Industriemaschinen, Hochdruckreiniger, Pumpenaggregate, Kompressoren, dreiphasige Maschinen sind in zahlreichen Branchen im Einsatz, von der Automatisierungstechnik über die Medizintechnik bis hin zur Gebäudetechnik und Ladeinfrastruktur. Doch bei der elektrischen Sicherheitsprüfung dieser Geräte wird ein kritischer Aspekt häufig übersehen: Die herkömmliche Hochspannungsprüfung testet in vielen Fällen nur den Eingangsbereich des Prüfobjekts. Alle Baugruppen hinter dem ersten Schütz, einem Nullspannungsschalter oder Schaltnetzteil bleiben ungeprüft. Mit gravierenden Folgen für die Produktsicherheit.
Dieser Beitrag erklärt, warum die sogenannte heiße Hochspannungsprüfung (HHV) für dreiphasige und auch einphasige Geräte notwendig ist, wie ein normgerechtes Prüfsystem aufgebaut ist und worauf Betreiber bei der Auswahl achten sollten.
Das Problem: Hochspannung erreicht nicht das gesamte Prüfobjekt
Bei einer konventionellen Hochspannungsprüfung, auch als „kalte Hochspannungsprüfung“ bezeichnet, wird die Prüfspannung direkt an das nicht in Betrieb befindliche Gerät angelegt. Die Hochspannung liegt am Prüfobjekt an, kommt aber oft nicht über den ersten offenen Kontakt hinaus: ein Schütz, ein Relais oder ein Schaltnetzteil.
An dieser Stelle endet die Prüfung. Alle dahinterliegenden Baugruppen, etwa der Motor, nachgeschaltete Steuerungen oder Leistungselektronik, werden nicht geprüft. Das Ergebnis erscheint zwar positiv, bildet aber nur einen Bruchteil des tatsächlichen Isolationszustands ab. Die Norm verlangt, dass das gesamte Prüfobjekt einer Hochspannungsprüfung unterzogen wird, nicht nur der Eingangsbereich.
Die Lösung: Heiße Hochspannungsprüfung
Die heiße Hochspannungsprüfung, auch warme Hochspannungsprüfung oder HHV genannt, prüft ein dreiphasiges Gerät im eingeschalteten Betriebszustand und löst dieses Problem auf diese Weise. Zunächst wird das Prüfobjekt mit Nennspannung betrieben und eingeschaltet. Alle internen Schütze schließen, Schaltnetzteile arbeiten, das Gerät läuft. Anschließend wird die Hochspannung auf die bereits anliegende Nennspannung aufmoduliert.
Dadurch erreicht die Prüfspannung sämtliche Bereiche des Geräts. Das Ergebnis ist eine vollständige Hochspannungs- (Hipot), Isolations- und Funktionsprüfung des gesamten Prüfobjekts.
Der zentrale Baustein dieser Technologie ist ein dreiphasiger Trenntransformator. Er trennt das Prüfobjekt galvanisch vom Versorgungsnetz. Dadurch kann das ATS400 die drei Netzphasen auf ein gemeinsames Hochspannungspotenzial anheben. Während die Primärseite des Transformators weiterhin auf dem Bezugspotenzial des Versorgungsnetzes liegt, „schwebt“ die Sekundärseite mit dem angeschlossenen Prüfobjekt auf der Prüfspannung von beispielsweise 2 kV. So wird die Hochspannungsprüfung sicher durchgeführt, ohne die Hochspannung in das Versorgungsnetz zurückzukoppeln.
Aufbau des Prüfsystems: Sieben Funktionseinheiten im Zusammenspiel
Ein Dreiphasen-Prüfsystem für die heiße Hochspannungsprüfung besteht aus mehreren aufeinander abgestimmten Funktionseinheiten. Jede übernimmt eine klar definierte Aufgabe:
Sicherung und Netzeingang (FE 1) bilden den Eingangsschutz. Ein Hauptschalter, ein FI-Schutzschalter (Fehlerstromschutzschalter, der bei Erdschlüssen auslöst) und ein Sicherungsautomat schützen das Gesamtsystem vor Überlast und Erdschlüssen.
Der Not-Aus-Kreis (FE 2) stellt sicher, dass sowohl die 400-V-Netzversorgung als auch die 230-V-Versorgung im Gefahrenfall sofort und zuverlässig abgeschaltet werden. Er ist sicher zweikanalig aufgebaut. Ein Not-Aus-Taster schaltet die Netzversorgung ab, der Sicherheitskreis (SHK) des ATS400 übernimmt zusätzlich die sichere Abschaltung der Hochspannung z.B. über eine Zweihandbedienung.
Die Einschaltstrom-Begrenzung (FE 3) fängt die hohen Einschaltströme ab, die durch die Induktivitäten der Transformatoren entstehen. Beim Einschalten fließt der Strom zunächst über Leistungswiderstände (typisch 150 W je Phase). Nach einer kurzen Zeitverzögerung überbrückt ein Schütz die Widerstände, und das System arbeitet im Normalbetrieb. So werden Bauteilstress und ungewolltes Auslösen der Vorsicherung vermieden.
Der Stelltrafo (FE 4) ermöglicht eine stufenlose Einstellung der benötigten Prüfspannung. Eine motorgetriebene Kohlerolle fährt über die Wicklung und stellt die gewünschte Spannung ein. Die Ansteuerung erfolgt per PWM-Regelung (pulsweitenmodulierte Motorsteuerung) über den CAN-Bus des Prüfgeräts, vollautomatisch und in den Prüfablauf integriert.
Der Trenntransformator (FE 5) ist das Herzstück der heißen Hochspannungsprüfung. Er entkoppelt die Sekundärseite galvanisch vom Versorgungsnetz. Erst durch diese Trennung kann die Hochspannung sicher auf die laufende Netzspannung aufmoduliert werden, ohne das Netz zu gefährden.
Die Funktionsmessung (FE 6) misst Strom, Spannung und Leistung während des gesamten Prüfablaufs auf der Sekundärseite, auch im heißen HV-Zustand. Stromwandler hinter dem Trenntransformator liefern verlässliche Messwerte, selbst wenn die Messeinheit auf Hochspannungspotenzial liegt. Die Spannungsmessung ist galvanisch getrennt durch einen weiteren Trenntransformator, um das Messmodul zu schützen.
Die Kontaktierungseinheit (FE 7) verbindet das Prüfobjekt mit dem Prüfsystem über einen Harting-Systemstecker mit sechs Leitungen: L1, L2, L3, N sowie PE Source und PE Sense. Die getrennte Führung von Source- und Sense-Leitung ermöglicht eine Vierleitermessung. Die Kabellänge zwischen Prüfsystem und Prüfobjekt hat dadurch keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Das ist besonders relevant, wenn das Prüfobjekt nicht direkt neben dem Prüfschrank steht, sondern über mehrere Meter Kabel und einer externen Kontaktierungseinheit angeschlossen ist.
Systemvarianten: Modular und skalierbar
Nicht jede Anwendung erfordert den vollen Funktionsumfang. Das Prüfsystem ist modular aufgebaut und lässt sich in mehreren Konfigurationsstufen einsetzen:
Die Vollausstattung mit heißer HV-Prüfung umfasst alle sieben Funktionseinheiten einschließlich Stelltransformator und Trenntransformator. Sie eignet sich für Prüfobjekte, bei denen die Hochspannung das gesamte Gerät im Betriebszustand durchdringen muss. Der Standardfall bei leistungsstarken dreiphasigen Geräten.
Bei der Variante ohne Trenntransformator entfällt die heiße HV-Prüfung. Die Hochspannung wird nach der Funktionsmessung direkt angelegt. Diese Konfiguration ist einfacher und kostengünstiger, da keine potenzialgetrennte Messung auf HV-Niveau erforderlich ist. Sie eignet sich für Prüfobjekte ohne interne Schaltkontakte, bei denen die kalte Prüfung ausreicht.
Die Basisvariante ohne Stelltransformator verzichtet zusätzlich auf die stufenlose Spannungseinstellung. Das Prüfobjekt wird direkt mit der Netzspannung versorgt. Diese Konfiguration ist die wirtschaftlichste Lösung für einfache Prüfaufgaben ohne Spannungsanpassung.
Als Alternative zum Stelltransformator kann eine elektronische Quelle eingesetzt werden. Sie bietet neben der stufenlosen Spannungseinstellung ebenso die Möglichkeit, die Frequenz zwischen 50 Hz und 60 Hz umzuschalten, wichtig für den Export in unterschiedliche Märkte. Das ATS400 kommuniziert mit der elektronischen Quelle über eine serielle Schnittstelle und integriert sie vollständig in den automatischen Prüfablauf. Strom- und Spannungsmessung erfolgen in diesem Fall direkt in der elektronischen Quelle.
Tägliche Selbstvalidierung mit dem Prüfdummy
Ein Prüfsystem ist nur so gut wie seine letzte Kalibrierbestätigung. Deshalb bietet ETL mit dem SOAPAS-Prüfdummy eine Lösung für die tägliche Systemvalidierung. Der SOAPAS simuliert ein definiertes Prüfobjekt mit bekannten Sollwerten und wird automatisch in den Prüfablauf eingeschleust, ohne manuellen Eingriff.
Vor jeder Produktionsschicht kann so nachgewiesen werden, dass das Prüfsystem innerhalb seiner spezifizierten Messgenauigkeit arbeitet. Das Ergebnis wird dokumentiert und steht für Audits und Qualitätsnachweise zur Verfügung. Gerade bei End-of-Line-Prüfungen (EOL) in der Serienproduktion ist diese automatische Validierung ein entscheidender Vorteil gegenüber manuellen Prüfdummies, die zeitaufwändig sind.
Normenkonformität: EN 50191 vollständig erfüllt
Das Prüfsystem wurde gemäß den Anforderungen der DIN EN 50191 (VDE 0104:2011-10) realisiert, die den sicheren Betrieb von Prüfanlagen mit gefährlicher Spannung regelt.
Eine Signalleuchte zeigt den Betriebszustand normgerecht an: Grün signalisiert Betriebsbereitschaft, Rot zeigt Einschaltbereitschaft, und rotes Blinken kennzeichnet eine laufende Prüfung.
Die Zweihandbedienung stellt sicher, dass die Hochspannungsprüfung nur bei gleichzeitigem Drücken beider Tasten startet. So wird ein sicherer Abstand des Bedieners zum Prüfobjekt gewährleistet.
Eine Verbundprüfspitze mit 4-Leiter-Messtechnik ermöglicht die manuelle Schutzleiterprüfung typischerweise in Kabellängen von 3 oder 5 Metern. Das gesamte System wird mit CE-Kennzeichnung, CE-Erklärung und Werkskalibrierschein ausgeliefert. Der Betreiber hat keinen Zusatzaufwand für die Zulassung.
Fazit: Vollständige Prüfung statt Teilprüfung
Wer dreiphasige Geräte nur kalt prüft, prüft sie meist unvollständig. Die heiße Hochspannungsprüfung ist das Verfahren, das sicherstellt, dass die Prüfung das gesamte Prüfobjekt erfasst, nicht nur den Eingangsbereich. Ein modulares Prüfsystem mit integriertem Trenntransformator, automatischer Spannungseinstellung und täglicher Selbstvalidierung macht diese Prüfung reproduzierbar und effizient.
Sie möchten wissen, welche Konfiguration für Ihre Prüfobjekte die richtige ist? Unsere Experten beraten Sie gerne — sprechen Sie uns an.
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FAQs:
Was ist der Unterschied zwischen kalter und heißer Hochspannungsprüfung?
Bei der kalten Hochspannungsprüfung ist das Prüfobjekt ausgeschaltet. Bei der heißen Hochspannungsprüfung wird das Gerät zunächst unter Netzspannung betrieben, sodass interne Schütze und Relais geschlossen sind und anschließend die Prüfspannung aufmodulieren.
Warum ist die heiße Hochspannungsprüfung bei dreiphasigen Geräten wichtig?
Dreiphasige Geräte enthalten häufig Schütze, Relais, Netzteile, Motoren und Leistungselektronik. Eine kalte Prüfung kann an offenen Kontakten enden und dadurch relevante Baugruppen nicht prüfen.
Wozu dient der Trenntransformator?
Der Trenntransformator entkoppelt das Prüfobjekt galvanisch vom Versorgungsnetz und ermöglicht die Netzspannung auf Hochspannungspotenzial anzuheben, ohne das Versorgungsnetz zu gefährden.
Wann reicht eine kalte Hochspannungsprüfung aus?
Sie kann ausreichen, wenn das Prüfobjekt keine internen offenen Schaltkontakte oder Baugruppen enthält, die den Prüfpfad unterbrechen.
Welche Rolle spielt die DIN EN 50191?
Die DIN EN 50191 regelt den sicheren Betrieb elektrischer Prüfanlagen mit gefährlicher Spannung und definiert Anforderungen an Schutzmaßnahmen, Signalisierung und Bedienkonzepte.
