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Die mechanische Freiauslöseprüfung des VCB gehört zu den sicherheitskritischsten Prüfungen vor der Inbetriebnahme eines Vakuum-Leistungsschalters. Anders als bei üblichen Zeitmessungen von Ein- und Ausschaltvorgängen wird der Einschaltbefehl gehalten und gleichzeitig ein Ausschaltbefehl gegeben. So wird geprüft, ob der Schalter trotz anstehendem Schutzsignal geschlossen verriegelt bleiben kann. Bei Nichtbestehen kann der Schalter bei einem Fehler dauerhaft geschlossen bleiben; dies kann Geräte zerstören, Personen verletzen und ein Sammelschienenfeld zum Ausfall bringen.
Der Beitrag erläutert die elektrische und mechanische Abfolge der Freiauslösung, die vor Prüfbeginn zu erfüllenden Sperrbedingungen, die aufzuzeichnenden Nachweise und häufige Fragen zu Abnahmekriterien.
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Ein grundlegendes Sicherheitsprinzip des Vakuum-Leistungsschalters lautet: Ein Ausschaltbefehl hat stets Vorrang vor einem gleichzeitigen Einschaltbefehl. Dieses Prinzip wird durch zwei unabhängige Ebenen umgesetzt: den mechanischen Freiauslösemechanismus und die elektrische Pumpverhinderung.
Mechanisch verhindert ein Gestänge, dass die Hauptkontakte geschlossen gehalten werden, sobald die Auslöseklinke freigegeben ist. Auch anhaltende elektrische Energie an der Einschaltspule kann die mechanische Entkopplung dann nicht überwinden. Das ist wichtig, weil Pumpverhinderungsrelais ausfallen, Verdrahtungen falsch sein und Steuerspannungen schwanken können; die Mechanik bildet die letzte Schutzebene.
Elektrisch verhindert das Pumpverhinderungsrelais (in Herstellerplänen teils mit Y oder APR bezeichnet), dass die Einschaltspule nach einer Freiauslösung erneut gespeist wird, solange der Einschaltbefehl ansteht. Schaltpläne der ABB-SecoVac-Serie zeigen einen eigenen Freiauslöse-Endschalter neben Ein- und Ausschaltspule, Pumpverhinderungsrelais, Energiespeicherschaltern und Hilfskontakten. Prüfpunkte müssen deshalb dem freigegebenen Schaltplan des konkreten Schalters entnommen werden, nicht allgemeinen Schaltbildern.
IEC 62271-100gilt für AC-Leistungsschalter mit Bemessungsspannungen über 1 kV und bildet den Rahmen zur Bewertung mechanischer Eigenschaften. Für das jeweilige Projekt gelten die kontrollierte Normausgabe und die freigegebene Schalterdokumentation. Prüfen Sie vor formellen Tests, welche Ausgabe von IEC 62271-100 die Projektspezifikation nennt. Vergleichen Sie die Betriebsbedingungen mit dem Leitfaden für die Bemessung von Vakuum-Leistungsschaltern.
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Wer die an der Freiauslösefolge beteiligten Komponenten kennt, kann Prüfspitzen korrekt anschließen und unerwartete Ergebnisse richtig bewerten.
**Einschaltspule (CC):** Sie wird durch einen Einschaltbefehl von Taster, SCADA oder Schutzausgang gespeist und betätigt den Mechanismus mit der in der Einschaltfeder gespeicherten Energie.
**Ausschaltspule (TC):** Sie erhält den Ausschaltbefehl vom Schutzrelais, Sperrrelais oder Handtaster und gibt die Auslöseklinke frei.
**Freiauslöse-Endschalter (TFLS):** Ein positionsabhängiger Schalter, der beim Freigeben der Auslöseklinke den Einschaltspulenkreis unterbricht. ABB-SecoVac-Schaltpläne weisen ihn getrennt von den normalen Hilfskontakten aus. Im Ruhezustand ist er geschlossen und erlaubt das Einschalten; geöffnet verhindert er eine erneute Speisung der Einschaltspule.
**Pumpverhinderungsrelais (APR):** Ein rastendes Relais, das beim Einschaltbefehl anzieht und über einen eigenen Kontakt gehalten wird. Es fällt erst ab, wenn der Einschaltbefehl weggenommen wird. Bei einer Freiauslösung verhindert das APR wiederholte Einschaltversuche, solange Bediener oder SCADA den Befehl halten.
**Energiespeicherschalter:** Nockenbetätigte Kontakte melden, ob die Einschaltfeder geladen ist. Bei entladener Feder sperren sie die Einschaltspule. Diese Sperre unterscheidet sich von der Freiauslösung, muss aber ebenfalls geprüft werden.
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Vor Beginn der formellen mechanischen Freiauslöseprüfung am VCB müssen festgelegte Sperrbedingungen bestätigt werden. Eine Prüfung bei unerfüllter Bedingung kann ein falsches Bestehen, ein falsches Nichtbestehen oder eine Gefahr verursachen.
**1. Schalter in Prüfstellung ausgefahren.** Der Schalter muss sich in Trenn- oder Prüfstellung befinden, damit die Hauptkontakte nicht mit Primärleitern verbunden sind. Schneider Electric verlangt für EvoPacT-Mittelspannungsschalter vor der ersten Einschaltung die Prüfung der Ein- und Ausschaltauslöser unter sicheren Arbeitsbedingungen und anhand der Gerätedokumentation. Bestätigen Sie vor Eingriffen in Steuerkreise die Primärtrennung. Verwenden Sie die XBRELE Vakuum-Leistungsschalter-Programm um verfügbare Geräte vor einer Anfrage zur endgültigen Konfiguration anhand der Projektaufgabe einzugrenzen.
**2. Einschaltfeder vollständig geladen.** Der Energiespeicherschalter muss den Ladezustand melden. Bei entladener Feder kann die Einschaltspule den Mechanismus nicht betätigen; die Prüfung erreicht dann nicht den Punkt, an dem die Freiauslöseklinke bewertet werden kann.
**3. Steuerspannung innerhalb der Toleranz.** Die meisten Mittelspannungs-Leistungsschalter geben für zuverlässigen Spulenbetrieb 85–110% der DC-Bemessungsspannung vor. Prüfungen außerhalb dieses Bereichs können zu grenzwertigem Anziehen und unzuverlässigen Ergebnissen führen.
**4. Pumpverhinderungsrelais zurückgesetzt.** Bestätigen Sie durch Spulenmessung und Prüfung des zugehörigen Hilfskontakts, dass das APR stromlos ist. Ein klemmendes APR sperrt den Einschaltbefehl und erzeugt eine falsche Freiauslöseanzeige.
**5. Hilfskontakte geprüft.** Die Kontakte 52a und 52b müssen den tatsächlichen Schalterzustand anzeigen; bei offenem Schalter muss die Offenstellung korrekt gemeldet werden. Abweichungen deuten auf Probleme am Nockenfolger oder an der Verdrahtung hin und sind vor dem Test zu beheben.
**6. Version des Schaltplans bestätigt.** Die Prüfstelle des TFLS hängt von Hersteller, Modell und Revision ab. Verwenden Sie den Schaltplan des tatsächlich aufgebauten Schalters und schließen Sie Prüfleitungen an den darin freigegebenen Klemmen an.
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Die folgende Folge beschreibt die übliche mechanische Freiauslöseprüfung des VCB bei FAT oder SAT. Abweichende projektspezifische Dokumente haben Vorrang.
**Schritt 1 — Ausgangswerte aufnehmen.** Messen und dokumentieren Sie bei offenem Schalter und geladener Feder die Steuerspannung an den Schaltschrankklemmen und am Schalterstecker. Messen Sie den Anfangswiderstand von Ein- und Ausschaltspule mit einem Niederohmmessgerät und vergleichen Sie ihn mit Herstellerangaben.
**Schritt 2 — Dauerhaften Einschaltbefehl anlegen.** Speisen Sie die Einschaltspule über einen Prüfschalter mit Dauerkontakt, nicht über einen Taster, der nur kurz schließt. Der Schalter muss einschalten. Erfassen Sie mit Zeitrelais oder Ereignisschreiber die Zeit bis zum Kontakt. Der Hilfskontakt 52a muss innerhalb des Herstellerfensters, bei den meisten Mittelspannungs-VCB typischerweise unter 100 ms, umschalten.
**Schritt 3 — Einschaltbefehl halten und gleichzeitig Ausschalten.** Lassen Sie den Einschaltbefehl anliegen und speisen Sie die Ausschaltspule. Ein korrekt arbeitender Freiauslösemechanismus öffnet die Hauptkontakte und verhindert erneutes Schließen, solange der Einschaltbefehl besteht. Der Schalter muss offen zur Ruhe kommen. Verwenden Sie den Fehlersuche bei Betriebsstörungen des VCB um nach einer fehlgeschlagenen Betätigung Ursachen in Steuerstromkreis, Spule, Verriegelung und Mechanismus voneinander abzugrenzen.
**Schritt 4 — Offenstellung bestätigen.** Prüfen Sie bei weiterhin anliegenden Befehlen die Stellung anhand der Hilfskontakte 52a/52b und der mechanischen Anzeige. Es darf kein erneuter Einschaltversuch erfolgen.
**Schritt 5 — Erst den Einschalt-, dann den Ausschaltbefehl entfernen.** Bestätigen Sie, dass das APR abfällt. Danach den Ausschaltbefehl entfernen. Der Schalter bleibt offen und die Feder geladen (falls ein Nachlademotor vorhanden ist). Das System ist für einen normalen Einschaltvorgang bereit.
**Schritt 6 — Reihenfolge umkehren.** Geben Sie zuerst den Ausschaltbefehl und gleichzeitig danach den Einschaltbefehl. Der Schalter darf nicht schließen. Damit wird die Freiauslösebedingung unabhängig vom zeitlichen Befehlsablauf geprüft.
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Die Nachweise müssen belegen, dass die Prüfung unter festgelegten Bedingungen erfolgte, objektive Ergebnisse ergab und dem tatsächlich aufgebauten Gerät zugeordnet ist. (VCB)
**Ereignisschreiberkurve oder Datenlogger mit Zeitstempeln.** Ausdruck oder CSV mit Spulenbestromung, Kontaktwechseln und Befehlszuständen für alle sechs Schritte. Kennzeichnen Sie Schalter, Feld, Datum und Prüfer.
**Markierter Schaltplan.** Freigegebene Schaltplan-Kopie mit markierten Prüfpunkten sowie Unterschrift und Datum des Inbetriebnahmeingenieurs. So ist belegt, dass die Anschlüsse dem freigegebenen Plan und nicht dem Gedächtnis oder allgemeinen Vorlagen entnommen wurden.
**Spulenwiderstandsprotokoll.** Tabelle mit Widerständen von Ein- und Ausschaltspule vor und nach der Prüfung. Größere Änderungen können auf Erwärmung oder Isolationsschäden durch wiederholte Prüfungen hindeuten.
**Fotografische Nachweise.** Foto der mechanischen Anzeige in Offenstellung nach Schritt 4 sowie des Prüfaufbaus mit Dauerkontakt-Prüfschaltern und Messgeräten.
**Freigabematrix.** Prüfprotokoll nach Projektverfahren mit Schritt, Kriterium, Ist-Ergebnis, bestanden/nicht bestanden und Unterschriften von Inbetriebnahmeingenieur, Zeuge und Verantwortlichem. Der VCB-Abnahmeprüfliste bietet eine ergänzende Struktur für Abnahmekriterien, Ergebnisse und Abschlussunterlagen.
Wenn IEC 62271-100 eine FAT verlangt, müssen die Qualitätsnachweise des Herstellers vorliegen. Welche Prüfabschnitte gelten, bestimmt die vom Projekt kontrollierte Ausgabe. Bei SAT werden üblicherweise Norm und Projektspezifikation herangezogen; maßgeblich ist die strengere Anforderung.
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Die Praxiserfahrung zeigt mehrere wiederkehrende Fehlermuster bei der mechanischen Freiauslöseprüfung des VCB.
**TFLS-Endschalter in geschlossenem Zustand fest:** Beim Freigeben der Auslöseklinke öffnet der TFLS nicht. Die Einschaltspule bleibt bestromt, der Mechanismus versucht erneut einzuschalten und der Schalter wechselt zwischen offen und geschlossen. Merkmal: Die Ereigniskurve zeigt nach dem Ausschaltbefehl wiederholte 52a-Wechsel. Maßnahme: Nockenfolger auf Verschleiß oder Fehlstellung prüfen und erforderlichenfalls ersetzen.
**Verdrahtungsfehler am APR:** Der APR-Kontakt liegt im Ausschalt- statt im Einschaltkreis oder die Spule ist an das falsche Potential angeschlossen. Anfangs scheint die Prüfung bestanden, doch das APR hält nicht und ein späterer Einschaltimpuls speist die Einschaltspule erneut. Merkmal: Bei gehaltenem Einschaltbefehl liegt keine Spannung an der APR-Spule an.
**Einschaltspule an falscher Versorgungsschiene:** Bei doppelt versorgten Feldern können Ein- und Ausschaltspule an getrennten Schienen mit eigenen Leistungsschaltern liegen. Löst der Schalter der Ausschaltversorgung während der Prüfung aus, etwa durch einen Erdschluss an einer Prüfleitung, kann kein Ausschaltbefehl erfolgen. Bei gehaltenem Einschaltbefehl bleibt der Schalter geschlossen — ein falsches Bestehen. Merkmal: Der Spulenwiderstand ist korrekt, aber die Spule arbeitet beim Bestromen nicht.
**Mechanische Auslöseklinke verschlissen:** Sie gibt verzögert oder nur teilweise frei. Die Hauptkontakte öffnen teilweise, erreichen aber nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit die vollständige Offenstellung. Merkmal: Die 52b-Umschaltung überschreitet die Vorgabe und die mechanische Anzeige bleibt in Zwischenstellung.
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Die Freiauslöseprüfung bestätigt, dass das mechanische Gestänge den Schalter bei gleichzeitigem Ausschaltbefehl unabhängig vom elektrischen Zustand nicht geschlossen halten kann. Die Pumpverhinderungsprüfung bestätigt, dass der APR-Kreis bei gehaltenem Einschaltbefehl nach dem Ausschalten eine erneute Bestromung der Einschaltspule verhindert. Beide verwenden gleichzeitige Ein- und Ausschaltbefehle, prüfen aber unterschiedliche Ergebnisse: die erste mechanisches Öffnen und Offenbleiben, die zweite das Anziehen des APR und die elektrische Spulensperre. Ein Schalter kann die Pumpverhinderungsprüfung bestehen und die mechanische Freiauslöseprüfung verfehlen, wenn der TFLS defekt ist.
Der TFLS ist ein nockenbetätigter, positionsabhängiger Schalter, der die Versorgung der Einschaltspule unterbricht, sobald die Auslöseklinke freigegeben wird. Im Hersteller-Schaltplan ist er als eigener Baustein getrennt von den Hilfskontakten 52a/52b dargestellt. Beim Lösen der mechanischen Klinke öffnet der Nockenfolger den TFLS und unterbricht den Spulenstrom, bevor die Hauptkontakte die Offenstellung erreicht haben. Diese mechanische Unterbrechung ist unabhängig von APR und Steuerspannung und bildet die primäre Freiauslösesicherung. Ohne funktionsfähigen TFLS bliebe die Spule während des Öffnungshubs bestromt und könnte erneut einschalten.
Mindestens erforderlich sind: eine zeitgestempelte Ereigniskurve über alle Prüfschritte mit sichtbaren Spulen- und Kontaktzuständen; eine Tabelle der Spulenwiderstände vor und nach dem Test; eine markierte Kopie des freigegebenen Schaltplans mit den verwendeten Prüfanschlüssen; ein Foto der mechanischen Offenstellungsanzeige bei Schritt 4; sowie ein unterschriebenes Prüfprotokoll mit Schalterkennzeichen, Feld, Datum, Normausgabe (üblicherweise IEC 62271-100 gemäß Projekt), Prüfer und Zeuge. Die Projektspezifikation kann zusätzlich Video, Drittzeugenfreigabe oder Upload in ein digitales Qualitätsmanagementsystem verlangen.
Die meisten Hersteller von Mittelspannungs-Vakuum-Leistungsschaltern verlangen für zuverlässigen Ein- und Ausschaltspulenbetrieb 85% bis 110% der DC-Bemessungsspannung. Üblich sind 110 V DC oder 125 V DC in Versorgungs- und Industrieschaltanlagen, teils 24 V DC oder 48 V DC. Führen Sie die Freiauslöseprüfung bei Nennspannung durch und wiederholen Sie sie gegebenenfalls bei 85%, um die Ausschaltfunktion bei Unterspannung zu prüfen. Bei 110% wird die Isolationsbeanspruchung durch Überspannung geprüft. Maßgeblich sind Projektspezifikation und angegebene Ausgabe von IEC 62271-100; Abweichungen vom Spulen-Nennwert bedürfen einer technischen Freigabe.
Ohne die mechanische Freiauslöseprüfung fehlt ein objektiver Nachweis, dass der Mechanismus im eingebauten Schalter ordnungsgemäß funktioniert. Transportschäden, Schäden beim Einschieben oder Montagefehler im Werk können trotz Sichtprüfung und routinemäßiger Werkprüfung unentdeckt bleiben. Wird ein Defekt vor dem Einschalten nicht erkannt, kann der erste Schutzausschaltbefehl den Schalter nicht öffnen; der Fehlerstrom fließt weiter, bis ein vorgeschaltetes Gerät auslöst oder der Schalter irreparabel beschädigt ist. Das Auslassen einer vorgeschriebenen Inbetriebnahmeprüfung ist zudem eine Nichtkonformität, kann Versicherungsschutz beeinträchtigen und die Übergabe verzögern. Üblicherweise muss der Inbetriebnahmeingenieur die Durchführung aller vorgeschriebenen Prüfungen vor Freigabe der Energiezuschaltung bestätigen. (VCB)
