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Isolationswiderstand

Grundlagen

Der Isolationswiderstand IR ist jener elektrische Widerstand, der zwischen stromführenden Leitern und mit unter Spannung stehenden Teilen (Schirmung) einerseits und dem Erdpotential andererseits besteht. Er wird zur Beurteilung der Fähigkeit des Isolationsmaterials (Kabelummantelungen, Gehäuse elektrischer Anlagen), elektrische Potentiale voneinander zu trennen, herangezogen und wird wesentlich durch den Isolierwerkstoff, aber nicht dessen Dicke, bestimmt. Bei guten Isolatoren ist dieser Wert sehr hoch, kann aber mit Hochohmmetern hoher Empfindlichkeit gemessen werden.
Der Isolationswiderstand von Kunststoffen kann sich während der Einsatzdauer durch unvermeidbare Alterungsprozesse und Risse, Feuchtigkeit (siehe: Normklimate), Verschmutzung, Strahlung sowie chemische und/oder physikalische Einflüsse verändern.

Da sich der Isolationswiderstand mit ansteigender Messspannung verringert, kann der IR in der Regel nicht bei niedrigen Spannungswerte mit konventionellen Ohmmetern oder Multimetern ermittelt werden, selbst wenn diese Widerstände im Giga-Ohm-Bereich messen können. Die Widerstandsmessung zur Bestimmung des Isolationswiderstandes muss deshalb und auch aufgrund praktischer Erfordernisse immer mit höheren Spannungen (z. B. 500 V) durchgeführt werden.

Schematischer Aufbau zur Bestimmung des Isolationswiderstandes

Zur Prüfung des Isolationswiderstandes befindet sich ein Prüfkörper aus dem zu prüfenden Isolationsmaterial zwischen zwei Elektroden [1–4]. Diese können zwei geometrisch identische planparallele Platten sein, die einen Kondensator darstellen (Bild 1).

Isolationswiderstand-1.jpg

Bild 1: Schematische Darstellung zur Messung des Isolationswiderstandes IR an einem planparallelen Plattenprüfkörper

Die Elektroden können aber auch als Folien oder mit Lackleitsilber auf den Prüfkörper aufgebracht (Oberflächenwiderstand) werden. In beiden Fällen ist ein Hochohmmeter bzw. Elektrometer mit hoher Empfindlichkeit (ca. 1020 Ω) zu verwenden (Bild 2) [2, 3].

Isolationswiderstand-2.jpg

Bild 2: Platten- oder kammförmige Elektroden mit angeschlossenem Hochohmmeter

Informationsgehalt der Kenngröße Isolationswiderstand

Wie aus Bild 1 und Bild 2 sowie aus dem Vergleich mit der Bestimmung des Volumenwiderstandes und des Oberflächenwiderstandes hervorgeht, ist die Kenngröße Isolationswiderstand keine Werkstoffkenngröße, sondern hängt aufgrund des Messaufbaus vom Volumenwiderstand wie auch dem Oberflächenwiderstand ab. Der Isolationswiderstand eignet sich aber zum Vergleich des Bauteilverhaltens auf eine Belastung durch eine elektrische Spannung.

Der Isolationswiderstand von Kunststoffen kann nur dann sinnvoll angegeben werden, wenn die Prüfkörpergeometrie, das Elektrodenmaterial und deren Geometrie, die Aufbringung der Elektroden und andere messtechnische Bedingungen übereinstimmen. Er eignet sich zur Überprüfung von elektrotechnischen Eigenschaften von funktionellen Bauteilen sowie zur Eignungsprüfung elektrotechnischer Erzeugnisse [5].


Literaturhinweise

[1] ASTM D 257 (2014): Standard Test Methods for DC Resistance or Conductance of Insulating Materials
[2] DIN IEC 60167 (1993-12): Prüfverfahren für Elektroisolierstoffe – Isolationswiderstand von festen, isolierenden Werkstoffen (VDE 0303-31:1993-12) (zurückgezogen; ersetzt durch DIN EN 62631-3-3 (2016-10))
[3] DIN EN 62631-3-3 (2016-10): Dielektrische und resistive Eigenschaften fester Isolierstoffe – Teil 3-3: Bestimmung resistiver Eigenschaften (Gleichspannungsverfahren) – Bestimmung resistiver Eigenschaften (Gleichspannungsverfahren) – Isolationswiderstand (VDE 0307-3-3 (2016-10)
[4] DIN IEC 60512-2 (1994-05): Elektrisch-mechanische Bauelemente für elektronische Einrichtungen – Meß- und Prüfverfahren – Teil 2: Allgemeine Untersuchungen, Prüfungen des elektrischen Durchganges und Durchgangswiderstandes, Prüfung der Isolation und Prüfungen mit Spannungsbeanspruchung (zurückgezogen)
[5] Schönhals, A.: Elektrische und dielektrische Eigenschaften. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015), 3. Auflage, S. 357–398 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)