Elektrothermografie – ein Muss der Elektrosicherheit?

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Die thermografische Überprüfung elektrischer Anlagen (Elektrothermografie) verschafft Elektrofachkräften einen einfachen und schnellen Überblick über Fehler und potentielle Gefahrenquellen. Welchen Nutzen hat die Elektrothermografie? Was muss bei der Anwendung beachtet werden?

Inhaltsverzeichnis

  1. Was versteht man unter Thermografie – was ist Elektrothermografie?
  2. Elektrothermografie: Welche Normen und Richtlinien sind zu beachten?
  3. Vorteile der Elektrothermografie
  4. Auf was sollte bei der Beschaffung einer Wärmebildkamera geachtet werden?
  5. Thermisches Bild – welche Inhalte werden gezeigt? 
  6. Fazit Elektrothermografie

Was versteht man unter Thermografie – was ist Elektrothermografie?

Thermografie was ist das eigentlich? Jeder Körper, der eine Temperatur über dem absoluten Nullpunkt hat (-273,15 Grad Celsius), sendet ein gewisses Maß an Eigenstrahlung aus, die durch auf Wärme basierender Molekülbewegung verursacht wird. Bei unterschiedlichen Temperaturen ist die Mobilität unterschiedlich stark. Mit Messgeräten kann dies registriert, geprüft und dokumentiert werden.

Die Thermografie ist hierbei das bildgebende Verfahren, um Oberflächentemperaturen darstellen zu können. Durch variierende Intensität der registrierten Infrarotstrahlung wird Wärme in Objekten dargestellt. Dabei werden Wellenlängen bis etwa 20 Micrometer aufgefangen und verbildlicht.

Thermografie findet oft bei der Bewertung der Energie-Effizienz im Hausbau oder Bestand Anwendung – hat aber auch Anwendungsbereiche in der Medizin und in der Elektrotechnik. Bei letzterem ist nicht mehr die Rede von Thermografie, sondern von Elektrothermografie.

Was ist der Unterschied zwischen Thermografie und Elektrothermografie?

Der technische Vorgang ist im Grunde derselbe – verschiedene Disziplinen benützen unterschiedlich modifizierte Wärmebildkameras. Bei der thermischen, zerstörungsfreien und kontaktlosen Prüfung elektrischer Bauteile und Anschlüsse wird von Elektrothermografie mittels Wärmebildkamera gesprochen (Thermografie elektrischer Anlagen). Derartige Untersuchungsverfahren dienen der Früherkennung von elektrischen Fehlerquellen sowie Schwachstellen und wirken gleichzeitig gefahrenpräventiv. 

Welche DIN-Normen und Richtlinien sind zu beachten?

Der Bundesverband für Angewandte Thermografie (VATH) gibt Hilfestellung, indem VATH-Richtlinien zur Planung, Durchführung, Auswahl und Dokumentation erlassen werden:

  • VATH-Richtlinie: Elektrothermografie zur Planung, Durchführung und Dokumentation infrarotthermografischer Messungen an elektrischen Anlagen und Bauteilen ≤ 1kV
  • VATH-Richtlinie: Elektrothermografie zur Planung, Durchführung und Dokumentation infrarotthermografischer Messungen an elektrischen Anlagen und Bauteilen in Hochspannungsanlagen > 1kV 

Bei der berührungslosen Inspektion und Prüfung elektrischer Anlagen und Maschinen greifen die Normen DIN 54191 und DIN 54162 sowie die VDS-Richtlinien VDS 2858 und VDS 2859. Die DIN 54191 „Zerstörungsfreie Prüfung – Thermografische Prüfung elektrischer Anlagen" ist die Grundlage aller thermografischen Messungen. DIN 54162 und DIN EN ISO 9712 (vormals DIN EN 473) qualifizieren und zertifizieren die Thermografen.

Die VDS-Richtlinien enthalten technische und qualitätsbezogene Anforderungen an Produkte und Anlagen sowie Dienstleistungen zur zerstörungsfreien Prüfung elektrischer Anlagen durch Elektrothermografie. Zwar grundsätzlich freiwillig, werden die VDS-Richtlinien meist im Versicherungsvertrag festgelegt. Eine VDS-Überprüfung kann von Versicherungen angefordert und veranlasst werden.

Weitere Richtlinien und Regelungen, die Anforderungen an die sachgemäße Durchführung an Prüf- und Instandhaltungsarbeiten stellen und über den Anwendungsbereich der Thermografischen Prüfung hinausgehen, sind:

  • Die DGUV V ist für Unternehmen und Arbeitgeber verpflichtend und beinhaltet die regelmäßige Überprüfung elektrischer Geräte 
  • DIN VDE 1000-10
  • DIN VDE 0105-100
  • VDS 2228
  • Arbeitsschutzgesetz

Das Prüfen elektrischer Anlagen via Wärmebilderfassung muss entweder von ausgebildeten Elektrofachkräften oder VdS-zertifizierten Sachverständigen für Elektrothermografie durchgeführt werden.

Welche Vorteile hat die Thermografische Prüfung elektrischer Anlagen?

Vorteile der Elektrothermografie

Zu den Vorteilen der Elektrothermografie gegenüber herkömmlichen Instandhaltungs-, Wartungs- und Prüfmethoden gehören:

  • Früherkennung von Brandgefahren (Kontaktprobleme, Belastungs- und Querschnittsprobleme, mechanische und Reibungsprobleme)
  • Instandhaltung und vorbeugende Instandhaltung (Vorbereitung der notwendigen Maßnahmen durch Bildmaterial vor Stilllegung)
  • Arbeiten außerhalb des elektrischen und mechanischen Gefahrenbereichs
  • Überprüfung der Isolation und Energieeffizienz
  • Früherkennung von überlasteten Kabeln, Verteilungen und Schwelbränden

Mi Elektrothermographie-Aufnahmen können Fehler in elektrotechnischen Anlagen schnell und unkompliziert erfasst und behoben werden. Diese Eigenschaften machen das Verfahren prädestiniert für die Instandhaltung von Photovoltaik-Modulen und deren elektrischen Komponenten. Besonders häufig auftretende Fehler – an Zellen, Anschlussdosen oder Verlötungen – können frühzeitig erkannt und behoben werden. Die Elektrothermographie ist fester Bestandteil der Prüfverfahren von PV-Anlagen nach Kategorie 2 der DIN EN 62446-1 (VDE 0126-23-1).

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Anhand des thermografischen Bildes lassen sich mit bloßem Auge unsichtbare Fehlerquellen darstellen 
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Bei Fehlern in elektrischen Anlagen erhöht sich meist lokal die Wärmeentwicklung, da zusätzlicher Widerstand entsteht. Die thermografische Prüfung kann schnell und berührungslos von einem Sachverständigen, einer Elektrofachkraft, verantwortlichen Elektrofachkraft (VEFK) oder Fachkraft für Arbeitssicherheit (Sifa) durchgeführt werden – entsprechende Aus- und Weiterbildungen werden nach DIN EN ISO 9712 angeboten. Dennoch bleibt zu beachten, dass eine thermografische Prüfung von Elektroanlagen keineswegs die Messungen nach DIN VDE 0100-600 oder VDE 0105-100 ersetzt.

Auf was sollte bei der Beschaffung einer IR-Kamera geachtet werden?

Bei der Auswahl der geeigneten Kamera sollten Käufer darauf achten, dass das thermografierte Objekt gleichzeitig und deckungsgleich fotografiert werden kann – für die Fehlerbewertung und Fehlerbehebung ist das essentiell. 

Erfüllt die Wärmebildkamera alle Anforderungen? Bedienung, Anwendbarkeit und Kompatibilität der Auswertungssoftwäre sollte bereits im Vorfeld der Beschaffung Aufmerksamkeit geschenkt werden, um zusätzliche Kosten zu sparen.

Konkret sollte der Detektor eine Mindestauflösung von 320x240 Pixel bei Kleinanlagen und 640x480 Pixel bei Großanlagen haben – nach DIN 54191 muss die geometrische Auflösung dem kleinsten nachzuweisenden Objektbereich entsprechen. Dabei sollte die thermische Empfindlichkeit nicht mehr als 0,08 Grad Celsius betragen. Beides sind ausschlaggebende Qualitätsfaktoren der thermischen Auflösung. 

Zusätzlich sollten bei den in der Infrarot-Thermografie verwendeten Wärmebildkameras folgende Optionen ein- und verstellbar sein:

  • Pegel und Spanne Level
  • Span Sonnenblende oder Sucher
  • Messfunktion und Messpunkt
  • Aufnahmen (Thermogramme) mit radiometrischen Daten
  • hohe Bildfrequenz (Hz)

Zu den Anwendungsmöglichkeiten einer Wärmebildkamera gehören:

  • Kabel-, Freileitungs-, Schienen- und Verteilungsanlagen
  • Transformatoren-, Generatoren-, Maschinen- und Antriebsanlagen
  • Hoch-, Mittel- und Niederspannungsschalt- und Verteilungsanlagen
  • einzelne Betriebsmittel (elektrisches Bauelement oder Baugruppe)

Thermisches Bild – welche Inhalte werden gezeigt?

Nachdem die Wärmebildkamera in die passende Position gebracht und die Voreinstellung überprüft wurde, kann z.B. der VdS-Sachverständige eine Wärmebildaufnahme beginnen. Wichtig ist hierbei, dass sich kein Glasobjekt zwischen dem Fotoobjekt und der Linse befindet und möglicherweise reflektiert.

Das entstandene Bild enthält zahlreiche Informationen, wie üblicherweise:

Aufnahmeort
Datum und Uhrzeit
Einstrahlung auf Modulebene in W/m²
Echtbild 
Emissionsgrad
Lufttemperatur
Kennzeichnung der thermischen Auffälligkeit 
vorgeschlagene Maßnahmen zur Behebung der thermischen Auffälligkeit 
Kameramodell
Datum der letzten Kalibrierung

Fazit

Elektrothermografie ist ein probates Prüfmittel der Elektrosicherheit. Die Anwendungsgebiete sind vielgestaltig. Besonders gut eignet sich das Infrarot-Verfahren aber für die Instandhaltung von Photovoltaik-Anlagen. Die Prüfung der einzelnen Module ist ohne Eingriff in die Energiegenerierung möglich und liefert sofort den Ist-Zustand. 

Elektrothermografie ist sicherlich kein Muss der Elektrosicherheit. Es vereinfacht aber die Prüfung und Wartung elektrischer Anlagen erheblich und bildet eine gute Ergänzung des Elektrosicherheitsplans.

Quellen: Handbuch Prüfung ortsfester elektr. Anlagen & BetriebsmittelAusführhandbuch Photovoltaik-Anlagen GEG Baupraxis

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