XBRELE: Abstimmung der TRV-Beanspruchung für 12-kV-/24-kV-VCBs in Industrieabgängen — Produktumgebung

Abstimmung der TRV-Beanspruchung für 12-kV-/24-kV-VCBs in Industrieabgängen

Kurz zusammengefasst

  • Prüfen Sie vor der Auswahl oder Wartung eines VCB die Betriebsanforderungen des Projekts und die geltenden Vorgaben.
  • Stützen Sie sich auf dokumentierte Prüf- und Inspektionsnachweise statt auf unbelegte Annahmen.
  • Bewahren Sie die abschließenden Abnahme-, Wartungs- und Übergabeunterlagen in der Gerätedokumentation auf.

Die Auswahl eines Vakuumleistungsschalters (VCB) für einen industriellen Mittelspannungsabgang umfasst weit mehr als den Abgleich einer Bemessungsspannung auf dem Typenschild. Einer der technisch anspruchsvollsten Schritte ist die **Abstimmung der TRV-Beanspruchung**: Dabei wird bestätigt, dass die transiente Wiederkehrspannungs-Hüllkurve, der der Leistungsschalter im Betrieb ausgesetzt ist, innerhalb der Beanspruchungsgrenzen bleibt, denen er nachweislich standhält. Bei Geräten der Klassen 12 kV und 24 kV, deren Industrieabgänge regelmäßig Motoren, Transformatoren, Kabel und Kondensatorbänke in wechselnden Kombinationen umfassen, entscheidet diese Abstimmung unmittelbar darüber, ob ein Leistungsschalter zuverlässig abschaltet oder zerstörerisch versagt. Dieser Artikel behandelt die physikalischen Grundlagen, die maßgeblichen Normen, die Auswahlmethode und die häufigsten Fehler bei der Spezifikation von VCBs für industrielle Anwendungen mit 12 kV/24 kV.

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Warum die Abstimmung der TRV-Beanspruchung bei 12-kV-/24-kV-VCBs wichtig ist

Beim Unterbrechen eines Fehlerstroms erlischt der Lichtbogen zwischen den Kontakten nicht augenblicklich. Beim natürlichen Stromnulldurchgang muss sich die dielektrische Festigkeit der Kontaktstrecke schneller erholen, als die Spannung über den geöffneten Kontakten ansteigt. Diese nach dem Lichtbogen ansteigende Spannung ist die transiente Wiederkehrspannung. Ist die TRV-Spitze zu hoch oder ihre Steilheit (RRRV) zu groß, kommt es zur Wiederzündung und der Leistungsschalter kann den Strom nicht unterbrechen.

Bei Vakuumschaltkammern ist der Kontaktabstand klein, und die Erholung beruht auf der raschen Kondensation des Metalldampfs unmittelbar nach dem Stromnulldurchgang. Vakuumschaltkammern erholen sich dabei besonders schnell, weshalb VCBs hochfrequente TRVs gut unterbrechen können. Dieselbe Eigenschaft bedeutet jedoch, dass sie beim Schalten induktiver Lasten selbst steile TRVs erzeugen können. Deshalb müssen Erzeugung und Beanspruchbarkeit gemeinsam verstanden und bei der Auswahl berücksichtigt werden.

Bei der **12-kV**-Klasse (üblicherweise für Systemspannungen bis 12 kV bemessen) und der **24-kV**-Klasse (üblicherweise bis 24 kV) unterscheiden sich die TRV-Parameter erheblich, da Schwingungsfrequenz, Dämpfung und Quellenimpedanz von der Netztopologie abhängen. Ein industrieller 12-kV-Abgang, der eine Motorensammelschiene speist, erzeugt eine ganz andere TRV-Hüllkurve als ein 24-kV-Abgang, der einen Umspannwerkstransformator versorgt. Bei der Abstimmung sind diese als unterschiedliche Beanspruchungsklassen zu behandeln, nicht als einfache Spannungsskalierung.

XBRELE: Abstimmung der TRV-Beanspruchung für 12-kV-/24-kV-VCBs in Industrieabgängen — technischer Aufbau
Technischer Aufbau einer Vakuumschaltkammer für einen 12-kV-/24-kV-Leistungsschalter mit Kontaktstrecke, Metalldampfschirm und Anschlussgeometrie, die für die Analyse der TRV-Festigkeit relevant sind.

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Der Rahmen der IEC 62271-100 und ihre konsolidierte Änderung von 2024

Die maßgebliche Norm für Mittelspannungsleistungsschalter ist **IEC 62271-100**. Sie gilt für dreiphasige AC-Leistungsschalter mit einer Bemessungsspannung über 1 kV und legt direkte Prüfverfahren zum Ein- und Ausschalten fest. Synthetische Prüfverfahren für dieselben Geräte sind im ergänzenden Dokument **IEC 62271-101** behandelt. Ingenieure, die VCBs für Industrieabgänge spezifizieren, müssen beide Dokumente kennen, denn Herstellerprüfberichte können auf eines der beiden Prüfverfahren Bezug nehmen, wobei unterschiedliche Quellenbedingungen angenommen werden.

Das derzeit geltende Dokument ist **IEC 62271-100:2021+AMD1:2024**, die konsolidierte Fassung, die die Änderung von 2024 und ihre Berichtigungen enthält. Dies ist keine geringfügige administrative Aktualisierung: Die Änderung von 2024 führte Änderungen an den Definitionen der Prüfbeanspruchungen und den Parametern der TRV-Hüllkurve ein. Diese beeinflussen, wie Hersteller Prüfergebnisse angeben und Käufer sie auswerten sollten.

Eine der praktisch wichtigsten Änderungen der jüngsten Ausgabe ist, dass **die Bemessungs-TRV als Typenschildangabe entfallen ist**. Die IEC behandelt die TRV nun als Prüfparameter und nicht mehr als deklarierte Bemessungsgröße. Käufer können daher nicht einfach einen TRV-Wert vom Leistungsschalter-Typenschild ablesen und annehmen, der Schalter sei für jedes Netz qualifiziert, dessen TRV darunter liegt. Bei der Auswahl muss vielmehr zwischen der *Netzbeanspruchung* — der TRV, die der betreffende Industrieabgang verursacht — und den in den Herstellerberichten über Typprüfungen dokumentierten Prüfbedingungen unterschieden werden. Diese beiden Größen abzugleichen, ist der technische Kern der TRV-Beanspruchungsabstimmung für 12-kV-/24-kV-VCBs. Nutzen Sie die Produktfamilie der Mittelspannungs-VCB um verfügbare Geräte vor einer Anfrage zur endgültigen Konfiguration anhand der Projektaufgabe einzugrenzen.

Praktisch muss eine ordnungsgemäße Abgangsstudie berechnete TRV-Parameter liefern: Spitzenspannung (*u*c), Zeit bis zur Spitze (*t*p), RRRV sowie je nach Fehlerart die Hüllkurve mit vier oder zwei Parametern. Diese Werte sind mit dem Typprüfbericht zu vergleichen, nicht mit einer Typenschildangabe, die in der Norm nicht mehr vorgesehen ist.

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System-TRV-Parameter für einen Industrieabgang ermitteln

Um die tatsächliche TRV-Beanspruchung zu ermitteln, die ein Industrieabgang auf einen VCB ausübt, ist ein Netzmodell erforderlich, das die Elemente der schwingenden Spannung nach dem Lichtbogen abbildet. Die wichtigsten Beiträge sind:

**Quelleninduktivität und Transformator-Streureaktanz.** Die maßgebliche Induktivität zwischen Leistungsschalter und Fehlerquelle bestimmt die charakteristische Impedanz und Schwingungsfrequenz des ersten TRV-Ausschlags. Bei einem 12-kV-Abgang, der über einen 33/12-kV-Transformator gespeist wird, erzeugt die Streureaktanz des Transformators zusammen mit der Sammelschienenkapazität einen anfänglichen TRV-Anstieg, der sehr steil sein kann. Bei einem kleinen Transformator und einem kurzen Abgang kann er die Grenzwerte für Leistungsschalter mit Standardbeanspruchung überschreiten.

**Kabelkapazität.** Unterirdische Kabel fügen eine erhebliche Parallelkapazität hinzu, die den anfänglichen Anstieg der TRV (RRRV) verlangsamt, aber die Schwingungsenergie erhöht. Dies ist im Allgemeinen günstig: Ein längerer Kabelabgang weist typischerweise eine weniger steile RRRV auf. Die Kapazität kann jedoch auch Reflexionen verursachen, welche die Form der TRV-Hüllkurve verkomplizieren.

**Motor- und Generatorlasten.** Rotierende Maschinen sind besonders anspruchsvoll, da sie mit einer abklingenden Wechselstromkomponente zum Fehlerstrom beitragen und vor allem eine TRV-Komponente aus ihren subtransienten und transienten Reaktanzen erzeugen. Bei Motorabgängen mit 12 kV kann der Faktor für den zuerst löschenden Pol durch das Impedanzverhältnis von Motor zu Quelle verändert werden. Einige Konfigurationen erzeugen dadurch von Natur aus höhere TRV-Spitzen, als bei einem rein resistiv-induktiven Fehler zu erwarten wären.

**Kondensatorbänke.** Abgangskondensatorbänke oder Anlagen zur Leistungsfaktorkorrektur bilden einen parallelen Resonanzpfad, der bei niedrigen Fehlerstromwerten sehr hohe TRV-Spitzen erzeugen kann. Die stärkste Beanspruchung kann mitunter bei einem Teilfehlerstrom und nicht beim vollen Fehlerstrom auftreten.

Das Ergebnis der Netzanalyse ist gemäß der IEC-Hüllkurve mit vier Parametern anzugeben: anfängliche Steilheit (RRRV oder *u*1/*t*1), erster Referenzpunkt (*u*1, *t*1), TRV-Spitze (*u*c) und Zeit bis zur Spitze (*t*p). Diese vier Werte legen die Grenzhüllkurve fest, mit der die Typprüfleistung des Leistungsschalters zu vergleichen ist.

XBRELE: Abstimmung der TRV-Beanspruchung für 12-kV-/24-kV-VCBs in Industrieabgängen — Prüfmessung
Oszillografische Darstellung einer gemessenen TRV-Wellenform während einer Kurzschlussunterbrechungsprüfung an einem 12-kV-VCB. Dargestellt sind die anfängliche Steilheit, die erste Referenzspannung und die TRV-Spitze, welche die Hüllkurve mit vier Parametern definieren.

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Die Hüllkurve mit vier Parametern bei der Auswahl von VCBs mit 12 kV und 24 kV anwenden

Nach der Ermittlung der System-TRV-Parameter müssen diese den qualifizierten Leistungsdaten des Leistungsschalters gegenübergestellt werden. Da die Bemessungs-TRV nach der aktuellen IEC-Norm keine Typenschildangabe mehr ist, muss der Vergleich auf Ebene des Typprüfberichts erfolgen. Der Ingenieur benötigt den Herstellerprüfbericht für den konkreten VCB-Typ, geprüft bei der relevanten Bemessungsspannung, und muss Folgendes bestätigen: Vergleichen Sie für die Prüfung der Bemessungsdaten diese Bedingungen mit dem Referenz zu den VCB-Nenndaten.

1. **Übereinstimmung der Spannungsklasse.** Ein bei 12 kV typgeprüfter Leistungsschalter (*Um* = 12 kV gemäß IEC) ist nicht direkt mit einem bei 24 kV geprüften Gerät austauschbar. Die TRV-Prüfbedingungen unterscheiden sich. Ein 12-kV-Leistungsschalter darf nicht allein durch Herabsetzen des Fehlerstroms an einem Netz mit 24 kV Nennspannung eingesetzt werden.

2. **Übereinstimmung der Prüfbeanspruchung.** IEC 62271-100 definiert mehrere Prüfbeanspruchungen (T10, T30, T60, T100), die Anteilen des Bemessungs-Kurzschlussstroms entsprechen. Die TRV-Hüllkurve bei T10 (10% des Bemessungsstroms) ist hinsichtlich der RRRV typischerweise am anspruchsvollsten, obwohl der Strom niedrig ist. Industrieabgänge mit erheblicher Kabelkapazität können TRV-Bedingungen nahe der Beanspruchung T10 erzeugen, selbst bei mittleren Fehlerstromwerten. Bei der Auswahl ist zu bestätigen, dass der Leistungsschalter die für die Netzbedingungen passenden T10-Typprüfungen bestanden hat.

3. **Faktor für den zuerst löschenden Pol.** In effektiv geerdeten Netzen beträgt der Faktor für den zuerst löschenden Pol (*k*pp) gemäß IEC-Konventionen 1.3. In Netzen mit isoliertem oder resonanzgeerdetem Neutralpunkt — wie sie in der europäischen Industrie häufig und zunehmend auch in dezentralen Energiesystemen vorkommen — kann der Faktor 1.5 oder höher sein. Ein für ein starr geerdetes Netz spezifizierter 24-kV-VCB darf nicht ohne erneute Prüfung der TRV-Parameter direkt in einem Netz mit isoliertem Neutralpunkt eingesetzt werden, da die Spannungsspitze am zuerst löschenden Pol wesentlich höher ist.

4. **Beanspruchung durch asymmetrischen Strom.** Bei Fehlern in unmittelbarer Nähe kann der Gleichstromversatz im Fehlerstrom erheblich sein. Der Leistungsschalter muss daher auf asymmetrische Ausschaltbeanspruchung geprüft werden (die Prüfbedingungen „L90“ oder 90° Phasenwinkel in der IEC-Nomenklatur). Industrieabgänge nahe Erzeugungsanlagen oder großen Synchronmotoren weisen häufig einen hohen Gleichstromversatz auf.

5. **Beanspruchung durch Kurzleitungsfehler.** Bei Abgängen mit Freileitungsanschluss können selbst kurze Leitungslängen die anspruchsvolle TRV-Signatur eines Kurzleitungsfehlers (SLF) verursachen, die durch einen dreieckförmigen, sehr steilen anfänglichen Anstieg auf der Leitungsseite des Leistungsschalters gekennzeichnet ist. VCBs der Klasse 24 kV für industrielle Freileitungsabgänge sind anhand der SLF-Typprüfergebnisse zu bewerten.

XBRELE: Abstimmung der TRV-Beanspruchung für 12-kV-/24-kV-VCBs in Industrieabgängen — Anwendungskontext
Anwendungsskizze einer typischen industriellen 12-kV-/24-kV-Abgangskonfiguration mit Transformatorquelle, Kabelabschnitten, Motorlasten und Kondensatorbank; markiert sind die VCB-Standorte, an denen eine TRV-Beanspruchungsanalyse erforderlich ist.

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Häufige Fehler bei der Abstimmung der TRV-Beanspruchung für die Beschaffung industrieller VCBs

In Spezifikationen industrieller VCB-Abgänge treten mehrere systematische Fehler immer wieder auf. Wer sie kennt, vermeidet kostspielige Nacharbeiten und vor allem Ausfälle im Betrieb.

**Bemessungsspannung als Ersatz für die TRV-Qualifikation verwenden.** Vor der Streichung der Bemessungs-TRV als Typenschildwert in jüngeren IEC-Ausgaben nahmen Ingenieure mitunter an, ein 12-kV-Leistungsschalter sei grundsätzlich für jede TRV-Hüllkurve in einem 12-kV-Netz qualifiziert. Die aktuelle Norm schließt diese Abkürzung ausdrücklich aus. Die System-TRV muss berechnet und mit den Prüfdaten verglichen werden.

**Prüfbeanspruchung T10 vernachlässigen.** Die meisten TRV-Studien zu Abgängen konzentrieren sich auf maximale Fehlerströme, also die Beanspruchung T100. In Netzen mit erheblicher Kapazität und mäßiger Quellenimpedanz erzeugt jedoch der Fall T10 (10% des Bemessungs-Kurzschlussstroms) die höchste RRRV. Bei einem VCB, der ausschließlich nach dem Bemessungsstrom ausgewählt wurde, besteht unter diesen Bedingungen die größte Gefahr einer Wiederzündung.

**Abminderung für Kabelabgänge falsch anwenden.** Manche Planer nehmen an, Kabel seien bei der TRV-Beanspruchung grundsätzlich unkritisch, weil ihre Kapazität die RRRV verlangsamt. Das trifft nicht immer zu. Lange Kabel mit Reflexionen an den Endverschlüssen oder parallel geschalteten Kondensatorbänken können komplexe TRV-Wellenformen erzeugen, die die standardmäßige Hüllkurve mit zwei Parametern überschreiten und eine Analyse mit vier Parametern erfordern.

**Einfluss des Kontaktwerkstoffs der Vakuumschaltkammer auf die Wiederzündungswahrscheinlichkeit ignorieren.** Verschiedene VCB-Konstruktionen verwenden unterschiedliche Kontaktlegierungen. Diese beeinflussen sowohl die Geschwindigkeit der dielektrischen Erholung als auch die Wiederzündungsneigung bei erhöhter RRRV. Dies lässt sich nicht durch einen einfachen Vergleich von Spannungs- und Strombemessungswerten erfassen: Der Einfluss steckt in den Typprüfergebnissen und muss der konkret angebotenen Schaltkammerkonstruktion zugeordnet werden.

**IEC- und ANSI/IEEE-Konventionen zur TRV gleichsetzen.** Bei internationalen Industrieprojekten liefert eine nordamerikanische Netzstudie nicht selten TRV-Ergebnisse im Format IEEE C37.09, während die Leistungsschalterspezifikation auf IEC 62271-100 verweist. Die beiden Normen verwenden unterschiedliche Hüllkurvendefinitionen, Faktoren für den zuerst löschenden Pol und Prozentsätze für Prüfbeanspruchungen. Eine Umrechnung ist nicht trivial. Ein direkter Zahlenvergleich ohne Umrechnung kann deshalb fälschlich den Eindruck der Konformität erwecken. Der Leitfaden zur Prüfdokumentation für VCB-Anfragen hilft festzulegen, welche Nachweise in das technische Angebot und in das Abschlussdossier gehören.

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Abstimmung der TRV-Beanspruchung im Rahmen der VCB-Werksabnahme

Die Werksabnahme (FAT) für VCBs an Industrieabgängen umfasst üblicherweise keine vollständigen TRV-Typprüfungen; diese werden einmal je Konstruktionsreihe durchgeführt und in Typprüfberichten dokumentiert. FAT und Standortabnahme (SAT) sind jedoch entscheidend, um zu bestätigen, dass die gelieferten Einzelgeräte der typgeprüften Konstruktion entsprechen. Die VCB-Abnahmecheckliste für FAT und SAT bietet eine ergänzende Struktur für Abnahmekriterien, Ergebnisse und Abschlussunterlagen.

Zu den wichtigen FAT-Prüfungen für die TRV-Leistung gehören mechanische Zeitmessungen (Schließ- und Öffnungszeiten, Prüfung der Kontaktstrecke), Messungen des Kontaktwiderstands (als Hinweis auf Kontaktverschleiß und Oberflächenzustand), Prüfungen der Mindestbetriebsspannung der Auslösespule sowie Spannungsfestigkeitsprüfungen. Abweichungen von der typgeprüften Konstruktion bei einem dieser Parameter können die tatsächliche TRV-Festigkeit des Seriengeräts gegenüber dem Typprüfmuster verändern.

Besonders bei VCBs der Klasse 24 kV, deren Schaltkammerkonstruktion einen größeren Kontaktabstand und eine höhere dielektrische Beanspruchung als ein 12-kV-Gerät bewältigen muss, ist die Fertigungskonstanz entscheidend. Liegt die Kontaktstrecke eines Seriengeräts unter dem Mindestwert, sinkt die Geschwindigkeit der dielektrischen Erholung und entsprechend auch die TRV-Festigkeit, selbst wenn das Gerät eine routinemäßige Spannungsfestigkeitsprüfung mit Netzfrequenz besteht.

Käufer, die VCBs für kritische Industrieabgänge spezifizieren, sollten verlangen, dass FAT-Protokolle ausdrücklich bestätigen, dass die mechanischen und dielektrischen Parameter des Geräts innerhalb der vom Hersteller festgelegten Toleranzen mit dem Typprüfmuster übereinstimmen. Diese Fertigungsrückverfolgbarkeit verbindet die TRV-Qualifikation aus der Typprüfung mit dem tatsächlich vor Ort eingesetzten Gerät.

XBRELE: Abstimmung der TRV-Beanspruchung für 12-kV-/24-kV-VCBs in Industrieabgängen — Übergabe der Versorgung
Inspektion eines 12-kV-/24-kV-VCB-Feldes vor dem Versand zur Übergabe; zu sehen ist das Dokumentationspaket mit Typprüfzertifikaten und FAT-Aufzeichnungen, das mit dem Gerät an den Standort geliefert wird.

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Häufig gestellte Fragen

Worin besteht der Unterschied zwischen der TRV als Prüfparameter und als Bemessungswert?

In früheren Ausgaben der IEC 62271-100 stand ein Bemessungs-TRV-Wert auf dem Typenschild des Leistungsschalters. Dadurch konnte der Eindruck entstehen, allein dieser Wert qualifiziere den Schalter für jedes Netz, dessen TRV darunter liegt. Die aktuelle IEC-Norm, konsolidiert als IEC 62271-100:2021+AMD1:2024, streicht die Bemessungs-TRV vollständig vom Typenschild und ordnet sie als Prüfparameter ein. Die TRV-Hüllkurve beschreibt nun die Bedingungen, unter denen eine Typprüfung durchgeführt wurde, und ist keine eigenständige Leistungsgarantie. Für den Planer folgt daraus unmittelbar: Die anhand einer Netzstudie berechneten netzspezifischen TRV-Parameter müssen mit den TRV-Bedingungen in den Typprüfberichten des Herstellers für den tatsächlich angebotenen Leistungsschalter verglichen werden. Eine Abkürzung über das Typenschild gibt es nicht.

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Welche Bedeutung hat die Prüfbeanspruchung T10 für VCBs an Industrieabgängen?

Die Prüfbeanspruchung T10 entspricht einer Unterbrechung bei 10% des Bemessungs-Kurzschlussstroms des Leistungsschalters. Bei diesem reduzierten Strom ist die Quellenimpedanz effektiv höher, und die TRV schwingt mit höherer Frequenz und steilerem anfänglichem Anstieg. Bei Industrieabgängen, insbesondere mit langen Kabelstrecken, erheblicher Parallelkapazität oder nahe gelegenen Kondensatorbänken, kann der tatsächliche Fehlerstrom, bei dem die höchste RRRV auftritt, nahe am Bereich der Prüfbeanspruchung T10 liegen. Ein VCB, der nur nach Bemessungs-Ausschaltstrom und Spannungsklasse ausgewählt wurde, kann Fehler bei mittleren Fehlerströmen möglicherweise nicht unterbrechen, wenn seine T10-Typprüfleistung nicht verifiziert wurde — gerade weil dort die RRRV am höchsten ist. Die Bestätigung der T10-Typprüfkonformität ist deshalb ein unverzichtbarer Schritt bei der Abstimmung der TRV-Beanspruchung für industrielle VCBs 12 kV/24 kV.

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Welche Rolle spielt der Faktor für den zuerst löschenden Pol bei der Auswahl eines 24-kV-VCB?

Der Faktor für den zuerst löschenden Pol (*k*pp) berücksichtigt, dass bei einem dreiphasigen Fehler ein Pol vor den anderen abschaltet und die Spannungsbeanspruchung an diesem Pol gegenüber der Leiter-Neutral-Spannung erhöht ist. Für effektiv geerdete Netze setzen die IEC-Konventionen *k*pp auf 1.3. Das bedeutet, dass der zuerst unterbrechende Pol eine TRV-Spitze erfährt, die 1.3-mal höher ist als bei einer einphasigen Berechnung. Für ungeerdete Netze (isolierter Neutralpunkt) oder resonanzgeerdete Netze steigt der Faktor auf 1.5. Viele industrielle 24-kV-Verteilnetze in Europa und Asien arbeiten mit isoliertem oder resonanzgeerdetem Neutralpunkt, um den Erdschlussstrom zu begrenzen und die Versorgungskontinuität zu erhalten. Wird ein 24-kV-VCB, der mit der Annahme *k*pp = 1.3 typgeprüft wurde, ohne erneute Bewertung der TRV-Spitze in einem Netz mit isoliertem Neutralpunkt eingesetzt, entsteht eine nicht konservative Auslegungsreserve. Vor Beginn der TRV-Abstimmung muss die Erdungsart des Netzneutralpunkts feststehen, und die Typprüfbedingungen des Leistungsschalters müssen den zutreffenden *k*pp berücksichtigen.

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Wie wirken sich Motorlasten auf die TRV-Beanspruchung in industriellen 12-kV-Abgängen aus?

Motoren gehören zu den TRV-intensivsten Lasten in industriellen 12-kV-Netzen, da sie unmittelbar nach der Unterbrechung eines Fehlers als Spannungsquellen wirken. Schaltet ein Abgangs-VCB einen Fehler auf einer Sammelschiene ab, an der auch laufende Motoren angeschlossen sind, erzeugen die Motoren aufgrund ihrer subtransienten und transienten Zeitkonstanten noch eine gewisse Zeit lang Spannung. Diese Motorspannung überlagert sich mit der netzseitigen Wiederkehrspannung und erzeugt eine TRV-Wellenform, deren Spitze höher und deren Form komplexer sein kann als die standardmäßigen IEC-Prüfhüllkurven für eine einfache Konfiguration aus Quelle, Transformator und Fehler. Der Schweregrad hängt von der gesamten Motorleistung in MVA im Verhältnis zum Fehlerniveau, dem elektrischen Abstand zwischen Motoren und Leistungsschalter sowie Leistungsfaktor und subtransienter Reaktanz der Motoren ab. Bei einem industriellen 12-kV-Abgang mit hoher Dichte an drehzahlgeregelten Antrieben oder großen Synchronmotoren ist eine detaillierte transiente Netzsimulation — und keine vereinfachte Impedanzberechnung — das geeignete Verfahren zur Ermittlung der TRV-Beanspruchung vor der endgültigen VCB-Auswahl.

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Beschaffungs- und Spezifikationstext für TRV-konforme 12-kV-/24-kV-VCBs

Die technische Analyse zur Abstimmung der TRV-Beanspruchung in durchsetzbare Beschaffungsklauseln zu übertragen, ist ein Schritt, den Ingenieure häufig unterschätzen. Eine Spezifikation, die lediglich „VCB gemäß IEC 62271-100:2021“ fordert, ist notwendig, aber nicht ausreichend. Zusätzlich sollte sie verlangen:

  • **System-TRV-Parameter** (RRRV, *u*c, *t*p, *u*1, *t*1 und *k*pp abhängig von der Erdung des Neutralpunkts), ausdrücklich in den technischen Daten anzugeben und aus einer transienten Netzstudie abzuleiten.
  • **Bestätigung, dass der angebotene Leistungsschaltertyp typgeprüft wurde** unter TRV-Bedingungen, welche die angegebenen Systemparameter abdecken, unter Bezugnahme auf konkrete Abschnitte und Prüfbeanspruchungen der IEC 62271-100:2021+AMD1:2024.
  • **Kopie der einschlägigen Seiten des Typprüfberichts**, auf denen die TRV-Prüfbedingungen dargestellt sind, nicht nur eine Konformitätserklärung.
  • **Rückverfolgbarkeit des angebotenen Seriengeräts bis zur typgeprüften Konstruktion**, einschließlich Bestätigung, dass Kontaktwerkstoff, Schaltkammergeometrie und Schaltzeitverhalten des Antriebs innerhalb der Typprüftoleranzen liegen.
  • **FAT-Prüfprotokoll** mit Messungen der mechanischen Schaltzeiten, des Kontaktwiderstands, der Mindestbetriebsspannung und der Spannungsfestigkeit sowie einem Vergleich der Ergebnisse mit den Parametern des Typprüfmusters.

Für 24-kV-VCBs in Industrienetzen mit isoliertem Neutralpunkt sollte die Spezifikation außerdem den maßgeblichen Faktor für den zuerst löschenden Pol nennen und vom Hersteller bestätigen lassen, dass die TRV-Bedingungen der Typprüfung mit diesem Faktor übereinstimmten.

Diese Anforderungen sind nicht überzogen. Sie entsprechen dem aktuellen Stand der IEC 62271-100:2021+AMD1:2024, die dem Planer die Verantwortung für die Prüfung der Netzbeanspruchung überträgt, anstatt einen TRV-Typenschildwert als Ersatzkennzahl bereitzustellen. Planer, die diesen Wandel verstehen, erstellen bessere Spezifikationen, erhalten technisch besser belegte Angebote und setzen letztlich VCBs ein, die über ihre gesamte Lebensdauer an industriellen 12-kV- und 24-kV-Abgängen zuverlässig arbeiten.

Hannah Zhu, Marketingdirektorin von XBRELE
Hannah

Hannah ist Administratorin und Koordinatorin für technische Inhalte bei XBRELE. Sie ist verantwortlich für die Website-Struktur, die Produktdokumentation und die Blog-Inhalte zu den Themen Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, Vakuumunterbrecher, Schütze, Unterbrecher und Transformatoren. Ihr Schwerpunkt liegt auf der Bereitstellung klarer, zuverlässiger und ingenieursfreundlicher Informationen, um Kunden weltweit dabei zu unterstützen, fundierte technische und Beschaffungsentscheidungen zu treffen.

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