Wenn die Messleitung mitmisst: Isolationswiderstand der Leitungen bei hochohmigen Widerstandsmessungen

Isolationsmessgeräte messen Widerstände bis in den Gigaohm- oder Teraohm-Bereich. In diesen Größenordnungen gelten andere Regeln als bei alltäglichen Widerstandsmessungen: Selbst Materialien, die wir als perfekte Isolatoren betrachten, leiten hier messbar. Das betrifft auch die Isolation der Messleitungen.

Das Problem: Ein unsichtbarer Parallelwiderstand

Liegen die beiden Messleitungen aneinander, bildet ihre Isolation einen Widerstand zwischen den Leitern. Dieser liegt elektrisch parallel zum Prüfling. Das Messgerät misst nicht den Prüfling allein, sondern die Parallelschaltung aus Prüfling und Leitungsisolation:

R_Anzeige = (R_Prüfling × R_Leitung) / (R_Prüfling + R_Leitung)

Bei niedrigen Widerständen spielt das keine Rolle. Bei hochohmigen Messungen kann es das Ergebnis völlig verfälschen.

Ein Rechenbeispiel

Gemessen werden soll ein Widerstand von 1 GΩ. Die aneinanderliegenden Messleitungen haben untereinander einen Isolationswiderstand von 3 GΩ. Das klingt nach sehr viel, liegt aber nur beim Dreifachen des Messwerts. Das Gerät zeigt an:

(1 GΩ × 3 GΩ) / (1 GΩ + 3 GΩ) = 750 MΩ

Statt 1 GΩ werden also 750 MΩ angezeigt, eine Abweichung von −25 %.

Wie stark der Effekt vom Messwert abhängt, zeigt die folgende Übersicht, jeweils mit denselben Leitungen (3 GΩ):

• 1 MΩ: Anzeige 0,9997 MΩ, Fehler −0,03 %
• 10 MΩ: Anzeige 9,97 MΩ, Fehler −0,3 %
• 100 MΩ: Anzeige 96,8 MΩ, Fehler −3,2 %
• 1 GΩ: Anzeige 750 MΩ, Fehler −25 %
• 10 GΩ: Anzeige 2,31 GΩ, Fehler −77 %

Im Megaohm-Bereich ist der Einfluss vernachlässigbar. Je höher der zu messende Widerstand, desto stärker bestimmen die Leitungen das Ergebnis.

Welche Folgen das hat

Bei der Prüfung von Anlagen und Geräten: Ein einwandfreier Prüfling erscheint schlechter, als er ist. Im Extremfall wird eine intakte Isolation als fehlerhaft bewertet, mit unnötiger Fehlersuche oder Reparatur.

Bei der Kalibrierung von Isolationsmessgeräten: Wird das Gerät mit einem 1-GΩ-Normal geprüft, scheint es viel zu niedrig anzuzeigen. Das Gerät wird dann fälschlich als außer Toleranz bewertet oder, schlimmer noch, auf den falschen Wert justiert.

Instabile Messwerte: Der Isolationswiderstand der Leitungen hängt davon ab, wie sie liegen, wie sauber sie sind sowie von Luftfeuchte und Temperatur. Schon ein Verschieben der Leitungen kann die Anzeige verändern.

Wie gut muss die Leitungsisolation sein?

Als Faustregel gilt: Für einen Fehler von höchstens 1 % muss der Isolationswiderstand der Leitungen etwa 100-mal größer sein als der zu messende Widerstand. Bei 1 GΩ sind das rund 100 GΩ, für 0,1 % sogar rund 1 TΩ.

Welche Isolation haben übliche Messleitungen?

Entscheidend ist zunächst der Isolierwerkstoff. Sein spezifischer Durchgangswiderstand unterscheidet sich um mehrere Zehnerpotenzen:

• PVC: 10¹² bis 10¹⁵ Ω·cm
• Silikon: 10¹⁵ Ω·cm
• PTFE: 10¹⁸ Ω·cm

PTFE isoliert damit bis zu einer Million Mal besser als PVC. In der Praxis begrenzen aber oft Verschmutzung, Feuchtigkeit und die Stecker den tatsächlichen Isolationswiderstand. Auch hochwertige Leitungen erreichen ihre Werte nur, wenn sie sauber und trocken sind.

Was hilft

• Leitungen getrennt führen: Messleitungen nicht aneinanderlegen, verdrillen oder bündeln, sondern mit Abstand und möglichst frei in der Luft führen.
• Hochwertige Isolation: Leitungen mit PTFE-Isolation haben einen deutlich höheren Isolationswiderstand als einfache PVC-Leitungen.
• Sauber und trocken halten: Fingerabdrücke, Staub und Feuchtigkeit auf Leitungen und Anschlüssen bilden zusätzliche Leckpfade.
  Deshalb sollten Messleitungen regelmäßig ausgetauscht werden.
• Guard-Anschluss nutzen: Viele Isolationsmessgeräte haben einen Guard-Anschluss. Er leitet Leckströme an der Messung vorbei und eliminiert so den Einfluss paralleler Strompfade.
• Leitungen vorab prüfen: Die Messung einmal ohne Prüfling, mit den Leitungen in ihrer Messposition, durchführen. Der angezeigte Wert sollte weit über dem erwarteten Messwert liegen.

Fazit

Bei hochohmigen Messungen ist die Messleitung kein neutrales Zubehör, sondern Teil der Messung. Wer das berücksichtigt, vermeidet Fehlbewertungen, ob beim Prüfen von Anlagen oder beim Kalibrieren von Messgeräten.