Antriebe werden in sehr vielen Anwendungen überwacht. Mit der Überwachung der Drehzahl lässt sich die Funktion des Antriebssystems insgesamt verifizieren, Temperatur- und Vibrationsmessungen können Fehler auf der mechanischen Seite des Antriebs detektieren, beispielsweise einen Lagerschaden. Auf der elektrotechnischen Seite des Antriebs gilt es vor allem, Isolationsfehler zu erkennen. Denn diese können sowohl zum Ausfall des Antriebs als auch zu Personengefährdungen durch einen elektrischen Schlag oder Beschädigungen führen. Auch ein Brand des Motors kann die Folge sein. 

Geerdet oder ungeerdet?

Die Isolationswächter aus der Serie ‚Varimeter IMD‘ von Dold & Söhne eignen sich zur Überwachung abgeschalteter Antriebe in geerdeten Netzen.

© E. Dold & Söhne

Bei der Überwachung von Antrieben auf Isolationsfehler kommt es darauf an, wie die Installation ausgeführt ist; es ist darauf zu achten, ob es sich um ein geerdetes oder ein ungeerdetes System handelt.

• Bei ungeerdeten IT-Systemen besteht keine niederohmige Verbindung zwischen den aktiven Leitern des Systems und dem Erdpotenzial. Daher kommen Isolationswächter zum Einsatz, die den Widerstand zwischen Leitern und Erdpotenzial messen.
• Bei geerdeten TN- oder TT-Systemen sind gängige Differenzstromwächter verwendbar, die den Summenstrom in den drei Phasen und im Neutralleiter messen. Ist dieser Summenstrom nicht gleich Null, muss ein Isolationsfehler vorliegen.

In beiden Fällen – bei geerdeten oder ungeerdeten Systemen – schaltet die Überwachungseinrichtung den Antrieb kontrolliert ab, sobald ein Isolationsfehler erkannt wird. Im Anschluss daran können entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um den Fehler zu beseitigen.

Mit diesen Methoden nicht so ohne weiteres zu realisieren ist allerdings die Überwachung von abgeschalteten Antrieben: 

In ungeerdeten IT-Systemen arbeiten die Isolationswächter wie oben beschrieben. In der elektrischen Antriebstechnik im industriellen Umfeld sind solche Installationen aber eher die Ausnahme – sie kommen nur dort zum Einsatz, wo die Stromversorgung nicht ausfallen darf. Typische Beispiele sind Krankenhäuser sowie spezielle Bereiche in der Prozessindustrie. 

Die bei geerdeten Systemen verwendeten Differenzstromwächter funktionieren nur, wenn der Elektromotor in Betrieb ist, da beim Stillstand des Antriebs keine Ströme fließen. Je nach Anwendung ist es aber wichtig, auch abgeschaltete Elektromotoren in TN- oder TT-Netzen zu überwachen. Typische Anwendungen, bei denen dies bedeutsam ist, sind zum Beispiel Feuerlöschpumpen, Entrauchungsanlagen, Pumpstationen und andere Anlagen, die im Notfall zuverlässig in Betrieb genommen werden müssen. Bei Antrieben hier muss sichergestellt sein, dass sie bei Bedarf auch tatsächlich funktionieren.

Eine Möglichkeit ist die regelmäßige Überprüfung solcher Antriebe. Dies ist aber einerseits mit hohen Kosten verbunden, andererseits bietet diese Methode nicht die Sicherheit einer permanenten Überwachung. Sind Elektromotoren nicht in Betrieb, können Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit oder Staub die Isolierung in den Zuleitungen oder im Elektromotor angreifen. Wird der Antrieb dann eingeschaltet, spricht die Schutzeinrichtung an und schaltet den Elektromotor wieder ab. Kann aber eine Entrauchungsanlage oder eine Feuerlöschpumpe im Notfall nicht eingeschaltet werden, hat dies mitunter fatale Folgen.

Isolationswächter für geerdete Systeme

Der Isolationswächter misst nur dann, wenn das Schütz oder der Leistungsschalter den Motor abschaltet.

© E. Dold & Söhne

Für die Überwachung abgeschalteter Verbraucher auch in geerdeten Systemen gibt es spezielle Isolationswächter, beispielsweise die Serie ‚Varimeter IMD‘ von Dold & Söhne. Im Detail werden die Isolationswächter MK 5880N und MH 5880 an einem Antrieb so verschaltet, dass sie den Isolationswiderstand nur überwachen, solange der Antrieb vom Netz getrennt ist. Dazu wird ein Isolationswächter über den Ruhekontakt des Schützes oder des Leistungsschalters angeschlossen. Er arbeitet nur, wenn der Antrieb abgeschaltet ist. Andernfalls würde der Isolationswächter im Betrieb einen falschen Alarm auslösen. Bei Drehstromantrieben ist es ausreichend, nur eine Phase zu überwachen, da die drei Phasen im Motor niederohmig gekoppelt sind. So lassen sich auch Isolationsfehler auf den nicht angeschlossenen Phasen erkennen.

Die beiden Isolationswächter eignen sich für Dreh- und Wechselstromnetze bis 500 V und für Netzfrequenzen von 10 bis 1000 Hz. Vorgesehen sind die Geräte für die Installation auf DIN-Tragschienen und dadurch einfach im Klemmenkasten oder im Schaltschrank installierbar. Die Anschlüsse gibt es wahlweise als Schraub- oder als Federkraftklemmen; Hilfsspannung, Messkreis und Ausgangskontakte sind galvanisch voneinander getrennt. Der Alarmwert für den Erdschluss ist bei beiden Geräten von 5 Ω bis 100 kΩ einstellbar. Sollte der eingestellte Wert unterschritten werden, fällt das Ausgangsrelais ab und der Alarm wird ausgelöst. Gleichzeitig signalisiert eine rote LED den Isolationsfehler.

Zustandsorientierte Wartung

Der Isolationswächter MK 5880N verfügt zusätzlich über einen Vorwarnwert, der von 10 kΩ bis 5 MΩ einstellbar ist. Hierdurch lässt sich eine langsam auftretende Verschlechterung des Isolationswiderstands detektieren. Dafür sind ein zweites Ausgangsrelais und eine zusätzliche gelbe LED vorgesehen. So können Mitarbeiter der Instandhaltung die entsprechende Installation überprüfen, bevor ein kritischer Fehler auftritt. Beim MH 5880 wird der aktuell gemessene Widerstand über einen Analogausgang von 0 bis 10 V ausgegeben. Darüber hinaus visualisiert eine 11-stufige LED-Balkenanzeige den Wert direkt am Gerät. Über den Analogausgang lässt sich der Isolationswert von einem übergeordneten System – beispielsweise einer SPS – auswerten. Auch hier ist dann eine Alarmierung und bei Bedarf eine zustandsorientierte Wartung möglich.

Autor:
Jörg Lantzsch ist freier Journalist in Wiesbaden.