Spannungsprüfer

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Ein Spannungsprüfer ist ein elektrisches Prüfmittel, mit dem das Vorhandensein, bei manchen Spannungsprüfgeräten zusätzlich die Höhe, von Wechsel- oder Gleichspannung an betriebsmäßig spannungsführenden Teilen festgestellt wird. Es wird zwischen Spannungsprüfgeräten für den Einsatz im Bereich Niederspannung, dies sind elektrische Wechselspannungen unter 1 kV, und in dem darüber liegenden Bereich der Hochspannung unterschieden.

Zweipolige Spannungsprüfer für Niederspannung werden auch allgemein als Duspol bezeichnet (ein Deonym, da „DUSPOL“ eigentlich ein Markenname des Herstellers Benning ist[1]).

Hochspannung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Spannungsprüfer für in der elektrischen Energietechnik genutzten Wechselspannungen von 1 kV bis 765 kV sind in den Normen IEC 61243-1 und IEC 61243-2 festgelegt.[2] Sie sind typischerweise in Form einer bis zu mehreren Metern langen, elektrisch isolierten Lanze ausgeführt, die zu Prüfzwecken von Hand an die Hochspannungsleiter herangeführt wird. Mittels kapazitiver Spannungsteilung wird optisch und akustisch durch eine in der Lanze angebrachte Prüfschaltung das Vorhandensein der Hochspannung angezeigt.[3] Der Anwendungsbereich dieser Prüfmittel liegt in Hochspannungsanlagen wie Freiluftschaltanlagen, Umspannwerken und im Bereich von Hochspannungslabors.

Niederspannung nach DIN VDE 0682-401[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Spannungsprüfer für Niederspannung sind in den Normen EN 61243-3 / VDE 0682 Teil 401 festgelegt und sind zweipolig ausgeführt. Spannungsprüfer werden in Niederspannungsnetzen und bei Elektroinstallationen bis 1000 V zum schnellen, sicheren Prüfen eingesetzt. Der genaue Nennspannungsbereich, in dem der Prüfer eingesetzt werden darf, hängt vom Spannungsprüfer ab und ist auf dem Gerät vermerkt, beispielsweise 12–690 V. Im Gegensatz zu Phasenprüfern liefern zweipolige Spannungsprüfer sichere Prüfergebnisse. Sie sind im Vergleich zu Multimetern leichter zu bedienen, bieten allerdings nicht deren Möglichkeiten.

Aufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Spannungsprüfer im Niederspannungsbereich bestehen aus einer Anzeigeeinheit (zum Beispiel Messwerk mit Skala) und zwei Prüfelektroden (Prüfspitzen). Eine der Prüfelektroden ist in das Gehäuse der Anzeigeeinheit integriert, die zweite ist fest über eine Leitung mit Griff angeschlossen. Zum Schutz des Spannungsprüfers und der prüfenden Person sind im Gerät mehrere Vorwiderstände, die den Prüfstrom begrenzen und die Spannung bis zum eigentlichen Messsystem auf wenige Volt herunter teilen.

Zur Messung werden mit den Prüfelektroden zwei unterschiedliche Potentiale (zum Beispiel zwei Leitungen) kontaktiert. Die Anzeige der Spannung erfolgt je nach Spannungsprüfer über einen Zeiger, LEDs oder eine Digitalanzeige. Diese zweipolige Prüfung ist erdungsunabhängig und gibt ein sicheres Prüfergebnis, des Weiteren können so auch Spannungen zwischen verschiedenen Außenleitern im dreiphasigen Drehspannungsnetz geprüft werden.

Es werden drei verschiedene Arten der Anzeige von Spannungsprüfern unterschieden:

Analoge Spannungsprüfer[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Prüfball mit analoger Anzeige

Bei analogen Spannungsprüfern erfolgt die Anzeige mit einem Zeiger, der sich über einer Skala bewegt. Der Prüfstrom fließt durch ein Dreheisen- oder Tauchspulenmesswerk, wodurch der Zeiger einen Ausschlag gibt. Dieses Messsystem ist mit 25–50 kΩ relativ niederohmig. Somit ist aus Sicherheitsgründen nach Norm eine Zweihandbedienung erforderlich. Analoge Spannungsprüfer werden aufgrund ihrer Störsicherheit bevorzugt bei Energieversorgern und in der Industrie eingesetzt

Spannungsprüfer mit LED-Anzeige für Polarität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Siemens Universal-Spannungsprüfer (LED-Anzeige nur für Polarität; 1977)

Bei dieser frühen Ausführung sind nur zwei Leuchtdioden vorhanden, die das Vorhandensein einer Spannung sowie die Polarität anzeigen: bei Wechselspannung leuchten beide LEDs, bei Gleichspannung eine der beiden mit Plus bzw. Minus markierten.

Spannungsprüfer mit stufenweiser LED-Anzeige[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Profisafe mit Solarzelle

Die Anzeige der angelegten Spannung erfolgt über mehrere LEDs, denen verschiedene Spannungshöhen zugeordnet sind. Der Prüfstrom fließt durch eine elektronische Schaltung, die je nach Größe der zu prüfenden Spannung eine oder mehrere LEDs ansteuert. Diese Spannungsprüfer können nur die ungefähre Höhe der angelegten Spannung zeigen und sind somit für genauere Prüfungen ungeeignet. Wegen der leichten Handhabung und Wartungsfreiheit – im Regelfall ist keine Batterie nötig – werden diese Prüfer bevorzugt im Handwerk eingesetzt.

Spannungsprüfer mit Digitalanzeige[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Digitaler Spannungsprüfer

Die Höhe der angelegten Spannung wird auf einer Digitalanzeige angezeigt. Die Auswertung der Spannung erfolgt mit einem Mikrocontroller. Die Prüfspannung wird durch einen Spannungsteiler auf eine Spannung zwischen 0 und 3 V heruntergeteilt und von einem Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal umgesetzt. Diese digitale Information wird von dem Mikrocontroller verrechnet und auf der Digitalanzeige als Zahlenwert zur Anzeige gebracht. Digitale Spannungsprüfer verfügen meist über noch weiter Funktionen wie zum Beispiel Durchgangsprüfung zur Überprüfung von ohmschen Widerständen, Drehfeldmessung oder Polaritätsmessung bei Gleichspannung. Zusätzlich zur Digitalanzeige sind in der Regel auch LEDs vorhanden, sodass der Spannungsprüfer auch ohne Batterie Spannung anzeigen kann. Wegen der vielseitigen Einsatzmöglichkeiten, der einfachen Handhabung und des genauen Prüfergebnisses werden digitale Spannungsprüfer bevorzugt in der Industrie eingesetzt.

Niederspannung, sonstige Typen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einpoliger Spannungsprüfer[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einpoliger Spannungsprüfer, auch genannt „Phasenprüfer“ oder „Lügenstift“

Im geerdeten Niederspannungsbereich ist der einpolige Spannungsprüfer in der DIN VDE 0680-6 mit aktueller Ausgabe vom April 1977 genormt.[4] Dieser, umgangssprachlich auch „Phasenprüfer“ oder „Lügenstift“ genannte Spannungsprüfer hat sich über die Jahre hin kaum verändert, und sein Einsatz als Spannungsprüfer für den haushaltsüblichen Wechselstrom mit betriebsmäßíg vorhandener Erdung ist nicht verboten, jedoch für die Feststellung der Spannungsfreiheit nach heutigen Maßstäben nicht mehr Stand der Technik.[5] Er besteht aus einer kleinen Glimmlampe und einem Vorwiderstand im Bereich von 820 kΩ bis über 1 MΩ, die in ein Schraubendreher-Gehäuse eingebaut und sehr kostengünstig herzustellen sind. Die Spitze des Phasenprüfers wird zur Messung an einen zu prüfenden Leiter (zum Beispiel einer Steckdose) gehalten. Das andere Ende des Phasenprüfers wird mit einem Finger leicht berührt. Ist der Steckdosenkontakt der nicht geerdete Außenleiter („Phase“), leuchtet die Glimmlampe auf. Der Strom, der über den Fingerkontakt fließt, liegt, je nach Erdungsverhältnis, typischerweise im µA-Bereich bis maximal 0,5 mA und ist daher für den Menschen unbedenklich.

Dabei kann der Stromfluss auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen: Hat eine Personen einen ausreichenden Kontakt und geringen Widerstand mit geerdeten Gegenständen fließt der Strom über diese regulär ab. Befindet man sich allerdings auf isoliertem Standort, bildet der menschliche Körper einen Kondensator, dessen Kapazität gegenüber geerdeten Objekten für den Fluss eines kapazitiven Blindstromes ausreicht, um die Glimmlampe aufleuchten zu lassen (wenn auch oft deutlich schwächer als bei der ersten Variante).[6][7][8]

Beim Kontaktieren der Spitze des Phasenprüfers mit dem Neutralleiter oder dem Schutzleiter leuchtet die Glimmlampe nicht, da deren Potential mit dem Umgebungspotential übereinstimmt. Allerdings darf man sich keinesfalls darauf verlassen, dass eine Leitung spannungsfrei ist, wenn die Glimmlampe nicht sichtbar hell genug leuchtet, da der Stromfluss von Übergangswiderständen am Finger und auch von den örtlichen Feldverhältnissen abhängig ist. Außerdem kann bei nicht betriebsmäßig geerdeten Wechselspannungsnetzen bzw. bei solchen ohne einer vorhandenen Erdung trotz anliegender und eventuell hoher Spannung gar keine Anzeige erfolgen.[9] Umgekehrt kann es vorkommen, dass an einem unbenutzten Leiter eine Spannung angezeigt wird, wenn dieser zum Beispiel zu einem parallel verlaufenden Außenleiter kapazitiv einkoppelt.

Der Begriff „Lügenstift“ begründet sich in der Tatsache, dass oft keine zweifelsfreie Aussage möglich ist. Es kann einerseits das Aufleuchten der Glimmlampe bei zu starker Umgebungshelligkeit oft nicht eindeutig erkannt werden, es ist aber auch aufgrund kapazitiver Einkopplungen möglich, dass die Glimmlampe (wenn auch nicht so hell) aufleuchtet und vom Benutzer falsch interpretiert wird. Bei Berührung an der Kontaktelektrode darf ein Berührungsstrom von bis zu 0,5 mA zum Fließen kommen, je nach Bauart des „Lügenstifts“ werden die vollen 0,5 mA aber auch benötigt, um die Glimmlampe eindeutig zum Leuchten zu bringen. Unter mehreren möglichen Umständen (ungewollt hohe Standortisolierung, sehr trockene Haut oder Hornhaut) ist es möglich, dass dieser benötigte Stromfluss nicht zustande kommt und die Glimmlampe nicht ausreichend leuchtet. Der Benutzer kann optisch keinen Unterschied zwischen der kapazitiven Einkopplung und der schwachen Anzeige bei Standortisolierung sehen.

Als minimale Plausibilitätsprüfung sollte der Phasenprüfer vor und nach der Anwendung am eigentlichen Messobjekt immer an einem spannungsführenden Leiter geprüft werden. Damit kann zumindest eine defekte Glimmlampe ausgeschlossen werden.

Berührungsloser Spannungsprüfer[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Berührungsloser Spannungsprüfer

Berührungslose Spannungsprüfer werden als modernes Hilfsmittel gepriesen, sind aber schwierig als Prüfgerät einzustufen, weil sie keiner besonderen Norm unterliegen. Es kommt somit die allgemeine Norm zur Gestaltung von Mess- und Prüfgeräten (EN 61010-1; DIN VDE 0411-1) zur Anwendung.

Berührungslose Phasenprüfer detektieren mittels eines Sensors die elektrische Feldstärke in unmittelbarer Nähe des Leiters und signalisieren optisch über eine Anzeige, z. B. eine Leuchtdiode. Für den Betrieb ist eine Batterie erforderlich. Je nach Empfindlichkeit kann damit auch durch die Isolierung eines Kabels hindurch die Existenz von Spannung festgestellt werden. Ein unbestrittener Vorteil liegt darin, dass berührungslose Spannungsprüfer meist mit einer hohen Messmittelkategorie einhergehen (oftmals CAT III/1.000 V und höher). Das grundlegende Problem ist jedoch die kapazitive Funktionsweise dieser Geräte, die sich nur für die Erkennung von Wechselspannung eignet und Gleichspannungen egal welcher Höhe nicht erkennt. Bei vielen Geräten fehlt auch das wesentliche Sicherheitsmerkmal einer batterieunabhängigen Anzeige, bzw. eine Anzeige des Batteriezustandes. Eine sichere Erkennung von Spannungen über 50 V AC (zumal einige Geräte bereits bei 12 V ansprechen) ist oft nicht möglich.

Geräte dieser Art eignen sich nicht zum „Feststellen der Spannungsfreiheit in elektrischen Anlagen“ und einige Hersteller weisen auch deutlich in der Betriebsanleitung darauf hin, trotzdem haben berührungslose Spannungsprüfer ihre Daseinsberechtigung, z. B. als Hilfsmittel um Leitungsunterbrechungen zu finden.

Diese Geräte unterliegen keiner gesonderten Norm, und gemäß der grundsätzlichen Norm zur Gestaltung von Mess- und Prüfgeräten (DIN EN 61010-1; DIN VDE 0411-1) sind sie für eine verlässliche Spannungsprüfung ungeeignet.

Sicherheit[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Spannungsprüfer unterliegen speziellen Sicherheitsanforderungen nach EN 61243-3 (VDE 0682-401:2011-02) und werden in Messkategorien (CAT I bis IV) eingeteilt. Seit Neuausgabe der Norm per Februar 2011 gelten folgende wichtigste Anforderungen an das Prüfmittel:

  • Ein Spannungsprüfer als Prüfmittel muss in allererster Linie gefährliche Spannungen zuverlässig (und unabhängig von EIN/AUS-Schalter, eventueller Bereichsvorwahl oder Batteriezustand) erkennen.
  • Fehlbedienungen müssen weitestgehend ausgeschlossen sein, der Spannungsprüfer muss also einfach und zuverlässig zu bedienen sein.
  • Ein Spannungsprüfer darf den Bediener nicht gefährden. Er muss so gebaut sein, dass bei bestimmungsgemäßem Gebrauch keine Körperdurchströmung oder Störlichtbogenbildung auftreten kann.
  • Ein zweipoliger Spannungsprüfer muss mindestens der Messmittel-Kategorie III (CAT III) entsprechen.
  • Die Lastzuschaltung, mit welcher der Prüfstrom von weniger als 3,5 mA auf maximal 200 mA erhöht wird, darf nur durch die gleichzeitige Bedienung von zwei Tasten (Bedienung durch beide Hände) erfolgen.

Bedingt durch die lange Übergangsfrist bis zum 1. Mai 2013 ist es möglich, dass noch zweipolige Spannungsprüfer der CAT II angeboten werden, die obigen Bedingungen nur teilweise erfüllen. Vom Kauf solcher Geräte wird abgeraten.

Die Zweihandbedienung unter allen Einsatzbedingungen verhindert, dass eine unter Spannung liegende Prüfelektrode mit der Hand berührt werden kann. Spannungsprüfer werden in Messkategorien (CAT I-IV) eingeteilt und müssen seit Februar 2011 mindestens der Kategorie III entsprechen, um einen sicheren Personenschutz zu gewährleisten.

Beim Einsatz von Spannungsprüfern muss stets darauf werden, dass diese für die jeweilige Stromart - also Wechselstrom oder Gleichstrom - geeignet sowie die Betriebsbedingungen - wie etwa die vorherrschende Temperatur, Trockenheit der Anlage, etc. - erfüllt sind.

Bei Anwendung dürfen Spannungsprüfer nicht über der festgelegten Nennspannung oder Frequenz eingesetzt werden.

Spannungsprüfer sind zusätzlich vor einem Prüfeinsatz auf Funktion zu prüfen[10]. Dazu wird die Funktion an einer Quelle mit bekannter Spannung auf Funktion getestet. Die Prüfung vor dem Einsatz erfolgt, da der Spannungsprüfer defekt sein könnte. Ein Funktionstest nach dem Einsatz ist – um einen eventuell entstandenen Defekt festzustellen – empfehlenswert, jedoch keine Bedingung.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Hersteller-Website
  2. IEC 61243-1: Voltage detectors – Part 1: Capacitive type to be used for voltages exceeding 1 kV AC, 1. Juni 2009
  3. Datenblatt Hochspannungsprüfer KP (PDF; 475 kB), Pfisterer Kontaktsysteme, abgerufen am 06. Oktober 2016
  4. DIN 57680-6 (VDE 0680-6:1977-04 Schutzbekleidung, Schutzvorrichtungen und Geräte zum Arbeiten an unter Spannung stehenden Betriebsmitteln bis 1000 V; Einpolige Spannungsprüfer bis 250 V Wechselspannung)
  5. Mitglieder des DKE-Komitees K 224: Betrieb von elektrischen Anlagen (Erläuterungen zu DIN VDE 0105-100:2008-10); VDE Schriftenreihe 13. 10. Auflage. VDE Verlag, Berlin und Offenbach 2010, ISBN 978-3-8007-3268-5, S. 114. „In elektrischen Anlagen mit Nennspannungen bis 1 kV werden zur Feststellung der Spannungsfreiheit Spannungsprüfer nach DIN EN 61243-3 (VDE 0682-401) (…) verwendet.“ Aus Sicht des Autors und der Herausgeber ist also der einpolige Spannungsprüfer nicht für das gesicherte Feststellen der Spannungsfreiheit geeignet.
  6. Dieter Ebner: Technische Grundlagen der Informatik: Elektronik, Datenverarbeitung und Prozeßsteuerung für Naturwissenschaftler und Ingenieure. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-93371-4, S. 52 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 1. Dezember 2016]).
  7. Helmut Gente: Die Glimmröhre: ihre physikalischen Grundlagen und ihre Verwendung im Unterricht. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-322-98948-2, S. 48 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 1. Dezember 2016]).
  8. Douglas C. Giancoli: Physik. Pearson, 2006, ISBN 3-8273-7157-0, S. 870 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 1. Dezember 2016]).
  9. Land Salzburg - Spannungsprüfer. In: www.salzburg.gv.at. Abgerufen am 1. Dezember 2016.
  10. Spannungsprüfer — SIFATipp. In: sifatipp.de. Abgerufen am 29. April 2015.