sicherungen erforderlich sind. Ein Überspannungsschutz allerdings ist sehr wohl erforderlich, denn um Sie gegen Transienten zu schützen, muss das Messgerät eine extrem hohe Überschlagsfestigkeit aufweisen. Beim Schutz der Multimeter-Schaltkreise geht es daher nicht nur um den maximalen konstanten Spannungsbereich, sondern um die Spannungsfestigkeit hinsichtlich einer Kombination aus konstanter Spannung und transienter Überspannung. Diese Schutzschaltung sichert dabei auch die Bereiche für Widerstands-, Durchgangs- und Kapazitätsmessung ab. In der Praxis bedeutet dies, dass der Anwender bei voller Spannung z.b. auch auf Ohm umschalten kann, ohne dass das Gerät Schaden nimmt. Der Schutz gegen Transienten ist von entscheidender Bedeutung, da energiereiche Stromkreise, denen Transienten überlagert sind, im Allgemeinen gefährlicher sind, weil sie hohe Ströme führen können (z.b. Einspeisung). Bei Frequenzumrichtern übrigens treten Spannungstransienten am Ausgang sogar mehrere tausendmal pro Sekunde auf z.b. bei 8 khz Pulsfrequenz 8000-mal pro Sekunde. Dies stellt für die Messmittel eine ungeheure Belastung dar, der es gewachsen sein muss. 17

18 Unfallhergang Führt nämlich ein Transient zu einem Funkenüberschlag, treibt das Netz einen hohen Strom durch den niederohmigen Lichtbogen. Der folgende Plasma-Durchbruch entsteht, wenn die Umgebungsluft ionisiert und damit leitend wird. Das Ergebnis ist eine Lichtbogenexplosion, ein verheerendes Ereignis, das jedes Jahr mehr strombedingte Verletzungen zur Folge hat als die besser bekannte Gefahr eines elektrischen Schlags. Hinzu kommt, dass das schreckbedingte instinktive Wegziehen der Messspitzen den Lichtbogen vor das Gesicht des Anwenders kommutiert. Dies ist die größte Gefahr, da dann kein Gehäuse mehr den Anwender schützen kann. Diese Gefahren sind nicht erst in Umspannwerken zu finden, sondern bereits in Unterverteilungen bis hinab zu geöffneten ortsveränderlichen Verbrauchern. Die Bedeutung von Spannungsfestigkeitsangaben für die Praxis Die Unfallverhütungsvorschriften verlangen, dass Messmittel nach der EN gebaut sind. Sind Sie darüber hinaus auch zertifiziert (VDE, TÜV GS, UL oder CSA) so haben Sie die Gewähr, dass Sie und Ihre Mitarbeiter bei der täglichen Arbeit bestmöglich geschützt sind. Übrigens auch von der rechtlichen Seite: Bei einem Unfall mit einem nicht zertifizierten Gerät drohen nämlich Regressforderungen seitens der BG. Die alte Sicherheitsnorm IEC 348 ist seit bereits nicht mehr gültig. Sie berücksichtigte nicht die Impulsspannungsprüfung, in der Folge traten schwere Unfälle auf. Aus dieser Erkenntnis wurde die EN mit ihren hohen, modernen Schutzanforderungen entwickelt. Es ist daher dringend angeraten, alte Messmittel, die nicht nach EN zertifiziert sind, auszutauschen! 18

19 Zusammenfassung Fluke bietet ein umfassendes Angebot an Messgeräten, alle zertifiziert nach EN Die Robustheit unterstreicht die Lebenslange Gewährleistung z.b. für die Digitalmultimeter der Fluke-Serien 170. Sie zeigen Echteffektiv-Messwerte an und wurden speziell für Messungen bis zu 1000 V entworfen. Auch die Digitalmultimeter der Fluke-Serie 180 haben Lebenslange Gewährleistung und sind zertifiziert für Kategorie III 1000 V und Kategorie IV 600 V. Sie sind mit einem extragroßen Doppeldisplay und einer analogen Segmentanzeige ausgestattet. 19

20 10 einfache Dinge, die man bei der Strommessung beachten sollte Jeder, der beruflich in hochenergetischen Bereichen arbeitet, entwickelt schnell einen gesunden Respekt gegenüber allen stromführenden Objekten. Unter Zeitdruck können aber selbst erfahrenen Elektrikern Flüchtigkeitsfehler unterlaufen. Die nachstehende Liste soll daran erinnern, was man bei elektrischen Messungen unbedingt vermeiden sollte. 20

21 1. Die Originalsicherung durch eine preiswertere Sicherung ersetzen Wenn Ihr Digitalmultimeter die heutigen Sicherheitsnormen erfüllt, enthält es eine Spezialsicherung, die auslöst, bevor durch die Überlastung Ihr Körper gefährdet wird. Wenn Sie die Sicherung des Digitalmultimeters austauschen, ersetzen Sie sie durch eine vom Hersteller freigegebene Sicherung. 2. Ein Stück Draht oder Metall verwenden, um die Sicherung komplett zu umgehen Dies mag eine schnelle Lösung sein, wenn Sie keine zusätzliche Sicherung haben, aber nur eine geeignete Sicherung kann Sie vor Spannungsspitzen schützen. 3. Das falsche Messgerät für die Aufgabe verwenden Es ist wichtig, dass Sie das geeignete Messgerät für die jeweilige Aufgabe verwenden. Vergewissern Sie sich, dass Ihr Messgerät die passenden Sicherheitspezifikationen - z.b. CAT III 1000 V nach EN für die betreffende Aufgabe hat. 4. Das billigste Digitalmultimeter aus dem Regal kaufen Sie können später noch aufrüsten, oder? Vielleicht nicht, wenn Sie zum Opfer eines Unfalls werden, weil dieses billige Messgerät nicht über die Sicherheitsfunktionen verfügte, mit denen geworben wurde. Das Messgerät sollte von einem unabhängigen Labor überprüft worden sein. 5. Ihre Schutzbrille in Ihrer Hemdtasche lassen Nehmen Sie sie heraus und tragen sie. Das ist wichtig für Ihre Sicherheit. Das Gleiche gilt für isolierte Handschuhe und flammhemmende Kleidung. 6. An einer stromführenden Schaltung arbeiten Sorgen Sie möglichst dafür, dass der Schaltkreis spannungs- 21

22 los ist. Wenn die Situation die Messung an einer spannungsführenden Schaltung erfordert, benutzen Sie ordnungsgemäß isolierte Messgeräte, tragen Sie Schutzhandschuhe, nehmen Sie Ihre Armbanduhr und Ihren Schmuck ab, stellen Sie sich auf eine isolierte Matte und tragen Sie flammhemmende Kleidung, keine normale Arbeitskleidung. 7. Vernachlässigung von angemessenen Prozeduren zur Kennzeichnung und zur Sicherung gegen das Wiedereinschalten 8. Beide Hände bei der Messung einsetzen Nutzen Sie bei der Arbeit an stromführenden Schaltungen einen alten Trick. Stecken Sie beim Messen eine Hand in die Tasche. Dadurch verringert sich das Risiko eines geschlossenen Stromkreises durch Ihren Brustkorb und Ihr Herz. Hängen Sie das Messgerät auf oder legen Sie es hin. Halten Sie das Messgerät möglichst nicht in Ihren Händen, damit Sie nicht den Effekten von Transienten ausgesetzt sind. 9. Ihre Messleitungen vernachlässigen Messleitungen spielen eine wichtige Rolle für die Sicherheit eines Digitalmultimeters. Vergewissern Sie sich, dass auch Ihre Messleitungen ausreichende Sicherheitsspezifikationen für Ihre Arbeit haben. Nehmen Sie Messleitungen mit doppelter Isolation, abgeschirmten Eingangssteckern, Handschutz und einer griffigen Oberfläche. 10. Für immer an Ihrem alten Messgerät festhalten Die heutigen Messgeräte sind mit mehr Funktionen und Sicherheitsfunktionen ausgestattet als noch vor ein paar Jahren. Mit einem neuen Messgerät sind Sie leistungsfähiger und sicherer, eine Investition in Ihre Zukunft und Ihr Leben. 22

23 Echteffektivwert/Bandbreite Richtig messen auch bei komplexen Signalen Komplizierte Signale sind alltäglich, werden aber häufig unterschätzt. Nur Sinus, das war früher: Geänderte Verbraucherstruktur und neue Technologien Im 50-Hz-Netz sind viele Verbraucher mit Gleichrichtern angeschlossen. Hierzu zählen alle Produkte für die die 230 V intern umgeformt werden muss wie Fernseher, Videogeräte, Stromrichter, PC s, Monitore aber ebenso Halogenlampen mit elektronischen Vorschaltgeräten, Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren. Selbst Waschmaschinen enthalten heute Umrichtertechnik. Der Grund für die Gleichrichtung liegt in der einfachen und hocheffizienten Umwandelbarkeit durch sogenannte Schaltnetzteile. Der Strom, den diese Verbraucher ziehen, ist pulsförmig. Dies kommt von der stoßartig erfolgenden Aufladung des Glättungskondensators hinter dem Gleichrichter. Abb 1.4: Spannung und Strom eines Gleichrichterverbrauchers. Deutlich sichtbar ist die Abflachung der Netzspannung im Scheitel. Diese Größen können nur mit einem Echteffektivwertmessgerät richtig gemessen werden. 23

24 Abb. 1.4 zeigt die Verhältnisse der Oberschwingungen zur Grundschwingung, allein die dritte Oberschwingung (150 Hz) hat bereits einen Anteil von 82 %. Messgeräte und Stromzangen, die nicht für Echteffektivwerterfassung gebaut sind, zeigen bis 40 % zu wenig an! Dadurch bleiben gefährliche Überlastungen unerkannt. Komplexe Signale brauchen Bandbreite Ein weiteres alltägliches Beispiel sind elektronische 12-Volt- Halogentrafos. Wenn Sie auf Halogeninstallationen stoßen und einfach nur die Höhe der Lampenspannung überprüfen wollen, so besteht durch die zerhackte Spannung eine gewaltige Fehlmessungsgefahr. Beispiel: Ein Kunde beobachtet, dass seine Halogenlampen durchbrennen. Die einfache Frage: Stimmen die 12 V an der Lampe? wird zur messtechnischen Herausforderung. Die Vorteile elektronischer Vorschaltgeräte (geringe Größe, leicht, wenig Wärmeentwicklung) werden durch eine exotische Ausgangsspannungsform erkauft: Abb 1.5: So sieht ein übliches Ausgangssignal von elektronischen 12-V-Halogentrafos aus. Erst die hohe Zerhackerfrequenz von 67 khz ermöglicht die kompakte Bauform bei hoher Leistung. 24

25 Selbst hochwertige Multimeter haben hier Schwierigkeiten, korrekt zu messen. Erst eine hinreichend hohe Bandbreite hilft hier weiter. Die Bandbreite ist die höchstmögliche Frequenz, die ein Multimeter noch als Spannung richtig auswerten kann. Dies ist nicht zu verwechseln mit der Frequenzzählerfunktion. Übrigens: Übertragen auf Signale des Industriealltages gilt dies für alle Pulsketten, z.b. Datensignale, Steuersignale zu Leistungsbausteinen und die Ausgangssignale von Frequenzumrichtern. Generell fallen auch alle höherfrequenten Signale in Steuerungen wie dem InstaBus in diese Kategorie. Die Multimeter der Fluke 180 Serie mit bis zu 100-kHz- Bandbreite sind die richtigen Werkzeuge für diese Aufgabe. Konsequenzen beim Messen Nur Multimeter mit Echteffektivwertmessung (für verzerrte Spannungen und Ströme) und einer hohen Bandbreite (für zerhackte Spannungen) wie die Fluke 180 Serie ermöglichen die richtige Messung in allen Stromkreisen. Das bedeutet aber auch, dass Sie dem Kunden gegenüber jederzeit eine sichere Aussage treffen können, weil Sie sich auf die Messwerte ihres Multimeters verlassen können. Damit sind Sie vor dem alten Problem Wer misst, misst Mist endlich geschützt! 25

26 Das ABC der Digitalmultimeter Ein Digitalmultimeter (DMM) ist ein elektronisches Messgerät für elektrische Größen. Es kann mit jeder Menge von Sonderfunktionen ausgestattet sein, aber hauptsächlich werden Spannung, Widerstand und Strom gemessen. Die DMMs von Fluke werden hier als Beispiele für hochwertige Multimeter verwendet. Abb 1.6: Fluke 179, robustes, vielseitiges DMM mit lebenslanger Gewährleistung. Auswahlkriterien für ein DMM Beim Kauf eines DMMs ist nicht nur auf technische Daten zu achten, sondern auch auf Merkmale, Funktionen und den Gesamteindruck des Instrumentes, der durch ergonomisches Design und die Sorgfalt bei der Herstellung geprägt ist. Zuverlässigkeit, besonders unter rauen Betriebsbedingungen, ist heute wichtiger denn je. Deshalb wurden die DMMs von Fluke einem rigorosen Testprogramm unterzogen, bevor sie im rauen Betrieb genutzt werden können. Anwendersicherheit ist einer der Hauptgesichtspunkte für DMMs. Angemessene Abstände zwischen den Bauteilen, doppelte Isolierung und ein Eingangsschutz helfen dabei, Verletzungen des Anwenders oder Beschädigungen des Multimeters auch bei falscher Nutzung zu verhindern. Fluke- DMMs erfüllen die anspruchsvollsten Sicherheitsnormen. 26

27 Digitale und analoge Anzeige Für hohe Genauigkeit und gute Auflösung ist die digitale Anzeige unübertroffen. Sie zeigt 3 oder mehr Digits (Ziffern) bei jeder Messung an. Ein analoges Zeigerinstrument ist weniger genau und hat eine geringere Auflösung, da man die Werte zwischen den Skalenteilen schätzen muss. Vorteilhaft ist hingegen die schnelle Trendanzeige. Ein Analoganzeige- Balken eines DMMs zeigt ebenfalls Signaländerungen, ist aber unverwüstlich und bei hochwertigen DMMs schneller. GRUNDLAGEN Auflösung und Stellenzahl Die Auflösung ist für DMMs eines der wichtigsten Merkmale und sagt aus, wie klein die Anzeige benachbarter Messwerte erfolgen kann. Die Auflösung eines DMM gibt an, ob das Instrument als kleinste Einheit 1 V oder 1 mv darstellen kann. Oft wird die Anzahl der Digits (Stellenzahl) zur Angabe der Auflösung verwendet. Häufig findet man die Angabe 3 1 / 2-stellig. Ein derartiges DMM kann drei volle Stellen von 0 bis 9 darstellen sowie eine weitere Stelle, die meistens eine 1 ist. Ein 3 1 / 2-stelliges Instrument kann Zahlen bis zu 1999 auflösen, und die Anzeige eines 4 1 / 2-stelligen Instrumentes beträgt bis zu Moderne Multimeter werden mit einer verbesserten Auflösung mit einem Anzeigeumfang bis zu 3200, 4000 oder 6000 angeboten. Da ist es präziser, dieses Instrument mit dieser Angabe zu beschreiben, und nicht ob es 3 1 / 2-stellig oder 4 1 / 2-stellig ist. Bei häufigen Messungen bieten Instrumente mit Anzeigeumfang 6000 eine bessere Auflösung, denn ein Instrument mit maximal 1999 kann bei Messung 27

28 von 230 V oder 400 V nur eine Auflösung von 1 V bieten. Ein Instrument mit einem Anzeigeumfang bis 6000 zeigt bis zu diese Spannung mit 0,1 V Auflösung an. Das ist somit die gleiche Auflösung wie bei einem teureren Instrument mit einem Anzeigeumfang bis Ungenauigkeit Unter Ungenauigkeit versteht man den höchsten zulässigen Fehler, der unter bestimmten Betriebsbedingungen auftreten kann. Somit zeigt diese Angabe, wie nahe der durch das DMM angezeigte Messwert beim tatsächlichen Wert des gemessenen Signales liegt. Oft wird der Begriff Genauigkeit verwendet, der normentechnisch treffendste Begriff ist Messunsicherheit. Die Ungenauigkeit eines DMM wird normalerweise als Prozentsatz des angezeigten Wertes ausgedrückt. Eine Ungenauigkeit von ±1 % des angezeigten Wertes besagt, dass bei einer Anzeige von 100,0 V der tatsächliche Wert zwischen 99,0 V and 101,0 V liegen könnte. Neben der Ungenauigkeit vom Messwert kommt meistens noch ein Anteil hinzu, der vom Messbereich abhängt. Dieser Anteil kann als % vom Bereich oder als eine Anzahl des letzten Digits der Anzeige beschrieben sein. Im letzten Fall spricht man von der Stelle niedrigster Auflösung oder LSD (Least significant digit). Wenn die Spezifikation eines DMM ± (1 % vom Messwert + 2 Digits) angibt und das DMM eine Auflösung von 0,1 V hat, wäre bei einem Messwert von 100 V die gesamte Ungenauigkeit ± 1,2 V. Somit könnte bei einer Anzeige von 100,0 V der tatsächliche Wert zwischen 98,8 V und 101,2 V liegen. Bei Analog-Messinstrumenten wird meistens der Fehler bei Skalen-Vollausschlag angegeben. Die typische Ungenauig- 28

29 keit eines Analogmultimeters beträgt ± 2 % oder ± 3 % des Skalen-Vollausschlages. Bei einem Zehntel des Vollausschlages macht das 20 bzw. 30 Prozent des angezeigten Wertes aus! Die typische Ungenauigkeit bei einem DMM liegt bei ± (0,7 % vom Messwert + 1 Digit) bis ± (0,1 % vom Messwert + 1 Digit) der Anzeige oder besser. Verschiedene Messfunktionen Spannungsmessung Eine der Grundaufgaben eines DMMs ist die Messung von Spannung. Eine typische Gleichspannungsquelle ist eine Batterie. Wechselspannung wird üblicherweise mit einem Generator erzeugt. Elektronische Schaltungen wandeln Wechselspannung in Gleichspannung um. Elektronische Geräte, wie Fernsehapparate, Videorecorder und Computer verwenden Gleichrichter zur Umwandlung der Wechselspannung in Gleichspannung, mit der die elektronischen Schaltungen in diesen Geräten gespeist werden. Die Kurvenformen der Wechselspannungen sind entweder sinusförmig oder nicht-sinusförmig (Sägezahn, Rechteck, Spannungsformen mit Phasenanschnitt, siehe Abb. 1.7). Das DMM sollte den Effektivwert dieser Wechselspannungssignale richtig anzeigen. Der Effektivwert ist der effektive oder äquivalente Gleichspannungswert der Wechselspannung. Abb

30 Die meisten konventionellen Multimeter besitzen einen Mittelwert-Konverter und können den Effektivwert bei einem sinusförmigen Signal richtig anzeigen. Nicht-sinusförmige Signale können nur von Echteffektiv-Multimetern bis zum Crestfaktor des Multimeters richtig gemessen werden. Daher zeigt ein mittelwerterfassendes Messgeräts oft einen deutlich niedrigeren Wert als den tatsächlichen Effektivwert an. Auch eine geringe Bandbreite begrenzt die Fähigkeit eines DMMs zur richtigen Messung von Wechselspannung. Mit den meisten Digitalmultimetern können Wechselspannungen mit Frequenzen von 50 bis 500 Hz korrekt gemessen werden, aber bei nichtlinearen Signalen können einige Frequenzanteile Hunderte von Kilohertz betragen. Ein Multimeter mit einer höheren Messbandbreite kann diese Anteile erfassen und wird somit einen höheren, aber auch richtigen Wert anzeigen. Bei den Spezifikationen eines DMMs für Wechselspannung und Wechselstrom muss der Frequenzbereich eines Signals angegeben sein. Widerstandsmessung Der Widerstand wird in Ω gemessen (Ohm). Widerstandswerte können sehr unterschiedlich sein, von einigen Milliohm (mω) bei Kontakt-Übergangswiderständen bis in die Milliarden Ohm (GΩ) bei Isolatoren. Die meisten DMMs messen bis hinunter zu 0,1 Ω, und bei einigen reicht die obere Messgrenze bis zu 300 MΩ. Widerstandsmessungen müssen bei stromloser Schaltung (Gerät abgeschaltet) durchgeführt werden, da sonst das Instrument wie auch die Schaltung beschädigt werden könnten. Einige DMMs enthalten einen Schutz gegen irrtümlichen Kontakt mit Spannungen in der Betriebsart Widerstandsmessung. Der Schutzgrad kann bei verschiedenen DMM-Typen sehr unterschiedlich sein. 30

31 Zur genauen Messung niederohmiger Widerstände muss der Widerstand der Messleitungen vom gesamten gemessenen Widerstand abgezogen werden. Typische Messleitungs- Widerstände liegen zwischen 0,2 Ω und 0,5 Ω. Durchgangsprüfung Durchgangsprüfung ist eine schnelle Widerstandsprüfung, die offenen oder geschlossenen Stromkreis anzeigt. Vorteilhaft ist ein DMM mit einem Durchgangspiepser, das bei Erkennung eines geschlossenen Stromkreises ein akustisches Signal abgibt, so dass Sie bei der Prüfung nicht auf das Instrument schauen müssen. Der Widerstand zur Auslösung des akustischen Signals ist bei den verschiedenen DMM- Typen unterschiedlich. GLEICH- UND WECHSELSTROM Messung von Strom Abb 1.8: DMM Fluke 179 mit 400A-Wechselstromzange i400 Strommessungen unterscheiden sich von anderen Messungen, da der Stromkreis unterbrochen werden muss und dann über das DMM und seine Messleitungen wieder geschlossen wird. Dadurch fließt der gesamte Strom durch den Stromshunt innerhalb des Digitalmultimeters. Eine indirekte Strommessung kann mit Hilfe einer Stromzange (Abb.1.8) vorgenommen werden. Die Stromzange wird um den Leiter geklemmt, ohne dass der Stromkreis geöffnet werden muss. 31

32 Stromzangen Bei Anwendungen, die den Strommessbereich des DMMs überschreiten (typisch über 10 A) werden Stromzangen oder externe Stromshunts verwendet. Eine Stromzange wird um den stromführenden Leiter geschlossen und wandelt den Messwert auf einen Pegel, den das DMM messen kann. Es gibt zwei Grundausführungen von Stromzangen. Mit transformatorischen Stromwandlern können nur Wechselströme gemessen werden. Dabei wird z.b. ein Strom von 100 A auf 100 ma reduziert, der von den meisten DMMs gemessen werden kann. Die Messfunktion des Instrumentes wird auf ma AC eingestellt. Halleffekt-Wandler können sowohl Wechsel- als auch Gleichströme messen. Dabei wird z.b. ein Strom von 100 A Wechselstrom auf 100 mv gewandelt. Bei Wechselstrommessung wird das DMM auf die Messfunktion VAC eingestellt, bei Gleichstrom auf VDC. Eingangsschutz Ein oft anzutreffender Fehler ist, dass man die Messleitungen in den Strom-Messbuchsen stecken lässt, und dann versucht, eine Spannungsmessung vorzunehmen. Das führt zu einem direkten Kurzschluss der Spannungsquelle über den niederohmigen Stromshunt innerhalb des DMMs. Als Folge fließt ein hoher Strom durch das DMM, der bei ungenügendem Schutz zu einer Beschädigung des Instrumentes und der Schaltung sowie möglicherweise zu einer Verletzung des Anwenders führen kann. In industriellen Anwendungen mit hoher Spannung (400 V oder höher) können extrem hohe Fehlerströme auftreten. 32

33 Ein DMM muss mit einer Eingangsstrom-Sicherung geeigneter Bauart für den zu messenden Stromkreis ausgestattet sein. Instrumente ohne Sicherungsschutz in den Stromeingängen dürfen nicht in elektrischen Leistungskreisen (über 50 V AC) verwendet werden. Geeignete Sicherungen können einen Hochenergie-Kurzschluss löschen, damit im Gerät kein Lichtbogen auftreten kann. Die Nennspannung der Sicherung im Instrument muss höher sein als die maximale zu messende Spannung. Bei Messungen in einem Stromkreis, der mit 400 V gespeist wird, ist z.b. eine 20 A/600 V-Sicherung erforderlich. Einige wichtige Begriffe Auflösung Die Auflösung sagt aus, in welcher kleinsten Einheit die Anzeige benachbarter Messwerte erfolgen kann. Crestfaktor Verhältnis des Spitzenwerts zum Effektivwert eines Signals. Bei einem sinusförmigen Signal beträgt er 1,414, bei Signalen in Schaltnetzteilen und Umrichtern kann er jedoch wesentlich höher liegen. DMM mit Effektivwert-Anzeige Ein DMM, das sowohl sinusförmige als auch nicht-sinusförmige Signalformen richtig messen kann. Effektivwert Der äquivalente Gleichstromwert eines Wechselstrom- Signals. 33

34 Mittelwert-anzeigendes DMM Ein DMM, mit dem sinusförmige Signale richtig gemessen werden können. Zur Messung von nicht-sinusförmigen Signalen sind diese DMMs nicht gut geeignet, da je nach Art des Signals hohe Messfehler auftreten können. Nicht-sinusförmige Signale Eine verzerrte Wellenform, wie z.b. ein angeschnittenes Sinussignal, eine Impulskette, Rechteck-, Dreieck- und Sägezahnsignale sowie Nadelimpulse. Shunt oder Strommessungs-Shunt Ein niederohmiger Widerstand im DMM, durch den der Strom fließt. Das DMM misst den Spannungsabfall über den Shunt und berechnet den Strom mittels des Ohmschen Gesetzes. Sinussignal Eine reine Sinuswelle ohne Verzerrungen. Stellenzahl (Anzahl der Digits) Gibt an, auf wie vielen Stellen ein DMM ein Messsignal maximal darstellen kann. Eine präzisere Aussage über die Auflösung des DMMs gibt der Begriff Anzeigeumfang (maximal dargestellte Zahl). Ungenauigkeit Abweichung des angezeigten Messwerts vom tatsächlichen Wert des gemessenen Signals. Ausgedrückt in Prozent vom Messwert und / oder Prozent des Messbereichs(endwerts). Häufig wird der Fehler vom Messbereich statt in % als Anzahl vom Digit niedrigster Auflösung angegeben. 34

35 Grundlagen von Strommesszangen Strommesszangen messen den Strom, indem gegenläufige elektromagnetische Feldlinien sie das magnetische Feld um einen stromführenden Leiter bestimmen. Das Unterbrechen dieser Stromkreise zum Messen im Stromkreis ist unpraktisch stromdurchflossener Hin- und Rückleiter und kann sogar Stillstand oder Schäden verursachen, wenn Sie dadurch versehentlich einen kritischen Stromkreis auftrennen! Üblicherweise werden die Messungen am Schaltschrank durchgeführt und umfassen die Prüfung des Stroms an jeder Einspeisephase. Um das Vorhandensein und die Höhe von Oberschwingungen zu überprüfen, muss der Strom auch im Neutralleiter des Einspeisekreises gemessen werden. Strommessungen werden auch durchgeführt, um die Funktion eines Motors zu analysieren. Neben diesen grundlegenden Messungen, für die die Strommesszangen spezifiziert wurden, bieten moderne digitale Strommesszangen auch die Möglichkeit zur Messung von Spannung und Widerstand. Wenn eine Schaltung nichtlineare elektrische Lasten (Computer, Fernsehgeräte, Beleuchtung, Motorantriebe usw.) enthält, verändert sich die Signalform, und zwar je größer die elektronische Last ist, desto stärker. Dann kann eine Mittelwert-erfassende Stromzange nicht mehr richtig messen. Echteffektiv-Stromzangen werden hingegen auch bei nichtlinearen Strömen richtig messen, wie zum Beispiel Fluke 335, 336 oder

36 Anwendung von Strommesszangen Strommesszangen werden verwendet, um an der Schalttafel den Strom auf Zuleitungen oder Abzweigkreisen zu messen. Messungen an Abzweigkreisen sollten immer auf der Lastseite des Leistungsschalters oder der Sicherung durchgeführt werden. An den Einspeisekabeln sollten immer die Ströme und die Symmetrie zwischen den Phasen geprüft werden: der Strom auf allen drei Phasen sollte immer mehr oder weniger gleich sein, um den Rückstrom auf den Neutralleiter zu minimieren. Der Neutralleiter sollte auch auf Überlastung geprüft werden. Bei Strömen, die Oberschwingungen enthalten, ist es möglich, dass der Neutralleiter mehr Strom führt als eine Zuleitung selbst wenn die Zuleitungen symmetrisch sind. Jeder Abzweigkreis sollte auf mögliche Überlastung geprüft werden. Schließlich sollte die Erdleitung geprüft werden. Idealerweise sollte kein Strom auf der Erdleitung fließen, obwohl in bestimmten Installationen Pegel unter 300 ma oft toleriert werden können. 36

37 Messung von Leckströmen Um zu prüfen, ob ein Leckstrom auf einem Abzweigkreis vorhanden ist, sind sowohl der stromführende Leiter als auch der Neutralleiter in die Backen der Stromzange zu legen. Wenn nun ein Strom gemessen wird, handelt es sich um einen Leckstrom, d.h. um einen Strom, der auf der Erdleitung zurückfließt. Versorgungsstrom und Rückstrom erzeugen entgegengesetzte Magnetfelder. Die Ströme sollten den gleichen Betrag und entgegengesetzte Richtung haben, und die entgegengesetzten Felder sollten einander aufheben. Wenn dies nicht der Fall ist, bedeutet dies, dass ein Strom, der sogenannte Leckstrom, auf einem anderen Weg zurückfließt, und der einzige verfügbare andere Weg ist die Erde. Wenn Sie keine Stromdifferenz zwischen dem Versorgungsstrom und dem Rückstrom erfassen, sehen Sie sich die Eigenschaften der Last und der Schaltung an. Bei einer fehlverdrahteten Schaltung kann bis zur Hälfte des gesamten Laststroms durch das Erdsystem streuen. Wenn der gemessene Strom sehr hoch ist, liegt wahrscheinlich ein Verdrahtungsproblem vor. Leckstrom kann auch durch undichte Verbraucher oder eine mangelhafte Isolation verursacht werden. Oft ist die Ursache des Problems bei Motoren mit verschlissenen Wicklungen oder Leuchten, die Feuchtigkeit enthalten, zu finden. 37

38 Messung an Motoren und Motorsteuerungsschaltungen Dreiphasen-Induktionsmotoren kommen häufig in industriellen Gebäuden zum Einsatz, um Ventilatoren und Pumpen anzutreiben. Die Motoren können entweder durch elektromechanische Starter oder durch elektronische Antriebe mit regelbarer Drehzahl angesteuert werden. Immer häufiger werden Antriebe mit regelbarer Drehzahl verwendet, weil sie sehr energiesparend sind. Fluke 337 ist die ideale Strommesszange zur Durchführung von Messungen an diesen Motoren und Antrieben: Strom: Der vom Motor gezogene Strom, gemessen als Mittelwert der drei Phasen, sollte den spezifizierten Stromwert des Motors bei Volllast (multipliziert mit dem Sicherheits-Faktor) nicht überschreiten. Auf der anderen Seite ist ein Motor, der unter 60 Prozent des Stromwerts bei Volllast belastet wird und dies ist oft der Fall immer weniger effizient, und auch der Leistungsfaktor nimmt ab. Stromausgleich: Eine Unsymmetrie des Stroms kann auf Probleme mit den Motorwicklungen hinweisen (zum Beispiel unterschiedliche Widerstände an den Feldwicklungen aufgrund von internen Kurzschlüssen). Allgemein sollte die Unsymmetrie unter 10 Prozent liegen. (Um die Unsymmetrie zu berechnen, ist zuerst der Mittelwert der drei Phasenmessungen zu ermitteln und dann die höchste Abweichung von dem Mittelwert zu nehmen und durch den Mittelwert zu teilen.) Der Extremwert der Unsymmetrie liegt bei einphasigem Betrieb vor, wenn auf einer der drei Phasen kein Strom fließt. Anlaufstrom: Motoren, die (durch mechanische Starter) parallel zur Leitung gestartet werden, haben einen Anlaufstrom (Antriebe mit regelbarer Drehzahl haben keinen Anlaufstrom). Der Anlaufstrom reicht von ca. 500 Prozent 38

39 bei älteren Motoren bis zu Prozent bei energieeffizienten Motoren. Wenn dieser Anlaufstrom zu hoch ist, verursacht er oft Spannungseinbrüche und ein Auslösen der Leistungsschalter. Hier erweist sich die Anlaufstrom-Funktion der Strommesszange Fluke 337 als nützlich sie wurde speziell entworfen, um den echten Wert des Anlaufstroms zu erfassen. Spitzenstrom (Stoßbelastungen): Manche Motoren unterliegen Stoßbelastungen, die einen Stromanstieg verursachen können, der ausreicht, um die Überlastschaltung in der Motorsteuerung auszulösen. Die Min/Max-Funktion kann verwendet werden, um den durch die Stoßbelastung gezogenen Spitzenstrom aufzuzeichnen. 39

40 2 Messungen nach DIN VDE Durchführung der Prüfungen Die Prüfungen aller einschlägigen DIN VDE-Bestimmungen sollen in drei Schritten erfolgen: Besichtigen Erproben Messen Erproben und Messen gehen in der Praxis meist Hand in Hand. Besichtigen Durch Besichtigen der elektrischen Anlagen und Betriebsmittel muss festgestellt werden, ob äußerliche Mängel erkennbar sind. Außerdem müssen Schaltpläne, Betriebsanleitungen und Beschriftung von Stromkreisen und Typenschildern vorhanden sein und die Einrichtung zur Unfallverhütung und Brandbekämpfung vollständig und mängelfrei zur Verfügung stehen. Besonders ist festzustellen, ob der Schutz gegen direktes Berühren aktiver Teile vorhanden und die Schutzmaßnahmen bei indirektem Berühren nicht fehlerhaft sind. Der Querschnitt, die Verlegung, der Anschluss und die Kennzeichnung von Schutz-, Erdungs- und Potentialausgleichsleitern sind zu prüfen. 40

41 Erproben Durch Erproben ist z. B. festzustellen, ob NOT-AUS-Einrichtungen, Isolationsüberwachungen, Schutzeinrichtungen sowie Melde- und Anzeigeeinrichtungen funktionsfähig sind und die Anlage ordnungsgemäß arbeitet (Funktionstest). Messen Durch Messen wird festgestellt, ob alle in den jeweils gültigen Vorschriften angegebenen Grenzwerte bzw. Forderungen erfüllt werden. Die Messungen dürfen nur mit geeigneten Prüfmitteln durchgeführt werden. Es sind nur Mess- und Prüfgeräte einzusetzen, die bestimmten DIN VDE-Bestimmungen entsprechen wie z.b. DIN VDE 0411, 0413, DIN VDE 0403 und DIN VDE

42 Die wichtigsten Grenzwerte bei elektrischen Anlagen nach DIN VDE 0100, Teil 610 Durchgängigkeit der Schutz- und Potentialausgleichsleiter: Diese Leiter sind auf Durchgängigkeit zu prüfen, Grenzwerte legt der Fachmann aufgrund Querschnitt und Länge fest. Bei Prüfung mit Gleichstrom ist die Polarität zu wechseln. Richtwerte: Schutzleiter: Potentialausgleichsleiter: < 1 Ω < 0,1 Ω Praxistipp! Um genaue Messergebnisse zu erzielen, besteht bei den FLUKE-Prüfgeräten die Möglichkeit, den Widerstand der verwendeten Messleitung zu kompensieren. Unterschiedliche Werte bei Polaritätswechsel signalisieren Fehler! 42

43 Isolationswiderstand: Messung aller aktiven Leiter gegen Erde oder PE, aktive Leiter dürfen kurzgeschlossen werden. Bei Anlagen mit elektronischen Einrichtungen ist dies Pflicht, Schalterleitungen müssen mitgemessen werden. Grenzwerte: Mindest- Nennspannung des Messisolationswerte Stromkreises spannung 0,25 MΩ SELV, PELV (z.b. Türsprechanlage) 250 V 0,5 MΩ bis 500 V (außer SELV/PELV) 500 V 1 MΩ über 500 V bis 1000 V 1000 V Praxistipp! Die Einzelmessung der Leiter gegen PE ist aufwändiger, gibt aber Aufschluss über die Verhältnisse im Leiter. Üblichkeitswerte vergleichen! Bei kapazitätsbehafteten Prüflingen muss nach der Messung entladen werden! 43

44 Schleifenimpedanz und Abschaltstrom: Die Schleifenimpedanz zwischen Außenleiter und PE- oder PEN-Leiter ist zu ermitteln, vorzugsweise durch Messung. Die Messung muss einmal pro Stromkreis an der (messtechnisch gesehen) ungünstigsten Stelle des Stromkreises erfolgen. Weiterhin ist jeder Schutzleiteranschluss im Stromkreis auf Wirksamkeit zu prüfen. Bitte entnehmen Sie die entsprechenden Grenzwerte aus der im Anhang beigefügten Tabelle 1. Praxistipp! Um genaue Messergebnisse zu erzielen, besteht z.b. bei unserem Installationstester Fluke 1653 die Möglichkeit, den Widerstand der verwendeten Messleitung zu kompensieren. Beachten Sie gerade bei dieser Messung den von VDE zulässigen Messgerätefehler (max. 30 %), den Temperatureinfluss des Kupferwiderstandes und Spannungsschwankungen. Am besten arbeiten Sie mit einem Sicherheitszuschlag von ca. 35 %. RCD/FI-Prüfung: Durch Erzeugung eines Fehlerstromes hinter dem RCD/FI ist nachzuweisen, dass der RCD/FI mindestens bei Erreichen seines Nennfehlerstromes auslöst und die zulässige Berührungsspannung nicht überschritten wird. Die Messung muss einmal pro Stromkreis erfolgen. Weiterhin ist jeder im Stromkreis liegende Schutzleiteranschluss auf Wirksamkeit zu prüfen. 44

45 Grenzwerte: Grenzwerte für die Berührungsspannung AC 50 V in Normalanlagen (bzw. DC 120 V) AC 25 V bei besonderen Anforderungen, z. B. in Landwirtschaft, Medizin (bzw. DC 60 V) Bitte entnehmen Sie die entsprechenden Grenzwerte aus der im Anhang beigefügten Tabelle 2. Praxistipp! Die Anzeige der Berührungsspannung von 0 V bedeutet einen Erdungswiderstand <1 Ω (generell in TN-Systemen üblich), also sehr gut. In bestimmten Fällen muss auch der Abschaltstrom und die Abschaltzeit gemessen werden (keine DIN VDE-Forderung). Hohe Aufmerksamkeit ist erforderlich bei der Wahl des Nennfehlerstromes und der RCD/FI-Art. Bei Nichtauslösung des RCD/FI sind meist Isolations- oder Installationsprobleme zwischen N und PE hinter dem RCD/FI die Ursache. Zur sehr schnellen und kostensparenden Fehlersuche in Anlagen mit RCD/FI-Schutz empfehlen wir eine sogenannte Leckstromzange. 45

46 Erdungswiderstand: Der Erdungswiderstand muss gemessen werden. In dicht bebauten Gebieten ist es zweckmäßig, den Erdungswiderstand durch Messen der Schleifenimpedanz über zwei Erder zu ermitteln. TN-System Überstrom- oder Gesamtwert < 2 Ω Betriebs- RCD/FI-Schutz Ausnahme < 5 Ω } erde TT-System Überstromschutz R a * x I a UL (50 V) RCD/FI-Schutz R a * x I Δn UL (25 V oder 50 V) *Ra = Anlagenerde Praxistipp! Bei konventioneller Erdungsmessung Sonden- und Hilfserderanschluss tauschen. Bei Messungen über zwei Erder vom Messwert den Wert des bekannten Erders (z. B. Betriebserder) und Leitungswiderstände abziehen. Bei der Beurteilung der Messergebnisse sind die jahreszeitlichen Einflüsse, speziell die Bodenfeuchte, zu berücksichtigen. Der Mindestwert sollte auch bei trockenem Boden eingehalten werden. Drehfeld: An allen Drehstromsteckdosen ist festzustellen, ob ein Rechtsdrehfeld vorliegt. 46

47 Wiederholungsprüfungen nach DIN VDE 0105, Teil 1, Teil 100 In der DIN VDE 0105 sind allgemeine Hinweise enthalten, die den Betrieb von elektrischen Anlagen sowie das Erhalten des ordungsgemäßen Zustandes betreffen. Zur Wiederholungsprüfung gibt Abs. 5.3 Hinweise, welche nachfolgend erwähnt sind: Elektrische Anlagen sind entsprechend den Errichtungsnormen und den Sicherheitsvorschriften in einem ordungsgemäßen Zustand zu erhalten. Es muss festgestellt werden, ob Anpassungen entsprechend den gültigen Normen bei bestehenden Anlagen durchgeführt wurden oder erforderlich sind. Mängel, die eine unmittelbare Gefahr bilden, sind unverzüglich zu beseitigen. Wiederkehrende Prüfungen Besichtigen Erproben Messen Durch Besichtigen muss festgestellt werden, ob elektrische Anlagen und Betriebsmittel äußerlich erkennbare Schäden oder Mängel aufweisen. Das Erproben von folgenden Anlagenteilen ist notwendig: Überwachungsgeräte (z.b. RCD/FI, FU, Isolationsüberwachung), Stromkreise und Betriebsmittel, die der Sicherheit dienen, Drehfeldprüfungen und die Funktionfähigkeit von Meldeeinrichtungen. Durch Messen müssen Werte ermittelt werden, die eine Beurteilung der Schutzmaßnahmen bei indirektem Berühren ermöglichen, dazu gehören: Schutzleiter, Erdungs- und Potentialausgleichsleiter, Erdung, Schleifenimpedanz und Abschaltstrom, Auslösestrom und Berührungsspannung (bei RCD/FI), Ansprechwert von Isolationsüberwachungen. 47

48 Praxistipp! Stichprobenmessungen sind unter Umständen zulässig. Beim Isolationswiderstand gelten andere Grenzwerte als bei DIN VDE 0100, Teil 610. Der Umfang der Prüfungen darf nach Bedarf und den Betriebsverhältnissen auf Stichproben, sowohl im Bezug auf den örtlichen Bereich (Anlagenteile) als auch auf die Maßnahmen, beschränkt werden, wenn dadurch eine Beurteilung des ordungsgemäßen Zustands möglich ist. Grenzwerte für Isolationsmessung nach DIN VDE 0105, Teil 100 Mit angeschlossenen und eingeschalteten Verbrauchern mindestens: Ohne angeschlossenen Verbraucher: Im Freien oder in Feuchträumen: Im IT-System sind zulässig: > 300 Ω/V > 1000 Ω/V jeweils 50% der obigen Werte > 50 Ω/V 48

49 Allgemeine Erdungswiderstandsmessung Wozu erden? Es gibt viele Gründe für das Erden, der wichtigste ist der Personenschutz. Dabei wird ein möglichst niedriger Erdungswiderstand angestrebt, um ggf. auftretende Potenzialdifferenzen unterhalb jedweder gefährlicher Pegel zu halten. a) Allgemeines zur Messung des Erdungwiderstandes mit/ohne Sonde Messung mit Sonde: Bei Verwendung einer Sonde werden auftretende Störspannungen bis 20 V toleriert. Sie verfälschen das Messergebnis nicht. Die Sonde wird an Buchse S angeschlossen. Im Display erscheint das Symbol S. Die Sondenmessleitung verbindet man mit demerdspiess. Bei Messungen mit Sonde ist ein Abstand von > 20 m zu den wirksamen Erdern einzuhalten. Zur Kontrolle sollen 2 Messungen mit versetztem Erdspieß durchgeführt werden. Die Ergebnisse sollen übereinstimmen. Verwendung des Nulleiters als Sonde: Ist das Setzen eines Erdspießes (Sonde) nicht möglich, so kann die Sondenleitung auch an den geerdeten Neutralleiter (N-Leiter) angeschlossen werden. Bei dieser Messung wird der Widerstand des Betriebserders RB mitgemessen. Korrektur: R A = R Gemessen - R B Falls die daraus berechnete Fehlerspannung unter 50 V angezeigt wird, kann die Korrektur durch RB entfallen. Die Messergebnisse gelten für das mitgelieferte Zubehör. Bei Verlängerung der Leitungen muss deren Widerstand kompensiert werden. 49