Grundlagen des VCB-Sekundärkreises: Auslösen/Schließen, Anti-Pumping, Verriegelungen – OEM-Engineering-Ansicht

Die Primärkreise von Leistungsschaltern führen Last- und Fehlerströme. Die Sekundärkreise steuern, wann diese Vorgänge stattfinden. Die Hauptkontakte eines Vakuum-Leistungsschalters können zwar einem Kurzschlussstrom von 25 kA problemlos standhalten, dennoch schlägt die Inbetriebnahme der Anlage fehl, weil die Steuerverkabelung Fehlauslösungen verursacht, gefährliche gleichzeitige Schließungen zulässt oder ein Motorpumpen ermöglicht, das den Mechanismus zerstört.

Das Design des Sekundärkreises unterscheidet ordnungsgemäß konstruierte Schaltanlagen von Feldausfällen, die nur darauf warten, zu passieren. Der Unterschied zeigt sich in den Details der Steuerungslogik: Überwachung der Auslösespule, Platzierung des Anti-Pump-Relais, Überprüfung der mechanischen Verriegelung und Sequenzierung der Hilfskontakte.

Dieser Leitfaden erläutert die Sekundärkreise von VCBs aus technischer Sicht des Herstellers. Sie erfahren, warum bestimmte Schaltungselemente vorhanden sind, wie sie häufige Fehlermodi verhindern und was bei Werksabnahmeprüfungen und der Inbetriebnahme vor Ort zu überprüfen ist.

Die Funktion von Sekundärkreisen in Vakuum-Leistungsschaltern

Primärkreise in einem VCB leiten Strom von der Netzseite zur Lastseite durch die Kontakte des Vakuumunterbrechers. Sekundärkreise steuern das Öffnen oder Schließen dieser Kontakte, verhindern Fehlfunktionen und melden den Status des Leistungsschalters an Schutzrelais oder SCADA-Systeme zurück.

Sekundärkreise umfassen:

Steuerkreise — Spule für Fahrt, Spule für Schließen, Federlademotor-Schaltkreise, die den Mechanismus direkt betätigen
Hilfskreise — Statusanzeigekontakte, Positionsmeldung an Verriegelungen und Schutzeinrichtungen
Schutzschaltungen — Anti-Pump-Logik, Spulenüberwachung, elektrische/mechanische Verriegelungsschaltungen
Verkündigungs-Schaltkreise — Alarme bei Motorausfall, nicht gespannte Feder, Fehlfunktion des Mechanismus

Die Spannungspegel variieren je nach Anwendung. Die meisten Mittelspannungs-VCBs verwenden eine Steuerspannung von 110 VDC oder 220 VDC aus Stationsbatterien. Einige industrielle Anlagen schreiben eine Steuerspannung von 110 VAC oder 220 VAC vor. Die Schaltungstopologie bleibt konzeptionell ähnlich, obwohl die Wechselstromsteuerung zeitliche Überlegungen hinsichtlich des Nulldurchgangs mit sich bringt und andere Ansätze zur Verhinderung von Pumpvorgängen erfordert.

[DESIGN-HINWEIS: Die Gleichstromsteuerung ermöglicht den Betrieb während Netzausfällen, wenn die Batterien der Station Notstrom liefern – entscheidend für Leistungsschalter, die Generatoren und Transformatoren schützen.]

Das Verständnis von Sekundärkreisen beginnt mit der Funktionsweise. Die Funktionsweise des Vakuum-Leistungsschalters wird unter https://xbrele.com/what-is-vacuum-circuit-breaker-working-principle/ zeigt, wie die Unterdrückung des Vakuumbogens eine präzise Kontaktbewegung erfordert – Sekundärkreise zeitlich koordinieren diese Bewegung über alle Betriebsbedingungen hinweg.

Grundlagen zu Auslösern und geschlossenen Stromkreisen

Auslöse- und Schließkreise versorgen die Magnetspulen oder Motoren, die den VCB-Mechanismus betätigen, direkt mit Energie. Die Konstruktionsprioritäten unterscheiden sich: Auslösekreise müssen ausfallsicher und äußerst zuverlässig sein, während Schließkreise gefährliche gleichzeitige Vorgänge verhindern müssen.

Ausfallstromschutzschaltung

Ein typischer Auslösestromkreis folgt diesem Signalweg:

1. Einweihung — Schutzrelais-Kontaktschluss, manueller Auslöseknopf oder automatisches Auslösesignal
2. Auslösung der Auslösespule — Strom fließt durch die Auslösespule (typischerweise 5–10 A Einschaltstrom für Gleichstromspulen)
3. Mechanismusauslösung — Die Verriegelung löst sich, die Öffnungsfedern treiben die Kontakte auseinander.
4. Hilfskontaktbetrieb — “a” Kontakte öffnen, “b” Kontakte schließen, um den Status des Leistungsschalters anzuzeigen
5. Schaltkreis-Abschaltung — Der Hilfskontakt “a” in Reihe mit der Auslösespule öffnet sich und verhindert so eine kontinuierliche Erregung der Spule.

Der Serienhilfskontakt verhindert ein Durchbrennen der Auslösespule. Ohne ihn bleibt die Spule nach dem Auslösen des Schutzschalters unter Spannung, überhitzt und fällt innerhalb weniger Minuten aus. Bei korrekten Konstruktionen wird ein Hilfskontakt “a” (normalerweise offen, bei geschlossenem Schutzschalter geschlossen) in Reihe mit der Auslösespule geschaltet – wenn der Mechanismus auslöst, öffnet sich dieser Kontakt automatisch.

[Einblick in das OEM-Design: Zuverlässigkeit des Auslöseschaltkreises]

• Redundante Auslösespulen (Auslösespule 1 + Auslösespule 2) verdoppeln die Zuverlässigkeit für kritische Anwendungen.
• Vergoldete Trip-Coil-Klemmen reduzieren Kontaktwiderstand und Korrosionsausfälle.
• Alarme zur Überwachung der Auslösekontinuität warnen den Bediener, bevor der Leistungsschalter bei Bedarf nicht mehr auslösen kann.
• Schnell wirkende Sicherungen schützen Auslöseschaltungen vor Kurzschlüssen, ohne den Schutzbetrieb zu verzögern.

Geschlossenes Schaltungsdesign

Geschlossene Stromkreise laden gespeicherte Energie (komprimierte Feder oder Magnetantrieb) und geben diese dann frei, um die Kontakte zu schließen. Da das Schließen bei einem Fehler zu extremer mechanischer Belastung führt, verfügen geschlossene Stromkreise über einen Anti-Pump- und Verriegelungsschutz.

Ein federgespannter Mechanismus mit Schließsequenz:

1. Federaufzug — Der Motor läuft, bis der mechanische Schalter “Feder geladen” signalisiert (in der Regel 5–15 Sekunden).
2. Nah permissiv — Anti-Pump-Relais und Verriegelungen überprüfen die Bedingungen für ein sicheres Schließen.
3. Spule schließen — Schließen-Taste oder automatisches Schließsignal aktiviert Schließspule
4. Entriegelung — Schließen der Spule löst die Federsperre und schließt die Kontakte.
5. Hilfskontaktübergang — “a” Kontakte schließen, “b” Kontakte öffnen
6. Spulenentladung — Der Hilfskontakt der geschlossenen Spule öffnet sich und setzt den Stromkreis zurück.
7. Frühlingsaufladung — Der Motor lädt die Feder automatisch für den nächsten Vorgang wieder auf.

Der Federaufzugsmotor läuft nach jedem Schließvorgang automatisch an oder kann manuell gestartet werden. Ein Endschalter stoppt den Motor, wenn die Feder die erforderliche Kraft erreicht hat. Bei einem Ausfall des Motors oder einer Blockierung des Federmechanismus wird der Alarm “Feder nicht gespannt” ausgelöst.

Entwurf und Betrieb einer Anti-Pump-Schaltung

Der Anti-Pumping-Schutz verhindert, dass der VCB wiederholt versucht, bei einem Fehler zu schließen. Ohne diesen Schutz würde der Schalter schnell zwischen offen und geschlossen hin- und herwechseln, wodurch der Mechanismus zerstört und möglicherweise Kontaktschweißungen verursacht würden.

Warum es zum Pumpen kommt

Betrachten Sie dieses Szenario ohne Anti-Pumping:

1. Der Bediener hält die Schaltfläche „Schließen“ während eines nachgeschalteten Fehlers gedrückt.
2. Schalter schließt
3. Schutzrelais löst aufgrund eines Fehlers sofort den Leistungsschalter aus.
4. Die geschlossene Spule bleibt unter Spannung (Taste wird weiterhin gedrückt gehalten).
5. Der Frühling lädt sich automatisch wieder auf.
6. Der Leistungsschalter schließt wieder auf denselben Fehler.
7. Der Zyklus wiederholt sich, bis der Mechanismus ausfällt oder die Schaltfläche „Schließen“ betätigt wird.

Diese “Pumpbewegung” setzt den Mechanismus bei Fehlerstromkapazität extremen mechanischen Stößen aus, die weit über den normalen Nennwerten für den Arbeitszyklus liegen.

Implementierung einer Anti-Pump-Schaltung

Eine ordnungsgemäß ausgelegte Anti-Pump-Schaltung erfordert, dass der Schließbefehl zurückgesetzt (stromlos gemacht und wieder unter Spannung gesetzt) wird, bevor ein weiterer Schließvorgang zulässig ist:

Steuerrelaisverfahren:

• Der geschlossene Spulenstromkreis umfasst ein Anti-Pump-Hilfsrelais (52/APR).
• Der erste Schließbefehl aktiviert das Relais und dichtet sich durch seinen eigenen Kontakt selbst ab.
• Relaiskontakt in Reihe mit geschlossener Spule ermöglicht Schließen
• Nach dem Schließen bleibt das Relais bei Auslösen des Leistungsschalters erregt.
• Die Schließspule kann erst wieder mit Strom versorgt werden, wenn der Bediener die Schließtaste loslässt (Unterbrechung des Relais-Einschaltkreises).
• Der Bediener muss die Schließen-Taste loslassen und erneut drücken, um einen weiteren Schließversuch zu starten.

Hilfskontaktmethode (einfacher, aber weniger flexibel):

• Der geschlossene Spulenkreis umfasst den Hilfskontakt des Schalters “b” (geschlossen, wenn der Schalter geöffnet ist).
• Wenn der Schalter schließt, öffnet sich der Kontakt “b” und unterbricht den geschlossenen Spulenkreis.
• Selbst wenn die Schaltfläche „Schließen“ gedrückt gehalten wird, kann die Schließspule nicht wieder mit Strom versorgt werden.
• Einschränkung: Verhindert nicht das Pumpen bei langsamen Wiedereinschaltsequenzen, es sei denn, es wird mit einer Relaislogik kombiniert.

[Feldfehlerfall: Umgehung der Anti-Pump-Schaltung]
Ein Bergbauunternehmen modifizierte seine Schaltanlage, um im Notfall eine “Zwangsabschaltung” zu ermöglichen, indem es den Anti-Pump-Schutz umging. Bei einem Kabeldefekt hielt der Bediener die Schalt-Taste gedrückt, um die Stromversorgung wiederherzustellen. Die VCB pumpte innerhalb von 15 Sekunden sechs Mal, bevor der Mechanismus die Federführung zerstörte. Die Ersatzkosten beliefen sich auf über $45.000 plus zwei Wochen Ausfallzeit.

Elektrische und mechanische Verriegelungen

Verriegelungen verhindern unsichere Betriebsabläufe: Schließen bei aktiviertem Erdungsschalter, gleichzeitiger Betrieb von zwei Eingängen oder Einrasten des Leistungsschalters bei eingeschalteter Spannung. Die Umsetzung erfolgt sowohl über fest verdrahtete Kontakte (elektrische Verriegelungen) als auch über physische Sperren (mechanische Verriegelungen).

Arten von elektrischen Verriegelungen

Erdungsschalterverriegelung:

• Erdungsschalter “b”-Kontakt in Reihe mit VCB-Schließspulenstromkreis verdrahtet
• Wenn der Erdungsschalter geschlossen ist (Erdung der Sammelschiene), öffnet sich der Kontakt “b”.
• VCB-Kurzschlussstromkreis kann nicht unter Spannung gesetzt werden – verhindert das Schließen auf geerdeten Bus
• Der VCB-Kontakt “b” verhindert ebenfalls das Schließen des Erdungsschalters, wenn der Leistungsschalter geschlossen ist.

Sammelschienen-Übergabeverriegelung:

• Zwei von außen kommende VCBs, die dieselbe Sammelschiene speisen, dürfen nicht gleichzeitig schließen.
• Eingang 1 “b” Kontakt mit Eingang 2 Kurzschluss verdrahtet
• Eingang 2 “b” Kontakt mit Eingang 1 Kurzschluss verdrahtet
• Es kann jeweils nur ein Incomer schließen, es sei denn, das Buskopplungsschema erlaubt eine Parallelschaltung.

Ausziehbare Trennvorrichtung:

• “Endschalterkontakt ”Breaker racked to service position“ (Schalter in Wartungsposition) in Schließ-/Auslösestromkreisen
• Verhindert Schließ-/Auslösevorgänge, während der Leistungsschalter teilweise ausgefahren ist.
• Reduziert das Risiko von Lichtbogenbildung bei Kontaktfehlausrichtung

Beispiele für mechanische Verriegelungen

Schlüsselverriegelungssysteme:

• Kirk-Schlüssel oder Castell-Schlüssel werden physisch zwischen Geräten übertragen.
• Der Bediener muss den Schlüssel aus dem VCB ziehen (um zu zeigen, dass er offen ist), um den Erdungsschalter zu betätigen.
• Im Erdungsschalter eingeklemmter Schlüssel verhindert den Betrieb des VCB, bis der Erdungsschalter geöffnet wird.

Vorkehrungen für Vorhängeschlösser:

• Das Bedienfeld des Breakers kann bis zu drei Vorhängeschlösser aufnehmen.
• LOTO-Konformität (Lockout/Tagout) für Wartungssicherheit

Regalverriegelung:

• Ein physischer Sperrhebel verhindert das Einrasten des Trennschalters in die Betriebsposition, wenn der Erdungsschalter geschlossen ist.
• Mechanische Übersteuerung nur mit Aufsichtsschlüssel möglich

Die bewährten Verfahren der Erstausrüster kombinieren alle drei Ebenen für kritische Verriegelungen. Beispielsweise erfordert die Sicherheit von Erdungsschaltern in der Regel eine elektrische Verriegelung (Hilfskontakte), eine mechanische Verriegelung (Riegel) UND eine Schlüsselverriegelung (Durchsetzung der Reihenfolge).

Konfiguration und Sequenzierung von Hilfskontakten

Hilfskontakte melden die Position des Leistungsschalters an Schutzrelais, SCADA-Systeme, Alarme und Verriegelungskreise. Die Kontaktsequenzierung – die genaue Reihenfolge, in der die Kontakte beim Öffnen und Schließen schließen und öffnen – bestimmt, ob externe Schaltkreise korrekt funktionieren.

Hilfskontakttypen

“a”-Kontakte (normalerweise offen):

• Öffnen, wenn Unterbrecher offen ist
• Schließen, wenn Unterbrecher geschlossen ist
• Typische Anwendungen: Auslöseschaltung, Anzeige “Schutzschalter geschlossen”, Schließfreigabe für nachgeschaltete Geräte

“b”-Kontakte (normalerweise geschlossen):

• Schließen, wenn Unterbrecher offen
• Öffnen, wenn Schalter geschlossen ist
• Typische Anwendungen: Schließen der Spulenverriegelung, Anzeige “Breaker Open”, Anti-Pump-Schaltung, Erdungsschalter freigegeben

Die meisten VCBs bieten standardmäßig 6–12 Hilfskontakte, die mit Hilfskontaktblöcken auf über 20 erweitert werden können. Kontakte mit einer Nennleistung von 5–10 A bei Steuerspannung übernehmen die Signalübertragung und die Last der Relaisspule, können jedoch keine Motoren oder Heizungen direkt schalten.

Anforderungen an die Kontaktsequenzierung

Während des Schließvorgangs:

1. Hauptkontaktansatz (noch kein Hilfsübergang)
2. Hauptkontakte berühren sich (Lichtbogen entsteht, wenn kein Vorwiderstand verwendet wird)
3. “a” Kontakte schließen (in der Regel 5–15 ms nach dem Hauptkontakt)
4. “b”-Kontakte offen (in der Regel 10–20 ms nach dem Schließen des Hauptkontakts)

Während des Öffnungsvorgangs:

1. “b” Kontakte schließen (in der Regel 3–10 ms vor dem Trennen der Hauptkontakte)
2. “a” Kontakte öffnen (in der Regel 5–12 ms vor dem Trennen der Hauptkontakte)
3. Hauptkontakte getrennt (Lichtbogenlöschung im Vakuum)

Diese Reihenfolge stellt sicher, dass externe Schaltkreise die Statusänderung erst dann erkennen, wenn der VCB eine stabile mechanische Position erreicht hat. Eine zu frühe Signalisierung “Schalter geschlossen”, bevor die Kontakte vollständig eingerastet sind, kann zu einer fehlerhaften Koordination der Schutzvorrichtungen führen. Eine zu späte Signalisierung “Schalter offen” kann die Freigabe der Erdungsschalter verzögern und damit gegen Sicherheitsvorschriften verstoßen.

Die Zeitsteuerung der Hilfskontakte wird während der VCB-Typprüfung überprüft. Bei der Inbetriebnahmeprüfung wird die korrekte Abfolge durch die gleichzeitige Aufzeichnung der Position des Hauptkontakts und der Übergänge der Hilfskontakte bestätigt.

Kontrolle von Stromausfällen und Überwachung

Steuerkreise fallen aus, wenn Stationsbatterien entladen sind, Wechselstrom-Steuertransformatoren keine Versorgung mehr haben oder in der Verkabelung Fehler mit hohem Widerstand auftreten. Die Konstruktion des Sekundärkreises muss diese Ausfälle erkennen und unsichere Zustände verhindern.

Überwachung des Auslösestromkreises

Die kontinuierliche Überwachung des Auslösekreises stellt sicher, dass der Leistungsschalter bei Auslösung der Schutzvorrichtung auslösen kann:

Überwachungsrelaisverfahren:

• Niedrigstrom-Überwachungsrelais, das über die Auslösespule geschaltet ist
• Relais unter Spannung, wenn Auslöseschaltung intakt
• Ein Stromkreisausfall oder eine Spulenfehlfunktion schaltet das Relais ab und löst einen Alarm aus.
• Keine Fehlalarme während des normalen Fahrbetriebs (Relais fällt schneller ab als der Alarm anspricht)

Mikroprozessorbasierte Überwachung:

• Schutzrelais oder Leistungsschaltersteuerung speist Prüfstrom in den Auslösestromkreis ein
• Misst den Schaltungswiderstand und die Spulendurchgängigkeit
• Alarme bei hohem Widerstand oder offenem Stromkreis
• Einige Systeme verhindern automatisch das Schließen des Leistungsschalters, wenn der Auslöseschaltkreis beeinträchtigt ist.

Frühjahrsüberwachung

VCBs mit federbetätigten Mechanismen benötigen gespeicherte Energie zum Schließen. Wenn der Federmotor ausfällt oder der Endschalter nicht richtig funktioniert, kann der Schalter nicht schließen:

• “Schalterkontakt ”Frühling nicht geladen“ mit Signalgeber verdrahtet
• Alarm warnt Bediener, bevor Schließversuch fehlschlägt
• Einige Konstruktionen verhindern die Erregung der Nahspule, wenn die Feder nicht gespannt ist (harte Verriegelung).

Überwachung der Steuerspannung

Eine niedrige Steuerspannung beeinträchtigt den Betrieb der Spule:

• Auslösespulen können unterhalb der Nennspannung von 70% möglicherweise nicht funktionieren.
• Eng gewickelte Spulen weisen unterhalb der Nennspannung von 80% einen langsamen, unvollständigen Betrieb auf.
• Spannungsüberwachungsrelais lösen bei einer Nennspannung von 85% einen Alarm aus.
• Kritische Schalter können bei niedriger Steuerspannung automatisch auslösen, um Schäden durch Teilhub zu vermeiden.

Werksabnahme und Überprüfung der Inbetriebnahme vor Ort

Sekundärkreise müssen vor der Installation vor Ort überprüft werden. Werksabnahmeprüfungen (FAT) und Abnahmeprüfungen vor Ort (SAT) folgen sich überschneidenden, aber unterschiedlichen Protokollen.

Checkliste für die Werksabnahmeprüfung

Kontinuität und Isolierung:

• Widerstand zwischen allen Steuerklemmen messen
• Überprüfen Sie die Isolierung des Steuerkreises auf >10 MΩ bei 500 VDC.
• Überprüfen Sie, ob die Nennwerte der Hilfskontakte den Spezifikationen entsprechen.

Betriebsablauf:

• Schließen Sie den Unterbrecher elektrisch und überprüfen Sie die Übergänge der Hilfskontakte.
• Auslöser und Bestätigung der Hilfsstromkontaktreihe öffnet sich (Entspannungsauslösespule)
• Zeit zwischen dem Drücken der Schließen-Taste und dem Schließen des Hauptkontakts messen
• Zeit zwischen Auslösesignal und Hauptkontakt-Trennung messen

Überprüfung auf Anti-Pumping:

• Schaltknopf gedrückt halten, Fehlerauslösung simulieren, einmaligen Schaltversuch bestätigen
• Schließen-Taste loslassen und erneut drücken, zweites Schließen zulässig überprüfen
• Test mit manuellen und automatischen Schlusssignalen

Verriegelungsfunktion:

• Überprüfen Sie, ob der Kontakt des Erdungsschalters “b” das Schließen des VCB verhindert.
• Bestätigen Sie, dass der Kontakt “b” des VCB das Schließen des Erdungsschalters verhindert.
• Alle mechanischen Schlüsselverriegelungen auf korrekte Abfolge prüfen

Überwachung und Alarme:

• Auslösespule trennen, Überwachungsalarm des Auslösekreises überprüfen
• Simulieren Sie einen Ausfall des Federmotors und bestätigen Sie den Alarm „Feder nicht gespannt“.
• Steuerspannung auf 80% reduzieren, Unterspannungsalarm überprüfen

Checkliste für die Inbetriebnahme der Anlage

Überprüfung der Verkabelung:

• Überprüfen Sie, ob die Anschlüsse der Steuerkabel mit den Zeichnungen übereinstimmen.
• Überprüfen Sie die korrekte Polarität für Gleichstrom-Steuerkreise.
• Überprüfen Sie, ob die Signalkabel für Fernauslösung/Schließen an den richtigen Klemmen angeschlossen sind.

Integrationstests:

• Prüfen Sie das Auslösesignal des Schutzrelais an VCB.
• Überprüfen Sie, ob die SCADA-Befehle zum Öffnen/Schließen korrekt funktionieren.
• Überprüfen Sie, ob die Status-LEDs mit der tatsächlichen Position des Leistungsschalters übereinstimmen.

Interlock-Koordination:

• Test der Sammelschienen-Übergangsverriegelung mit installiertem zweiten Leistungsschalter
• Überprüfen Sie, ob die Erdungsschalterverriegelung in beide Richtungen funktioniert.
• Überprüfen Sie, ob alle LOTO-Punkte zugänglich und funktionsfähig sind.

Belastungstest:

• VCB bei tatsächlicher Last schließen (nicht nur bei Leerlaufprüfung)
• Überprüfen Sie, dass keine Fehlauslösungen unter Einschaltstrom auftreten.
• Testbetrieb unter Last (Abstimmung mit den Schutzeinstellungen)

Bei der Inbetriebnahme vor Ort werden Installationsfehler entdeckt, die bei Werksprüfungen nicht auffallen: vertauschte Steuerungspolarität, falsche Relaiseinstellungen, Fehler bei der externen Verriegelungsverdrahtung oder Fehler bei der Steuerstromverteilung.

Häufige Fehler im Sekundärkreis und Fehlerbehebung

Störende Reisen

Symptome: Der Leistungsschalter löst ohne Fehler aus, häufig während des Schließvorgangs oder beim Motorstart.

Mögliche Ursachen:

• Durchschlag der Isolierung des Fehlerstromschutzschalters, der einen Leckstrom verursacht
• Hilfskontakt-Rattern während des mechanischen Betriebs
• Steuerspannungstransienten aus nahegelegenen Schaltanlagen
• Falsche Auslösespule (zu empfindlich)

Diagnose:

• Überwachen Sie den Strom der Auslösespule während des Schließvorgangs.
• Isolationswiderstand des Regelkreises messen
• Überprüfen Sie den Widerstand des Hilfskontakts (sollte im geschlossenen Zustand <50 mΩ betragen).

Fehlgeschlagene Schließvorgänge

Symptome: Schließknopf gedrückt, aber Schalter schließt nicht oder schließt nur langsam

Mögliche Ursachen:

• Feder nicht gespannt (Motorausfall oder Fehljustierung des Endschalters)
• Niedrige Steuerspannung (<80% Nennwert)
• Verriegelungskontakt offen (Erdungsschalter, Umschaltvorrichtung oder Einfahrposition)
• Schleifenausfall oder hochohmige Verbindung

Diagnose:

• Kontrollleuchte “federbelastet” überprüfen
• Messung der Steuerspannung an den Anschlüssen der geschlossenen Spule während des Betriebs
• Sperrkontakte vorübergehend einzeln überbrücken (sofort wiederherstellen)
• Widerstand der Nahspule messen (mit dem Wert auf dem Typenschild vergleichen)

Fehlfunktion des Anti-Pump-Relais

Symptome: Die Unterbrecherpumpe pumpt bei einer Störung wiederholt oder lässt sich nach einer einzigen Auslösung nicht mehr schließen.

Mögliche Ursachen:

• Anti-Pump-Relaiskontakt verschweißt geschlossen (ermöglicht Pumpen)
• Relaisspule offen (verhindert jeglichen Schließvorgang)
• Falsche Verdrahtung des Versiegelungskreises

Diagnose:

• Relais-Spulenwiderstand messen
• Beobachten Sie das Relais während der Schließ-Auslöse-Sequenz (sollte beim Loslassen der Schließ-Taste ausfallen).
• Überprüfen Sie die Kontinuität des versiegelten Kontakts im eingeschalteten Zustand.

Fehler bei der Sequenzierung von Hilfskontakten

Symptome: Fehlfunktion des Schutzrelais, falscher SCADA-Status, Erdungsschalterverriegelung versagt

Mögliche Ursachen:

• Verschleiß oder Fehlausrichtung des Hilfskontaktmechanismus
• Kontaktfederermüdung
• Einstellung nach mechanischer Erschütterung oder Transport

Diagnose:

• Hauptkontaktposition und Hilfskontaktstatus gleichzeitig aufzeichnen
• Vergleichen Sie die Zeitangaben mit den Typprüfdaten des Herstellers.
• Kontaktwischerhub und Federspannung prüfen

Konstruktionsaspekte für spezielle Anwendungen

Hochzyklischer Betrieb (Bergbau, EAF)

Häufige Betätigungen beschleunigen den Verschleiß der Hilfskontakte:

• Vergoldete Kontakte für längere Lebensdauer spezifizieren
• Verwenden Sie Hilfskontaktblöcke, die für mehr als 100.000 Schaltvorgänge ausgelegt sind.
• Kontaktzustandsüberwachung (Widerstandsentwicklung) implementieren

Redundante Schutzvorrichtung (Generator, Transformatorschutz)

Kritische Leistungsschalter erfordern doppelte Auslösespulen:

• Jedes Schutzrelais betätigt eine unabhängige Auslösespule.
• Der Ausfall eines Fahrstromkreises beeinträchtigt den Schutz nicht.
• Erfordert doppelte Überwachungsrelais und unabhängige Alarmwege

Fernsteuerung (Verteilungsautomatisierung)

SCADA-gesteuerte Leistungsschalter erfordern eine zusätzliche Überwachung:

• Die Anzeige der Schalterstellung muss ausfallsicher sein (bei Steuerungsverlust standardmäßig auf “unbekannt” gesetzt).
• Kommunikationsausfall sollte den lokalen manuellen Betrieb nicht verhindern
• Implementieren Sie “vor der Ausführung auswählen”, um unbeabsichtigte Fernbefehle zu verhindern.

Auswahl eines VCB basierend auf dem Design des Sekundärkreises

Die Qualität des Sekundärkreises unterscheidet zuverlässige Leistungsschalter von wartungsintensiven Modellen. Bei der Bewertung von Lieferanten:

Nennwerte der Hilfskontakte überprüfen: Einige Hersteller bieten 3-A-Kontakte an, obwohl die Anwendung 6 A erfordert – dies führt zu vorzeitigem Ausfall.

Überprüfen Sie die Anti-Pumping-Implementierung: Fordern Sie detaillierte Schaltpläne an, aus denen der Relaistyp und die Seal-in-Logik hervorgehen.

Flexibilität der Verriegelung prüfen: Kann der Schalter sowohl elektrische als auch mechanische Schlüsselverriegelungen ohne kundenspezifische Modifikationen aufnehmen?

Überprüfen Sie die Überwachungsfunktionen: Moderne Ausführungen bieten standardmäßig eine Überwachung des Auslösestromkreises, eine Überwachung des Federzustands und Alarme für die Steuerspannung – ältere Ausführungen müssen nachgerüstet werden.

FAT-Testprotokoll bestätigen: Umfasst die Standard-FAT des Herstellers eine Anti-Pumping-Überprüfung, eine Kontaktsequenzmessung und eine Isolationsprüfung?

XBRELE-Vakuum-Leistungsschalter umfassen umfassende Sekundärstromkreispakete, die für einen zuverlässigen Betrieb in Versorgungs-, Industrie- und Erneuerbare-Energien-Anwendungen ausgelegt sind. Unsere Standardausführungen umfassen eine Auslösekreisüberwachung, einen doppelten Relais-Anti-Pump-Schutz und konfigurierbare Verriegelungskontaktanordnungen. Vollständige Sekundärstromkreisdokumentation, FAT-Berichte und Inbetriebnahmeunterstützung stellen sicher, dass die Installationen sowohl den Sicherheitsstandards als auch den Betriebsanforderungen entsprechen. Erfahren Sie mehr über unser Produktangebot an Vakuum-Leistungsschaltern unter https://xbrele.com/vacuum-circuit-breaker-manufacturer/.

Wichtige Erkenntnisse

• Sekundärkreise steuern den Betrieb des VCB – Auslösen, Schließen, Anti-Pumpen und Verriegelungen verhindern Ausfälle, die Primärkreise nicht beheben können.
• Fehlerstromschutzschalter müssen ausfallsicher sein und über Reihenschlusskontakte und eine kontinuierliche Überwachung verfügen.
• Geschlossene Stromkreise erfordern einen Anti-Pump-Schutz, um eine Beschädigung des Mechanismus bei Störungen zu verhindern.
• Verriegelungen kombinieren elektrische Kontakte, mechanische Sperren und administrative Kontrollen für die Sicherheit.
• Die Sequenzierung der Hilfskontakte bestimmt, ob externe Systeme den genauen Status des Leistungsschalters erhalten.
• Bei der Werksabnahme und Inbetriebnahme vor Ort müssen alle Funktionen des Sekundärkreises vor der Inbetriebnahme überprüft werden.
• Häufige Ausfälle – Fehlauslösungen, Beinaheausfälle, Pumpen – sind auf eine unzureichende Schaltungsauslegung oder mangelhafte Installationspraktiken zurückzuführen.

Häufig gestellte Fragen

Frage 1: Was ist der Unterschied zwischen einem Auslöseschaltkreis und einem geschlossenen Schaltkreis in einem Vakuum-Leistungsschalter?
A: Auslöseschaltungen versorgen eine Spule mit Energie, die die Auslösesperre des Mechanismus löst, sodass die Öffnungsfedern die Kontakte trennen können. Schließschaltungen laden gespeicherte Energie (Feder oder Kondensator) auf und geben sie dann frei, um die Kontakte zu schließen. Auslöseschaltungen legen den Schwerpunkt auf ausfallsichere Zuverlässigkeit, während Schließschaltungen eine Anti-Pump- und Verriegelungsschutzfunktion enthalten.

Frage 2: Warum benötigen VCBs einen Anti-Pump-Schutz?
A: Ohne Anti-Pumping-Schutz kann ein Leistungsschalter wiederholt auf einen Fehler schließen, wenn der Schließbefehl aktiv bleibt. Diese “Pumpbewegung” setzt den Mechanismus extremen mechanischen Stößen aus, wodurch der Federmechanismus zerstört oder Kontakte verschweißt werden können. Anti-Pumping-Schaltungen erfordern, dass der Schließbefehl zurückgesetzt wird, bevor ein weiterer Schließversuch möglich ist.

Frage 3: Wie viele Hilfskontakte hat ein typischer Vakuum-Leistungsschalter?
A: Die meisten Mittelspannungs-VCBs verfügen standardmäßig über 6 bis 12 Hilfskontakte (eine Mischung aus “a” normalerweise offenen und “b” normalerweise geschlossenen Kontakten), die mit zusätzlichen Hilfskontaktblöcken auf über 20 Kontakte erweitert werden können. Die Kontakte führen in der Regel 5 bis 10 A bei Steuerspannung.

Frage 4: Was ist eine Fehlerstromüberwachung und warum ist sie notwendig?
A: Die Auslöseüberwachung überwacht kontinuierlich die Integrität des Auslösespulenkreises mithilfe eines Schwachstromrelais oder eines mikroprozessorgesteuerten Systems. Wenn im Stromkreis ein offener oder hochohmiger Fehler auftritt, warnen Überwachungsalarme die Bediener, bevor eine Schutzfunktion ausfällt. Dadurch werden Situationen verhindert, in denen der Leistungsschalter bei einem Fehler nicht auslösen kann.

F5: Können elektrische Verriegelungen für Notfallmaßnahmen umgangen werden?
A: Obwohl dies physikalisch möglich ist, birgt die Umgehung elektrischer Verriegelungen erhebliche Sicherheitsrisiken und verstößt in der Regel gegen Sicherheitsstandards. Notfallverfahren sollten vorgefertigte “Zwangsbetriebsmodi” mit Genehmigung durch den Vorgesetzten und zusätzlichen Sicherheitsvorkehrungen verwenden – niemals Feldmodifikationen, die Verriegelungen außer Kraft setzen.

F6: Was passiert, wenn die Steuerspannung während des Betriebs unter den Nennwert fällt?
A: Auslösespulen können unterhalb der Nennspannung von 70% ausfallen, während Nahspulen unterhalb der Nennspannung von 80% langsam oder unvollständig arbeiten. Relais zur Überwachung der Steuerspannung lösen in der Regel bei 85% einen Alarm aus, um vor dem Auftreten von Betriebsstörungen zu warnen. Bei kritischen Anwendungen kann der Leistungsschalter bei Unterspannung automatisch auslösen, um Schäden durch Teilhub zu vermeiden.

F7: Wie wird die Sequenzierung der Hilfskontakte während der Inbetriebnahme überprüft?
A: Inbetriebnahmeingenieure verwenden die gleichzeitige Aufzeichnung der Hauptkontaktposition (über Wegmessung) und der Zustandsübergänge der Hilfskontakte (über Logikanalysator oder Relaistestgerät). Die Zeitmessungen werden mit den Typprüfdaten des Herstellers verglichen – in der Regel schließen die “a”-Kontakte 5–15 ms nach dem Schließen des Hauptkontakts und die “b”-Kontakte 3–10 ms vor dem Öffnen des Hauptkontakts.

Weiterführende Literatur

• Funktionsweise von VCB erklärt — Wie die Physik des Vakuumbogens die Anforderungen an den Kontaktbetrieb bestimmt
• VCB-Betriebsmechanismen im Vergleich — Kompromisse zwischen Feder-, Magnet- und elektrischem Abstoßungsmechanismus
• Checkliste für die Inbetriebnahme von VCBs — Protokoll für die Abnahmeprüfung vor Ort
• XBRELE Hersteller von Vakuum-Leistungsschaltern — Komplettes VCB-Produktsortiment und technischer Support