Thermografie am Schaltschrank: Befunde bewerten
Geprüft von Mihai Andronic (TÜV SÜD befähigte Person)·Stand:
Ein bunter Punkt auf dem Infrarotbild ist noch kein Fehler. Die thermografische Inspektion elektrischer Schalt- und Steueranlagen erfordert eine systematische Auswertung, die über das Ablesen absoluter Temperaturen hinausgeht. Die vom Gerät errechnete Temperatur hängt stark von Emissionsgrad, Reflexionen, Messwinkel und der Umgebung ab.
Der entscheidende Faktor zur Bewertung von Hotspots ist die Temperaturdifferenz (Delta-T) im Vergleich zu einem baugleichen, identisch belasteten und unauffälligen Bauteil. Dieser Leitfaden strukturiert die Befundauswertung anhand der VdS-6021-Vorgaben, ordnet thermische Muster den physischen Ursachen zu und definiert die notwendigen elektrischen Prüfschritte zur Diagnose.
Messbedingungen: Wann ein Thermogramm verwertbar ist
Damit ein Hotspot im Schaltschrank sichtbar wird, muss ausreichend Strom über die kritische Stelle fließen. Bei annähernd konstantem Übergangswiderstand steigt der Spannungsfall (U = I × R) linear mit dem Strom. Die resultierende Verlustleistung (P = I² × R) verhält sich quadratisch zum Strom. Die gemessene Temperaturerhöhung folgt aufgrund von Wärmeabfuhr und temperaturabhängigem Widerstand jedoch nicht zwingend exakt dieser Proportion.
- •Mindestlast: Nach VdS 6021 sollte die Auslastung während der Untersuchung mindestens 30 Prozent der Höchstbelastung betragen. Je geringer die Last, desto höher die Messunsicherheit. Bei abweichenden Bedingungen sind Einschränkungen zu dokumentieren.
- •Eingeschwungener Zustand: Nach Laständerungen muss ein annäherndes thermisches Gleichgewicht herrschen. Für die Niederspannung gilt ein Richtwert von 15 bis 30 Minuten.
- •Sichtverbindung: Übliche Makrolon- oder Plexiglasabdeckungen blockieren Infrarotstrahlung. Spezielle IR-Fenster existieren, erfordern an der Kamera aber eine exakte Transmissionskorrektur.
- •Emissionsgrad: Blanke Metalle reflektieren Infrarotstrahlung wie Spiegel. Spezielle Emissionsgrad-Aufkleber zur Korrektur dürfen ausschließlich im spannungsfreien Zustand durch eine Elektrofachkraft angebracht werden.
Arbeitssicherheit bei Verifizierungsmessungen
Das Öffnen elektrischer Anlagen im Betrieb und das Entfernen von Abdeckungen für die Thermografie darf nur durch qualifizierte Elektrofachkräfte unter Einhaltung der Schutzmaßnahmen erfolgen. Dies gilt ebenso für anschließende elektrische Prüfschritte.
Bewertungslogik: Temperaturdifferenzen (Delta-T) nach VdS 6021
Absolute Temperaturwerte isoliert zu betrachten, ist selten zielführend. Die Umgebungstemperatur im Schaltschrank dient lediglich der Abschätzung absoluter Grenzen, darf aber nicht als Referenz für die Fehlerbewertung herangezogen werden. Bewertet wird stattdessen gegenüber einem baugleichen, identisch belasteten und unauffälligen Vergleichsbauteil (z. B. Phase L1 gegen L2).
Die VdS 6021 liefert hierfür vier Fehlergruppen als Richtwerte. Diese Einstufung ist keine automatische Brandgefahr-Skala, sondern muss Faktoren wie Bauteilart, Last, Absoluttemperatur und Sichtbarkeit zwingend mit einbeziehen.
| Fehlergruppe | Delta-T (ΔT) K | Richtwert für Maßnahme |
|---|---|---|
| 1 | < 10 K | Keine Maßnahme erforderlich, aber beobachten. |
| 2 | 10 bis < 35 K | Bei nächster Abschaltung oder Gelegenheit beheben. |
| 3 | 35 bis < 70 K | Bei nächster geplanter Instandhaltung beheben (spätestens innerhalb von 6 Monaten). |
| 4 | > 70 K | Bei nächstmöglicher Abschaltung beheben, bis dahin hohe Belastung vermeiden. |
Sichtbarkeit und verdeckte Bauteile
Die genannten Delta-T-Grenzwerte der Fehlergruppen gelten für direkt sichtbare Komponenten. Werden Bauteile durch Gehäuse hindurch beurteilt oder handelt es sich um tieferliegende Wärmequellen, gelten deutlich niedrigere Schwellenwerte.
Wurde bei geringer Last gemessen, muss die mögliche Temperaturerhöhung nach VdS 6021 abgeschätzt werden. Die vereinfachte Hochrechnung erfolgt grundsätzlich auf 80 Prozent des Nennstroms nach der Formel: ΔT₂ / ΔT₁ = (I₂ / I₁)². Führt diese quadratische Annahme zu atypischen Ergebnissen, kann ersatzweise ein Exponent von 1,6 bis 1,8 herangezogen werden.
Je niedriger die Messlast, desto fehleranfälliger ist diese Hochrechnung. Messstrom, Zielstrom und Annahmen sind zwingend zu dokumentieren. Eine berechnete extrapolierte Temperaturdifferenz allein reicht jedoch nicht für eine abschließende Klassifizierung – im Zweifel muss die Messung unter geeigneter Last wiederholt werden.
Befundbilder aus der Praxis: Muster erkennen und Fehler eingrenzen
Thermische Muster sind Diagnosehypothesen. Lastbedingungen, Emissivität, Einbausituation und Herstellergrenzen müssen berücksichtigt werden. Die Thermografie zeigt das Symptom, elektrische Messungen durch eine Fachkraft bestätigen den Fehler.
| Thermisches Muster | Wahrscheinliche Ursache | Nächster Prüfschritt (elektrisch) |
|---|---|---|
| Punktuelle Erhitzung genau am Anschlusspunkt, Temperatur fällt entlang der Ader ab. | Erhöhter Übergangswiderstand (lose Klemme, Korrosion). | Spannungsfall über der Kontaktstelle messen. Nach Freischaltung fachgerecht instand setzen (Herstellervorgaben beachten – bloßes Nachziehen reicht oft nicht). |
| Ganze Leitung einer Phase (z. B. L1) ist auf kompletter sichtbarer Länge wärmer. | Asymmetrische Belastung (Schieflast) oder generelle Überlastung des Stromkreises. | Stromaufnahme aller drei Phasen messen und vergleichen. |
| Erwärmung stammt aus dem Inneren eines Bauteils (z. B. Schütz), Anschlüsse sind kühler. | Verschleiß der internen Schaltkontakte, Mechanik klemmt. | Spannungsfall über den internen Kontakten messen (Eingang zu Ausgang). Bauteil erneuern. |
| Alle drei Phasen am Klemmblock gleichmäßig stark erhitzt, Bauteilumgebung ebenfalls warm. | Zu geringer Leitungsquerschnitt oder unzureichende Kühlung im Schaltschrank. | Nennstrom mit Querschnitt und Absicherung abgleichen. Schaltschrankklimatisierung prüfen. |
Reflexion oder echter Hotspot?
Verändert man bei glänzenden Oberflächen den Betrachtungswinkel, wandern Reflexionen oft mit. Ein echter Hotspot bleibt stationär. Dieser Winkeltest ist ein guter Indikator, liefert aber ohne weitere physikalische Beurteilung keinen absoluten Beweis.
Systemgrenzen: Was die Wärmebildkamera nicht sieht
Die Thermografie ist eine wertvolle Ergänzung zu Inspektionen nach DGUV Vorschrift 3, jedoch kein Ersatz. Sie erkennt ausschließlich Probleme, die sich in Wärmeabstrahlung äußern. Eine defekte Isolierung ohne Kriechstrom bleibt thermisch unsichtbar. Auch Schutzleiterverbindungen (PE), über die im fehlerfreien Betrieb kein Strom fließt, entziehen sich der berührungslosen Messung.
Ein weiterer Punkt ist die Momentaufnahme. Ein Schütz, das einen Antrieb nur für wenige Sekunden zuschaltet, erwärmt sich bei einem Kontaktfehler vor der Messung nicht zwingend messbar. Anlagenkenntnis ist erforderlich, um Lastzyklen während der Prüfung richtig einzuordnen.
Dokumentation und Qualitätssicherung
Ein nachvollziehbar dokumentiertes Thermografie-Protokoll benötigt Kontext. Im Rahmen von Instandhaltungsstrategien dienen die Berichte als Basis für planbare Reparaturen.
- Zustandserfassung: Dokumentation der Umgebungstemperatur, der gemessenen Anlagenlast am betroffenen Abzweig und des gewählten Emissionsgrads.
- Bildpaarung: Neben dem Thermogramm wird ein visuelles Foto (Echtbild) gespeichert, das die Verortung und das betroffene Bauteil zweifelsfrei identifiziert.
- Delta-T-Ausweisung: Benennung des identisch belasteten Vergleichsbauteils und der errechneten Temperaturdifferenz.
- Nachkontrolle: Nach der Instandsetzung empfiehlt sich als Qualitätssicherungsmaßnahme eine erneute Messung unter vergleichbaren Lastbedingungen.
Häufige Fragen
Wie hoch muss die Last sein, um Fehler im Schaltschrank thermografisch zu finden?
Nach VdS 6021 sollte die Anlagenlast mindestens 30 Prozent der Höchstbelastung betragen. Da die Verlustleistung quadratisch zum Strom ansteigt, fallen Übergangswiderstände bei geringerer Last oft nicht auf oder führen zu Messunsicherheiten.
Ersetzt die Thermografie die Wiederholungsprüfung nach DGUV Vorschrift 3?
Nein. Die Thermografie ist ein ergänzendes Verfahren. Prüfschritte wie Isolationswiderstandsmessung oder das Prüfen der Schutzleiterdurchgängigkeit können nicht berührungslos erfolgen, sind aber zur Beurteilung der elektrischen Sicherheit vorgeschrieben.
Warum erscheint blankes Kupfer im Thermogramm manchmal sehr heiß oder sehr kalt?
Blanke Metalle haben einen niedrigen Emissionsgrad und verhalten sich für Infrarotstrahlung wie Spiegel. Die Kamera erfasst dann nicht die Eigentemperatur der Kupferschiene, sondern die reflektierte Infrarotstrahlung anderer Bauteile.
Grundlagen & Quellen
- DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1) – Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Maschinen
- VdS 6021 – Thermografie in elektrischen Anlagen – Befundung und Berichterstattung
- DIN 54191:2017-10 – Zerstörungsfreie Prüfung – Thermografische Prüfung elektrischer Anlagen
- DGUV Vorschrift 3 – Unfallverhütungsvorschrift Elektrische Anlagen und Betriebsmittel