Hochspannungs-Ohmmeter-Design und Anwendung

Konventionelle Ohmmetern, wie im vorangegangenen Kapitel dargestellt, nutzen typischerweise Niedrigspannungsquellen – meist neun Volt oder weniger. Eine solche Versorgung reicht für Messungen bis in den Megaohm-Bereich, versagt jedoch, wenn der Zielwiderstand in den Gigaohm-Bereich reicht. Eine 9-V-Batterie kann nicht genug Strom treiben, um bei einem elektromechanischen Werk unter diesen extremen Bedingungen einen lesbaren Ausschlag zu erzeugen.

Der Widerstand vieler Materialien, besonders Nichtmetallen, ist kein konstanter linearer Parameter. Bei hohen elektrischen Feldern können Leitungsmechanismen wie Ionisation oder dielektrischer Durchbruch den Widerstand drastisch verändern. Ein klassisches Beispiel ist die Strom-Spannungskennlinie für einen kleinen Luftspalt (weniger als ein Zoll), bei der die Leitung sprunghaft von isolierend zu leitend wechselt, sobald die Spannung die Luftdurchbruchsschwelle überschreitet.

Da eine Niedrigspannungsbatterie weder das Ionisationspotenzial von Gasen noch die Durchbruchsspannung fester Isolatoren erreichen kann, ist ein Hochspannungs-Ohmmeter für genaue Messungen solcher extremen Widerstände erforderlich.

Einfaches Hochspannungs-Ohmmeter

Der einfachste Ansatz besteht darin, die Niedrigspannungsbatterie durch eine höhere Spannungsquelle zu ersetzen, während die grundlegende Ohmmeter-Architektur beibehalten wird.

Da jedoch der Widerstand vieler Materialien von der angelegten Spannung abhängt, ist es wünschenswert, die Versorgungsspannung anzupassen, um das Prüfling unter verschiedenen Spannungsniveaus zu untersuchen. Dies stellt eine Kalibrierungsherausforderung dar: Ein Messgerät, das bei einem bestimmten Strom voll ausschlägt, würde bei geänderter Quellspannung einen anderen Widerstand anzeigen, es sei denn, das Messwerk selbst ist so ausgelegt, dass es für einen gegebenen Widerstand unabhängig von der Spannung einen stabilen Ausschlag liefert.

Diese Stabilität erfordert ein spezialisiertes Messwerk, das einzigartig für Megaohmmeter (umgangssprachlich „Megger“ genannt) ist.

Megger-Messwerk

Die nummerierten rechteckigen Blöcke stellen drei Drahtspulen dar, die mechanisch mit der Nadel gekoppelt sind. Anders als bei einem Standardwerk gibt es keine Feder, die die Nadel zurückzieht; stromlos schwebt die Nadel frei. Die Spulen sind wie folgt verschaltet:

Bei offenen Prüfspitzen sind nur Spulen 2 und 3 erregt und ziehen die Nadel vollständig nach rechts, um „Unendlichkeit“ anzuzeigen. Wird eine Last angeschlossen, fließt Strom durch Spule 1, die die Nadel links Richtung Null zieht. Das interne Widerstandsnetzwerk ist so kalibriert, dass kurzgeschlossene Prüfspitzen die Nadel auf die 0-Ω-Marke zwingen.

Da Schwankungen der Batteriespannung sowohl das linksdrehende Drehmoment (Spule 1) als auch das rechtsdrehende (Spulen 2 + 3) proportional beeinflussen, bleibt der Nettausschlag konstant. Damit ist die Messgenauigkeit unabhängig von der Versorgungsspannung; nur der gemessene Widerstand selbst kann sich mit der angelegten Spannung ändern – eine erwünschte Eigenschaft bei der Beurteilung nichtlinearer Materialien.

Aus Sicherheitsgründen nutzen die meisten Megger einen Handkurbelgenerator für bis zu 1 kV Gleichspannung. Ein Stromschlag des Bedieners stoppt das Kurbeln selbsttätig, und eine Rutschkupplung hält die Spannung über einen Bereich von Kurbelgeschwindigkeiten stabil. Viele Geräte bieten wählbare Ausgangsspannungen über einen Wahlschalter.

Batteriebetriebene Megger bieten höhere Präzision und werden typischerweise durch einen Taster mit Momentankontakt aktiviert, um anhaltende Schlaggefahren zu vermeiden.

Echte Megger

Feldeinsatzbereite Megger verfügen über drei Anschlüsse: Line, Earth und Guard. Die Messung erfolgt zwischen Line und Earth, während Guard genutzt wird, um einen Leiter vom anderen während Isolationsprüfungen zu isolieren.

Beispielsweise zum Testen des Isolationswiderstands eines Zweidrahtkabels: Verbinden Sie den Line-Anschluss mit einem Leiter und den Earth-Anschluss mit einem um die Kabelummantelung gewickelten Draht. Der Guard-Anschluss wird dann mit dem anderen Leiter verbunden, um beide Leiter auf nahezu gleiches Potenzial zu halten, Leckströme zwischen ihnen zu verhindern und sicherzustellen, dass das Messgerät nur den Widerstand vom gewählten Leiter zur Ummantelung anzeigt.

Ohne Guard wäre der gemessene Wert die Parallelschaltung aus Leiter-Leiter-Widerstand und der Isolationswiderstand des ersten Leiters, was die wahre Isolationsqualität des zweiten Leiters verschleiern könnte.

Megger sind tragbare Feldinstrumente, die Technikern ermöglichen, hochohmige „Kurzschluss“-Fehler durch feuchte oder degradierte Isolierung zu detektieren. Ihre hohen Prüfspannungen machen sie unempfindlicher gegen Störspannungen (sub-volt elektrochemische Potenziale oder induzierte Felder), die Standard-Ohmmetern beeinträchtigen können.

Hi-Pot-Tester

Für anspruchsvollere Isolationsprüfungen kommt ein Hi-Pot-Tester zum Einsatz – fähig, Spannungen über 1 kV zu erzeugen. Diese Geräte testen die Integrität von Öl, Keramikisolatoren und anderen Hochspannungsausrüstungen. Aufgrund der potenziell zerstörerischen Wirkung übermäßiger Spannung dürfen Hi-Pot-Tester nur von geschultem Personal unter strengen Sicherheitsprotokollen bedient werden.

Sowohl Hi-Pot-Tester als auch Megger können Isolierung beschädigen, wenn sie unsachgemäß angewendet werden. Einmal durchbrochen, ist die Fähigkeit eines Isoliermaterials, elektrischer Leitung zu widerstehen, dauerhaft degradiert. Richtige Schulung und Einhaltung der Herstellerrichtlinien sind essenziell, um versehentlichen Ausfall zu verhindern.

WEITERFÜHRENDE ARBEITSBLÄTTER:

• Grundlegende Ohmmeter-Nutzung Arbeitsblatt