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01 Einzelne Schaltvorgänge werden gleichzeitig steckbar durchgeführt – zum sicheren und schnellen Prüfen und Testen von Schutzrelais, Mess– einrichtungen und Zählern

Test- und Prüfsystem für die Schaltschranktür

02 Damit die Schutz- und Messgeräte der Schaltanlagen die Energiefluss-Parameter in Echtzeit bekommen, werden Spannungs- und Stromwandler eingesetzt

03 Funktionsweise des Stromwandlers: Der primäre Stromfluss I induziert einen magnetischen Fluss B im Eisenkern, der wiederum in dem niederohmigen Sekundärstromkreis einen gegengerichteten Stromfluss zur Folge hat

04 Fame setzt sich zusammen aus Prüfsteckleiste (1) mit Betriebsstecker (2), Prüfstecker (3) und Blindabdeckung (4)

05 Für die Kurzschlusskontakte und Sternpunkte werden rot umspritzte steckbare Brücken verwendet, die mit bis zu 16 Polen erhältlich sind

Stromwandler sind unverzichtbar, wenn es darum geht, Energie und die entsprechenden Parameter zu messen. Sie benötigen immer eine niederohmige Last; ein offener Sekundärkreis kann schwerwiegende Folgen haben. Damit Service, Wartung und Austausch rund um den Wandler sicherer und einfacher werden, hat Phoenix Contact ein neues Test- und Prüfsystem entwickelt (Bild 1).

Kraftwerke mit ihren Generatoren, Überlandleitungen und Großantrieben benötigen ebenso einen Überstrom– und Kurzschlussschutz wie Leitungen und Verbraucher im Haushalt. Einziger Unterschied ist, dass der Schutz nicht mit handelsüblichen Schraubsicherungen oder Sicherungsautomaten erfolgt – bei Nieder-, Mittel- und Hochspannung kommen hier Schaltanlagen und Stromwandler zum Einsatz (Bild 2). Der Stromwandler stellt einen galvanisch getrennten und auf 1 A oder 5 A herunter transformierten Sekundärstrom zur Verfügung, der äquivalent zur primären Messgröße im kA-Bereich ist. Er funktioniert wie ein Ringkern-Transformator, der primarseitig mit der Last führenden Leitung nur eine Wicklung hat, und der sekundärseitig mit der niederohmigen Last quasi kurzgeschlossen ist (Bild 3). Die niederohmige Last folgt einer Regel: Sekundärkreise eines Stromwandlers dürfen nie im Leerlauf arbeiten, sonst kann es leicht zur Induktion einer hohen und lebensgefährlichen Spannung bis zu mehreren kV sowie zur Zerstörung des Stromwandlers kommen. Dieser Sachverhalt leitet sich vom Ohmschen Gesetz ab. Hat der Wandler zum Beispiel eine Nennleistung von 10 VA, ergibt sich bei 5 A eine induzierte Spannung von 2 V. Der Sekundärstromkreis ist geschlossen, und es gilt: U = R ⋅ I – in unserem Beispielfall: 2 V = 0,4 Ω ⋅ 5 A. Mit der Öffnung des Sekundärkreises wird der Ausgangswiderstand des Wandlers unendlich. Die induzierte Spannung steigt stark in die Hohe und wird nur durch die maximale Flussdichte im ferromagnetischen Kern des Wandlers begrenzt. Bei Arbeiten an Sekundärkreisen von Stromwandlern ist daher Vorsicht geboten. Außer zu den bereits erwähnten hohen Sekundärspannungen kommt es bei offenem Sekundärkreis auch zu starker Erwärmung des Stromwandlers, da der magnetische Gegenfluss im Wandler fehlt.

Vorsicht bei Komponententausch und Wartung
Nach der Lenzschen Regel wird durch eine Änderung des magnetischen Flusses in einer Leiterschleife eine Spannung induziert. Der daraus folgende Stromfluss erzeugt ein Magnetfeld, das der Änderung des ursachlichen magnetischen Flusses entgegenwirkt. Somit tendiert der magnetische Fluss im Kern eines sekundärseitig geschlossenen Wandlers fast gegen Null. Wird der Wandler mit offenem Sekundärkreis betrieben, brennt er aufgrund der dann auftretenden hohen Ummagnetisierungsverluste durch. Das gilt besonders für Wandler im Mittel- und Hochspannungsbereich, die dann auch explodieren können. Die gebotene Vorsicht gilt in besonderem Mase bei Wartung und Austausch einzelner Komponenten in Wandler-Messkreisen sowie für Schutzgerate, wenn sie von der Schaltung abzutrennen sind. Trotz der Gefahr kann auf den Einsatz von Stromwandlern nicht verzichtet werden. Denn der direkte Anschluss von Messeinrichtungen im Stromkreis wurde eine gefährliche direkte Verbindung zur Hochspannung herstellen. Auch die dann notwendigen Luft- und Kriechstrecken zur Isolation im Mess-Equipment waren gefährdet. Bei direkten Strommessungen musste zudem der Leiterquerschnitt im Messkreis zur Hohe des Primarstroms passen. Eine niederohmige Lastimpedanz oder ein Kurzschluss an den Sekundärseiten der Stromwandlerschaltungen ist daher generell von Bedeutung. Da Techniker im Wartungsfall manuell von der Lastimpedanz auf den Kurzschluss wechseln müssen, sind sie besonders gefährdet – auch weil die Applikationen oft nicht abgeschaltet werden können.

Sicheres Arbeiten im Servicefall
Lange Zeit wurden in derartigen Applikationen schaltbare Reihenklemmen oder einfache, nicht berührgeschützte Prüfsteckleisten verwendet. Da diese Prüfsteckleisten zudem nicht modular aufgebaut waren, musste häufig in der Applikation die notwendige Polzahl möglichst sinnvoll auf mehrere „Steckdosen“ aufgeteilt werden. Mit Fame – Fast And Modular Energy System – bringt Phoenix Contact nun eine moderne Prüfsteckleiste auf den Markt. Das System kommt als modularer, mehrpoliger Prüfblock (Bild 4) zum Einsatz, um Strom- und Spannungswandler mit den Schutz- und Messgeräten zu verbinden. Das System macht die Arbeit mit den Wandlern sicherer und bietet darüber hinaus weitere Vorteile: eine einfache Handhabung, einen integrierten Kurzschluss oder Sternpunkt durch Steckbrücken, einen auf die jeweils geforderte Polzahl anpassbaren Aufbau durch Modularität der Komponenten, großflächige Beschriftung innen und außen sowie einen sicheren Anschluss von Cat-III/1.000-V- sowie Cat-IV/1.000-V-Leitungen mit Prüfsteckern nach IEC 61010-031. Montiert werden kann die Prüfsteckleiste wahlweise in der Schaltschranktür, der Frontblende oder auf der Normschiene. Dadurch ist das System sowohl im wie auch außen am Schaltschrank einsetzbar. Den Status der Wandlerschaltung bestimmt die Art des eingesteckten Steckers: Unterbrechung/Betrieb/Prüfung – in ungestecktem Zustand befindet sich der Wandler stets im sicheren Kurzschluss.

Vorkonfigurierte Steckbrücken
Für Sternpunkte auf der Ruckseite der Prüfsteckleiste (Bild 5a) können die jeweiligen nicht benötigten Kontakte ausgebrochen werden. Sternpunkte und Kurzschlusskontakte werden durch vorkonfigurierte Steckbrücken einfach gesteckt: Die Verdrahtungsrichtung ist dadurch frei wählbar, und der Prüfstecker schaltet mit einer Steckbewegung das komplette Testszenario aktiv. Besonders vorteilhaft ist die interne Möglichkeit der Sternpunktbildung bei der einseitigen Erdung der Stromwandler. Dieser zusätzliche Schutz der Erdung dient auch der Unfallverhütung. Anders als bei Niederspannungsanlagen ist die Wandlererdung in Mittelund Hochspannungsanlagen über 1.000 V vorgeschrieben. Auf der Vorderseite der Prüfsteckleiste ist die Position der ebenfalls gesteckten Kurzschlusskontakte immer eindeutig. Durch jeweils zwei- oder mehrpolige Steckbrücken wird bei Entfernen des Betriebssteckers sicher kurzgeschlossen (Bild 5b). So können auch Mehrkernwandler problemlos betrieben werden. Die Anschlussrichtung der Stromwandler in der Prüfsteckleiste kann dabei frei gewählt werden. Bei Anschluss von oben werden die Steckbrücken in den oberen Steckschacht gesteckt, bei Anschlussrichtung von unten dementsprechend im unteren. Mit gestecktem Betriebsstecker wird die Anlage in den normalen Betriebsmodus geschaltet. Wird der Prüfstecker (Bild 5c) eingesteckt, erkennt auch die Steuerung der Applikation oder Schaltanlage automatisch, dass ein Test erfolgt. Das Signal wird zum Leitstand oder zur Fernwartung weiter geleitet. Je nach Konfiguration des Prüfsteckers können dann unterschiedliche Tests durchgeführt werden. Als universelle Prüfsteckleiste bietet Fame eine einfache Lösung, um komplexe Arbeiten und Prüfungen an Messwandlern und Schutz- oder Messeinrichtungen sicher und schnell durchzuführen. Somit dient es als schnelles und universelles Prüfsystem für den sicheren Betrieb von Messwandlern in allen Stromnetzen. (mh)

Zertifiziert und übersichtlich
Das System Fame ist in seiner Auslegung konform nach IEC 60947-7-1 und zertifiziert nach GOST R 50030.7.1 -2000 (IEC 60947-7-1-89). Somit kann die Prüfsteckleiste problemlos direkt in viele Applikationen integriert werden. Zur einfacheren Montage und fehlerfreien Verdrahtung werden Prüfsteckleiste, Betriebsstecker und Prüfstecker jeweils mit Markern vom Typ ZB 8 oder UC-TM 8 als Ganzes oder auf Einzelpolebene beschriftet. Großflächige Beschriftungsschilder für die Schaltschrankfront sind ebenfalls erhältlich. Damit wird die Handhabung der Wandler nicht nur sicherer und einfacher, sondern auch übersichtlicher.

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Autor:
Torsten Schloo ist als Produkt-Manager Clipline Energy für die Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig. tschloo@phoenixcontact.com