Leckstrom

Leckstrom richtig messen

Leckstrom ist elektrischer Strom, der an beeinträchtigten bzw. unwirksamen Isolatoren entsteht und über Leiter fließt, die nicht für ihn vorgesehen sind. „Lecks“ können in allen elektrischen Systemen vorkommen – wobei ihnen in Anlagen der Stromversorgung, in der Fahrzeugmechatronik, im Gebäudeblitzschutz sowie in Produktionsmaschinen bzw. -anlagen mit besonderer Sensibilität zu begegnen ist. Häufig treten Leckströme als Kriechströme in Erscheinung, die sich auf der Oberfläche von fehlerhaften bzw. beschädigten Isolatoren ausbreiten. Im industriellen Umfeld spricht man von Leckstrom, wenn sich unerwünschte Ströme durch induktive, kapazitive oder galvanische Einkopplungen auf geschirmten Leitungen oder dem Potentialausgleich (PA) ausbreiten. Häufig treten Einkopplungen bei Stark- und Schwachstromleitern auf, etwa wenn Motor- und Datenleitungen sehr dicht neben einander verlegt sind. Hochfrequente Verbraucher, wie sie in der modernen Prozessautomatisierung vorkommen, begünstigen solche Einkopplungen.

Leckstrom als Störquelle

Wo immer Leckströme fließen, bringen sie Probleme mit sich: So entladen sie beispielsweise Batterien, mindern die Leistungsfähigkeit von Kondensatoren, verursachen Abschaltungen von FI-Schaltern, beeinträchtigen Sensoren und stören somit die Funktionsweise ganzer Maschinen bzw. Anlagen. Wenn Leckströme in der Prozessautomatisierung auf die Schirme von Datenleitungen übergreifen, sind sie in dreierlei Hinsicht kritisch:

  • Zum einen belasten überhöhte Schirmströme die empfindliche Geräteelektronik, wenn sie zur Hutschiene abgeleitet werden.
  • Zum anderen führen die überhöhten Schirmströme dazu, dass das Magnetfeld der Motorleitung direkt auf die Adernpaare in der Datenleitung wirken kann.
  • Eine dritte Folge der überhöhten Schirmströme ist die gesteigerte physikalische Belastung der Schirmauflage an den Klemmstellen, die dadurch stärker korrodieren.

Eingekoppelte Ströme können darüber hinaus zu einem höherem Verschleiß von frequenzgesteuerten Drehstromantrieben führen, wenn sie vom Stator über Lager, Welle und das PA-System zurück zum Frequenzumrichter fließen. Ein typisches Schadensbild sind hierbei abgenutzte Laufringe, die unter der Funkenerosion durch hochfrequente Stromimpulse leiden.

Leckstrom Ursache & Entstehung Leckströme erhöhen Schirmströme
Leckstrom bei Motorkabeln vermeiden Koppelmechanismen sind vermeidbar

Instandhalter stehen somit vor der Herausforderung, Leckströme im Sinne einer kontinuierlichen Produktion zu vermeiden bzw. zu minimieren. Dabei muss ihnen klar sein, dass sich das Problembewusstsein für ihre Begleiterscheinungen noch nicht bei allen Verantwortlichen durchgesetzt hat. Ableitströme werden mitunter – undifferenziert – als „unvermeidbares Phänomen“ in elektrischen Systemen betrachtet. Dabei nimmt der Handlungsdruck stetig zu: Durch die wachsende Zahl frequenzgeregelter Antriebe und den steigenden Automatisierungsgrad der Maschinen bzw. Anlagen werden Feldbelastungen und ungewollte Schirmströme immer relevantere Fehlerquellen. Um dieser Problematik gewachsen zu sein, ist die Verlegung symmetrischer Motorleitungen, gepaart mit einer fach- und sachkundigen Ausführung eines Erdungs- und Potentialausgleichssystems, eine notwendige Grundlage.

Stichwort: Symmetrische Motorleitung
Anders als in herkömmlichen Motorleitungen verläuft der Schutzleiter (PE) hier nicht parallel zu den drei Phasen, sondern ist in drei Leitungen aufgeteilt. Durch diesen Aufbau der drei Leitungen, deren Phasen um jeweils 120° zueinander verschoben sind, heben sich die eingekoppelten Ströme gegenseitig nahezu auf.

Leckstrom messen & analysieren

Darauf aufbauend gilt es, Maschinen und Anlagen regelmäßig auf Leckströme zu prüfen, optimalerweise zu überwachen. Als Messgerät eignen sich Strommesszangen, welche den Differenzstrom zwischen Hin- und Rückleiter ermitteln. Wichtig ist, dass die Zangen über einen ausreichend breiten Messbereich verfügen. So ist die Leckstrommesszange EMCheck® LSMZ I von Indu-Sol mit ihrem Frequenzband von 50/60 Hz bzw. 5 Hz bis 1 kHz speziell auf das Messen von Leck- und Schirmströmen ausgelegt. Mit ihrer Hilfe können beeinträchtigte Isolationen selbst in ungünstigen Einbaulagen lokalisiert werden. Dank ihrer großzügigen Zangenöffnung lässt sich die LSMZ I über alle gängigen Motor-, Daten-, Schutz- und 24 V DC-Versorgungsleitungen führen.

Gleiches gilt für die Intelligente Strommesszange EMCheck® ISMZ I, welche gegenüber der LSMZ I mehrere Zusatzfunktionen bietet. Dazu gehört die Aufzeichnungsfunktion, die den Stromverlauf zu jedem Abtastzeitpunkt erfasst und in Zeitabhängigkeit darstellt. Ihr Frequenzband bis 20 kHz ermöglicht das präzise Abtasten des Stromverlaufs, sodass das Frequenzspektrum des Leck- bzw. Schirmstroms abgebildet werden kann (s. rechte Grafik). Ausgestattet mit leistungsfähiger Batterie und großzügigem Datenspeicher ist die ISMZ I in der Lage, Messdaten für einen Zeitraum von bis zu 14 Tagen aufzuzeichnen und verfügbar zu halten. Sie kann in dem Zeitfenster durchgehend am Messpunkt verbleiben.

Punktuelle Erfassung von Leckströmen LSMZ I: Stromverlauf mit Effektivwertmessung im Frequenzband bis 1 kHz
Frequenzmessung von Leckstrom ISMZ I: Stromverlauf mit Spitzenwertmessung im Frequenzband bis 20 kHz

Beide Messzangen unterscheiden sich darüber hinaus in ihrer Detailschärfe: Während die LSMZ I den Stromverlauf mithilfe von Effektivwerten ermittelt, erfasst die ISMZ I den Stromverlauf mit ihrer Abtastrate von bis zu 40 kHz amplitudengenau – also auch Spitzenwerte. Somit können sporadisch auftretende Störspitzen erkannt werden, die herkömmlichen Stromzangen entgehen. Ein weiterer Vorzug der ISMZ I liegt in ihrer integrierten Intelligenz: In einer "Anlernphase" erkennt sie selbstständig geeignete Schwellwerte zur Leck- bzw. Schirmstrommessung. Einmal erkannt, kann der Bediener diese als Anhaltspunkte (Trigger) für die temporäre Aufzeichnung übernehmen. Die Auswertung der aufgezeichneten Daten erfolgt im Nachgang bequem per Software auf Laptop oder PC.

Zur permanenten Überwachung von mehreren Leitungswegen in der industriellen Produktion eignet sich der EMV-INspektor® V2. Das Mess- und Diagnosegerät von Indu-Sol kann bis zu vier Leitungen mit einer Abtastfrequenz von 50 kHz analysieren und ist zur Hutschieneninstallation vorgesehen. Die Visualisierung und Analyse der aufgezeichneten Daten erfolgt bequem im Webinterface, wo der Stromverlauf jedes einzelnen Messkanals skalierbar dargestellt wird.


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