Bei der Inspektion einer elektrischen Anlage kommt neben einem elektrischen Messgerät wie hier auch oftmals Thermografie oder Ultraschall zum Einsatz - oder beides, wie in unserem Beispiel.

Bei der Inspektion einer elektrischen Anlage kommt neben einem elektrischen Messgerät wie hier auch oftmals Thermografie oder Ultraschall zum Einsatz - oder beides, wie in unserem Beispiel. Bild: stock.adobe.com/photomakers.de

| von Hans Jörg Maurer

Fangen wir an, wo jede thermografische Inspektion elekrischer Anlagen beginnen sollte: in einem Gespräch mit den zuständigen Fachleuten aus dem Betrieb. Dabei werden zunächst die Ergebnisse der letzten Inspektion reflektiert und die durchgeführten Arbeiten kontrolliert. Für die bevorstehende Inspektion ergeben sich dabei wichtige Informationen für den Sachverständigen, welcher die Anlage prüfen soll.

Ebenso wichtig ist ein Gespräch über derzeitig vorhandene Störungen und Anomalien. Dadurch werden die Sinne des Prüfers auf Dinge geschärft und sensibilisiert, welche über dem Tellerrand hinaus liegen. Ein Verfahren, vergleichbar mit einem Vorgespräch bei einer ärztlichen Untersuchung. Aufgrund der Symptome entscheidet der Arzt, was er alles an Untersuchungen durchführt und worauf sich das Blutbild konzentrieren soll.

Die Mängel waren sorgfältig behoben, nur die Störung an der großen Pressanlage war etwas mysteriös. Es hatten beide Hauptschalter der Paralleleinspeisung ausgelöst. Selbige konnten wieder geladen werden und sind seit einem viertel Jahr wieder fehlerfrei in Betrieb. Soweit die Vorbereitungen. Die Route wird noch abgesprochen und schon kann es losgehen.

Ich führe nach Möglichkeit die Messungen gerne nach einem Top-Down Verfahren durch. Das bedeutet in diesem Fall, dass zunächst die Abgänge des Zehn-Kilovolt-Rings, dann die zugehörigen Trafos, Mittelspannungs- und Niederspannungsverteiler und danach die Anlagensteuerungen und Verbauungen an der Maschine geprüft werden. So wird Anlage für Anlage geprüft.

Der Aufwand ist geringfügig höher, meist sind es doppelte Wege, die man geht. Der Vorteil ist, dass man sicher sein kann, dass die Anlage und alle Versorgungseinrichtungen unter Last sind, sonst würde man die Anlage später messen.

Bereits bei den ersten Messungen gab es interessante Infrarotaufnahmen. Die untenstehenden Bilder zeigen die Temperaturverteilungen bei gleicher Temperaturskala. Deutlich zu erkennen ist, dass es an den Halterungen keine Defekte gibt. Der Kontaktdruck ist in Ordnung, die Temperaturen gleichmäßig.

Das Wärmebild der Zehn-Kilovolt-Sicherungen.
Das Wärmebild der Zehn-Kilovolt-Sicherungen. - Bild: Maurer

Im linken Bild ist zu erkennen, wie die Sicherungskörperstrahlung an den Wänden reflektiert wird. Die Temperaturen der Sicherungen haben deutliche Unterschiede, was in diesem Fall auf einen Mangel hinweist, denn der Unterschied dürfte nicht so krass sein. Eine Strommessung ist hier nicht möglich, zumindest nicht mit der vorhandenen Schutzausrüstung und den vorhandenen Messgeräten. Also suchen wir erst einmal die Strecke ab und versuchen einen anderen Ansatzpunkt zu finden.

Kein Kabelfehler am Trafo

Die nächste Aufnahme (siehe unten) betrifft die Trafozellen. Sollte sich die Ursache für die Anomalie zwischen der Ringleitung und dem Trafo befinden, müsste demnach am Trafo etwas bemerkbar sein. Dies ist es auch und es bestätigte sich die Annahme, dass ein Kabelfehler ausgeschlossen werden kann. Bei einem Kabelfehler hätte längst die Isolationsüberwachung angesprochen.

Wärmebilder vom Trafo.
Wärmebilder vom Trafo. - Bild: Maurer

Die Temperaturen an den Sekundärleitungen weisen deutliche Unterschiede auf. Auffallend ist die Temperaturerhöhung an den Leitungen an Trafo T2.1 (rechts). Die Bündelung der Kabel sorgt für eine partiell erhöhte Temperatur. Auch geringfügig unterschiedliche Leitungslängen machen sich hier bemerkbar.

Die Kabelanschlüsse an den Trafokerzen und die Kabelschuhe haben ebenfalls keine Auffälligkeiten. Eine Strommessung ist hier zwar gefahrlos möglich, aber da die Leitungen parallel weitergeführt werden, ist der Aufwand hoch und wir beschlossen uns näher an den Schaltraum zu bewegen und dort nach weiteren möglichen Ursachen zu suchen.

Unklarheit im Schaltraum

Im Schaltraum bot sich dann ein ganz anderes Bild mit bekanntem Muster. Ausgehend von den bisherigen Aufnahmen waren hier die Erwartungen zunächst bestätigt und die Temperaturunterschiede an den Leitungen der beiden Hauptschalter in nahezu selbem Verhältnis wie bekannt.

Im Schaltraum bot sich dann ein ganz anderes Bild mit bekanntem Muster. Ausgehend von den bisherigen Aufnahmen waren hier die Erwartungen zunächst bestätigt und die Temperaturunterschiede an den Leitungen der beiden Hauptschalter in nahezu selbem Verhältnis wie bekannt.
Die Hauptschalter im Schaltraum. - Bild: Maurer

Die Abweichungen kann man sich durch Messfehler und örtliche Begebenheiten (Luftzug, Fremdstrahlung) erklären. Der Grund für die Anomalie war aber immer noch nicht eindeutig. Klar war nur, dass die Temperatur an sich durch die Last hervorgerufen war. Dank der Paralleleinspeisung konnte sich die Anlage über den zweiten Trafo mit genügend Energie versorgen, sodass dieser Mangel zunächst nicht zu einer Abschaltung führte. Doch wo ist die Ursache?

Fassen wir hier einmal zusammen. Wir haben einen Temperaturunterschied der sich konstant zwischen der Zehn-Kilovolt-Einspeisung und dem Verbrauchernetz im Schaltraum abspielt. Eine Strommessung kann aus baulichen und sicherheitstechnischen Gründen nicht überall stattfinden.

Da die Temperatur als Verlustleistung der Kabel messbar ist, kann zumindest die Aussage getroffen werden, dass eine L1 – Leitung wohl weniger Stromfluss, oder die andere aus unbekannten Gründen mehr Stromfluss hat. Natürlich ließe sich dies auch mit entsprechendem Aufwand berechnen, aber die Grundaussage ist die gleiche und gültig – Aus noch unbekannten Gründen hat eine Leitung einen höheren elektrischen Widerstand.

Ultraschall im Einsatz

Als Option zur Fehlersuche wurde eine Ultraschallmessung angeregt. Wie wir wissen, entstehen bei Entladungen Ultraschallsignale, auch Kriechströme und Koronaentladungen verursachen selbige. Alles sind bekannte Störungsursachen in elektrischen Anlagen. Doch leider werden diese Risiken zu oft unterschätzt und es wird erst gar nicht nach ihnen gesucht. In diesem Beispiel soll das anders sein, da ein geeignetes Ultraschallmessgerät in meiner Ausrüstung vorhanden ist.

Eine Untersuchung an den Hochspannungszellen und an den Trafos brachte keine Ergebnisse. Zwar konnten geringe Entladungen festgestellt werden, diese aber auf andere Ursachen wie zum Beispiel eine defekte Neonröhre zurückgeführt werden. Die entscheidenden Messungen fanden dann wieder im Schaltraum statt.

Das Ultraschallsignal am Hauptschalter.
Das Ultraschallsignal am Hauptschalter. - Bild: Maurer

Während der eine Hauptschalter keine Ultraschallemissionen hatte, sind beim anderen wiederum umso deutlichere Signale zu erkennen. Durch gezieltes Abschatten und eine entsprechende Filterwahl konnte ein deutliches Arcing gemessen werden. Mit einem weiteren Verfeinern der Messung wurde dieses Signal eindeutig auf die Schaltkammer des Hauptschalter S2.1 eingegrenzt. Das Infrarotbild (siehe oben) zeigt hier die geringste Temperatur, es gibt einen deutlich niedrigeren Stromfluss. Das Arcing ist sozusagen der Widerstand in der Reihe.

Ergebnis: Defekte Schaltkontakte

Das Ergebnis stand somit fest, die Schaltkontakte müssen erneuert werden. Doch wie sieht der Schaden aus, was ist die Ursache? Das Entstehen von Arcing und auch von Tracking (Schubartige Entladungen oder Kriechströme) ist eine Folge einer Verschlechterung der Kontaktübergangszonen.

Die abgeschmolzenen Kontakte.
Die abgeschmolzenen Kontakte. - Bild: Maurer

So entsteht aus Verzunderungen aufgrund von Kontaktschwäche regelrecht Abbrand, was in weitere Folge immer mehr Lichtbögen mit energetisch höheren aber kurzzeitigen Lichtbögen führt. Diese schmelzen die Legierungen der Kontakte auf, es entstehen weitere Schadenszonen. Dieses Spiel wiederholt sich unbemerkt sofern man keine vorbeugenden Maßnahmen trifft. Welche die regelmäßige Inspektion ist.

Während im Hochspannungsbereich zusätzlich noch Korona festzustellen ist, sind die anderen Ausprägungen auch im Niederspannungsbereich vorhanden. Dass Ultraschall nicht nur im elektrischen Bereich eine tragende Rolle bei der Inspektion hat, sondern auch im mechanischen, darüber werde ich in einem der nächsten Beiträge berichten.

Bearbeitet von Stefan Weinzierl

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