Leitfaden 2025: Wie testet man VCB-Leistungsschalter-Prüfgeräte effektiv?

Ausfallkosten vor Ort: Ein unentdecktes Vakuumleck an einem 24-kV-Leistungsschalter führte dazu, dass ein Kurzschluss nicht unterbrochen werden konnte. Dieser Ausfall des Umspannwerks kostete unser Energieversorgungsunternehmen mehr als 1.420.000 Euro, und wir haben ihn aufgrund unserer Prüfverfahren übersehen. – Wartungsingenieur, regionales Energieversorgungsunternehmen.

Die Prüfung eines VCB-Leistungsschalters unterscheidet sich von der Prüfung eines Niederspannungs-Leistungsschalters oder eines MCB. VCBs arbeiten im Hoch- bzw. Mittelspannungsbereich (typischerweise zwischen 12 kV und 24 kV) und sind auf die einwandfreie Funktion des Vakuumunterbrechers angewiesen. Im Jahr 2025, mit der fortschreitenden Automatisierung der Stromnetze, ist es notwendig, über spezielle Geräte zu verfügen, um die ordnungsgemäße Funktion von VCBs sicherzustellen. Diese Geräte müssen in der Lage sein, die Vakuumintegrität des VCBs, die mechanische Funktionalität, den Isolationswiderstand und den Kontaktverschleiß gemäß IEC 62271-100 genau zu überprüfen. Dieser Artikel beschreibt fünf grundlegende Prüfungen, die Sie durchführen müssen, um die Prüfung von VCB-Leistungsschaltern Ausrüstung.

Dieser Leitfaden behandelt:

• Fünf unverzichtbare Prüfungen für VCB-Leistungsschalter-Prüfgeräte (und wie man sie durchführt)
• Die folgenden Parameter sind für eine erfolgreiche Messung entscheidend: Vakuumniveau, Kontaktweg, Öffnungs-/Schließgeschwindigkeit und Isolationswiderstand.
• So interpretieren Sie die Ergebnisse gemäß den Normen IEC 62271-100
• Häufige Fehler und wie man sie vermeidet
• Häufig gestellte Fragen zu VCB-Prüfungen, beantwortet von Ingenieuren

Verstehen, was ein VCB ist und warum Tests wichtig sind

Bevor wir auf die Prüfverfahren eingehen, sollte man sich vor Augen halten, dass die Abkürzung VCB für „Vacuum Circuit Breaker“ (Vakuum-Leistungsschalter) steht. Ein Vakuum-Leistungsschalter verfügt über eine Vakuumvorrichtung, die den Lichtbogen löscht, wenn sich die Kontakte im Fehlerfall öffnen. Im Gegensatz zu einem Öl- oder Luftschalter weist der Vakuum-Leistungsschalter keine sichtbaren Lichtbögen auf und erfordert nur minimale Wartung. Es ist jedoch wichtig, den Vakuum-Leistungsschalter zu prüfen, da bereits eine extrem geringe Vakuummenge dazu führen würde, dass der Vakuum-Leistungsschalter einen Fehler nicht unterbrechen kann. In die automatische Fertigungslinie sind automatische Prüfstationen für Vakuum-Leistungsschalter integriert, die diese Eigenschaften während der Produktion automatisch überprüfen.

Fünf unverzichtbare Prüfungen für VCB-Leistungsschalter-Prüfgeräte

Für eine vollständige Leistungsprüfung aller VCBs müssen fünf Prüfungen durchgeführt werden. Jedes Gerät sollte diesen Prüfungen entweder nach der ersten Prüfung jedes einzelnen Geräts oder regelmäßig gemäß den Vorgaben der Norm IEC 62271-100 unterzogen werden.

Vakuumdichtheitsprüfung (Leckortung)

Was gemessen wird: Der Druck im Vakuumunterbrecher muss unter 1,33 × 10⁻³ Pa liegen, damit die Prüfung bestanden wird. Diese Prüfung wird entweder mit einem Magnetron oder einem Hochspannungs-Vakuumprüfgerät durchgeführt, wobei eine Hochspannung (bis zu 70 kV) angelegt und der Emissionsstrom durch die Unterbrechungskontakte gemessen wird. Überschreitet der Strom einen Schwellenwert (d. h. 10 µA oder weniger beim 12-kV-Vakuumunterbrecher), ist das Vakuum beeinträchtigt. Der Test gilt nur dann als bestanden, wenn keine kontinuierliche Entladung und keine Röntgenstrahlung außerhalb der festgelegten Grenzwerte auftritt.

Ein häufiger Fehler bei diesen Tests besteht darin, dass nicht sowohl unter Umgebungsbedingungen als auch nach einem Wärmezyklus (sofern möglich) getestet wird. Werden die Tests nur unter Umgebungsbedingungen durchgeführt, führt dies zu fehlerhaften Testergebnissen.

Prüfung der mechanischen Eigenschaften (Hub, Geschwindigkeit, Zeitsteuerung)

Was gemessen wird: Zu den Bewegungsarten zählen Kontakt (Hub), Überhub, Öffnungszeit, Schließzeit und durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit.
Durchführung von Wegtests: Bei einem VCB-Prüfgerät wird ein linearer Sensor am beweglichen Kontakt angebracht und ein Befehl zum Öffnen bzw. Schließen des Leistungsschalters gesendet. Die Ergebnisse werden als Kurven aufgezeichnet. Bei einem 12-kV-VCB sollten Sie einen Öffnungshub von 8–12 mm, eine Öffnungszeit von 30–60 ms und eine Schließzeit von 50–80 ms akzeptieren.
Bedeutung der Schaltprüfungen: Ein langsames Öffnen führt zu übermäßiger Lichtbogenenergie, während ein schnelles Schließen ein Zurückspringen oder Verschweißen der Kontakte zur Folge hat.

Hochspannungsisolationsprüfung (Prüfspannung)

Was gemessen wird: Prüfung der Durchschlagfestigkeit von Unterbrechern und Isolationsstützen.
Wie wird das durchgeführt? Legen Sie 60 Sekunden lang eine Spannung von 42 kV (bei 24-kV-Leistungsschaltern) bzw. 28 kV (bei 12-kV-Leistungsschaltern) zwischen den geöffneten Kontakten sowie zwischen jedem Pol und Erde an. Es dürfen keine Überschläge oder Ableitströme auftreten, die den vom Hersteller festgelegten Grenzwert überschreiten (typischerweise <2 mA). (Anmerkung zur Automatisierung: Inline-Isolationsprüfgeräte in einer Fertigungslinie (wie beispielsweise in der automatisierten VCB-Fertigungslinie) führen diesen Test als 100% am Ende der Montage an jedem Gerät vollständig durch.)

Prüfung des Kontaktwiderstands (Schleifenwiderstand)

Was gemessen wird: Widerstand des geschlossenen Primärkreises von Klemme zu Klemme (einschließlich Vakuumunterbrecher). Führen Sie Folgendes durch: Verwenden Sie ein Mikroohmmeter (DC 50 – 100 A). Bei VCBs sollte der zulässige Schleifenwiderstand für ‘neue’ Geräte im Allgemeinen unter 50 Mikroohm und bei in Betrieb befindlichen Geräten unter 100 Mikroohm liegen.

Ein Anstieg des Widerstands deutet entweder auf eine Abnutzung der Kontaktflächen oder auf eine Fehlausrichtung der mechanischen Verbindung hin.

Prüfung der mechanischen Dauerfestigkeit (Lebensdauer)

Was gemessen wird: Dieser Test dient dazu, die Fähigkeit eines Geräts zu prüfen, zahlreiche mechanische Schaltvorgänge ohne Ausfall zu überstehen. Die Prüfmethode umfasst den Einsatz eines automatisierten Prüfsystems, das den Leistungsschalter eine bestimmte Anzahl von Malen öffnet und schließt (gemäß IEC 62271-100; M1 – 10.000 Zyklen; M2 – 30.000 Zyklen). Während dieses Vorgangs misst das Prüfsystem die folgenden Parameter: Öffnungszeit, Schließzeit und Verschleiß an den Kontakten des Leistungsschalters. Nach 10.000 Prüfzyklen darf die Öffnungszeit des Leistungsschalters um weniger als 51 TP3T zunehmen.

So wählen Sie ein Prüfgerät für VCB-Leistungsschalter aus und validieren es

Bei der Auswahl eines Leistungsschalter-Prüfgeräts sollten die folgenden Merkmale berücksichtigt werden, die für den Einsatz mit VCBs in einer Produktionsumgebung oder bei der Wartung vor Ort geeignet sind:

• Sortiment an Vakuumprüfgeräten: Muss in der Lage sein, einen Druck von >1×10⁻² Pa (undicht) und <1×10⁻⁴ Pa (in Ordnung) zu erkennen.
• Genauigkeit des Wegsensors: ≤±0,1 mm bei der Hubmessung.
• Spannungsfestigkeit: Mindestens 70 kV für 12–24-kV-Leistungsschalter.
• Datenerfassung: Sollte Kurven für jeden Test speichern und als CSV-Datei oder direkt in das MES exportieren.
• Einhaltung: Hergestellt gemäß Anhang der Norm IEC 62271-100 (Prüfrichtlinien).

Laut Benlong Automation vereint ihre Produktionslinie die oben genannten Prüfungen in einem einzigen reibungslosen Prozess, sodass alle Vakuum-Leistungsschalter (VCBs) vor Verlassen des Werks automatisch nach dem 100%-Verfahren geprüft worden sind.

Häufige Fehler bei VCB-Prüfungen und wie man sie vermeidet

• Fehler 1: Die herkömmliche Prüfung der Vakuumdichtheit erfolgte mit einem Isolationsprüfgerät (auch „Megger“ genannt). Dies lässt sich verbessern, indem ein eigenständiges Vakuumprüfgerät verwendet wird, das Hochspannung (Wechselstrom oder Gleichstrom) an die offenen Kontakte anlegt, anstatt an Masse.
• Fehler 2: Keine Dokumentation der Kontakt-Wegkurven: Ein einzelner “Hub”-Wert reicht nicht aus. Sie sollten stets die gesamte Weg-Zeit-Kurve aufzeichnen, da diese Ihnen Rückprall, Überschwingen und Kontaktflattern aufzeigt.
• Fehler 3: Keine Berücksichtigung der Temperaturkorrektur für den Kontaktwiderstand. Bei Kupfer ändert sich der elektrische Widerstand um 0,41 TP3T pro Grad Celsius. Lösung: Messen Sie die Temperatur oder passen Sie den Wert auf einen Referenzpunkt von 20 Grad Celsius an.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Was ist der VCB-Test?

VCB-Test Dies ist der vollständige Satz der elektrischen und mechanischen Prüfpläne, die an einem Vakuum-Leistungsschalter durchgeführt werden, um dessen Fähigkeit zu bestätigen, Fehlerströme sicher zu unterbrechen und normalen Betriebsspannungen standzuhalten. Die Sammlung umfasst vier Prüfungen: Vakuumdichtheitsprüfung (Erkennung von Luftleckagen), Isolationsfestigkeitsprüfung, Messung des Kontaktwiderstands und mechanische Kennlinienprüfungen (Öffnungs-/Schließzeiten, Hub, Geschwindigkeit). Diese Prüfungen sind in der Norm IEC 62271-100 definiert, im Rahmen der Typprüfung vorgeschrieben und werden häufig als routinemäßige Produktionsprüfungen durchgeführt.

Wozu dient ein VCB?

Der Einsatz von VCBs (Vakuum-Leistungsschaltern) zur Schaltung und zum Schutz von Mittelspannungsstromkreisen mit einer maximalen Spannung von 40,5 kV ist in erster Linie für folgende Anwendungen vorgesehen: (1) Primäre Verteilungssysteme in Industrieanlagen (2) Schaltanlagen in Verbindung mit Umspannwerken (3) Bahnstromversorgungssysteme (25 kV Wechselstrom) (4) Windkraftanlagen (5) Kondensatorbänke. Die Bevorzugung von VCBs resultiert aus ihrer Wartungsfreiheit (d. h. kein Öl, kein SF6), ihrer enormen elektrischen Lebensdauer (30.000 Schaltvorgänge) und ihrer robusten Zuverlässigkeit.

Wie kann man den VCB überprüfen?

Um einen VCB zu überprüfen, benötigen Sie ein spezielles Leistungsschalterprüfung Einstellung. Die Schritt-für-Schritt-Anleitung lautet wie folgt:

1. Den VCB isolieren und die gesamte kapazitive Ladung entladen (unter Einhaltung der Lockout/Tagout-Vorschriften).
2. Führen Sie eine Sichtprüfung auf Risse an der Glas- oder Keramikhülle des Vakuumunterbrechers durch.
3. Führen Sie eine Vakuumdichtheitsprüfung durch, indem Sie ein Hochspannungsprüfgerät mit Magnetron verwenden; legen Sie über die Kontakte höhere Spannungen an und überwachen Sie eventuelle Leckagen.
4. Messen Sie den Kontaktwiderstand mit einem Mikroohmmeter (50–100 A Gleichstrom).
5. Führen Sie eine mechanische Funktionsprüfung durch, indem Sie die Gesamtöffnungszeit, die Gesamtschließzeit, die Hublänge und die Durchschnittsgeschwindigkeit mithilfe eines Wegmessgebers erfassen.
6. Führen Sie eine Hochspannungsisolationsprüfung (d. h. eine Prüfung der Netzfrequenz-Durchschlagspannung) zwischen zwei Phasen sowie zwischen Phase und Erde durch.

Alle Ergebnisse müssen mit dem Datenblatt des Herstellers oder den Abnahmekriterien der Norm IEC 62271-100 verglichen werden.

Wofür steht die Abkürzung VCB in der Elektrotechnik?

In der Elektrotechnik tauchen Begriffe wie VCB auf, was für “Vakuum-Leistungsschalter” steht. Ein Vakuum-Leistungsschalter ist im Grunde ein elektrischer Schalter, der so konstruiert ist, dass er im Fehlerfall einen Stromkreis sehr schnell unterbrechen kann und so dazu beiträgt, Schäden an Leitungen oder elektrischen Geräten durch Überstrom zu verhindern. Bei diesen Geräten erfolgt die Funktionsweise durch die Verwendung eines Keramik- oder Glasgehäuses, das zwei separate Kontaktsätze (den “festen” Kontakt und den “beweglichen” Kontakt) enthält; Wenn die Kontakte durch Leistungsanstieg oder Überstrom (wie im obigen Beispiel) auseinandergezogen werden, entsteht zwischen den beiden Kontaktsätzen ein augenblicklicher Lichtbogen, der innerhalb von Millisekunden erlischt. Daher sind diese Arten von elektrischen Geräten vor allem in Anwendungen mit Spannungen zwischen 3,6 kV und 40,5 kV (sogenannte “Mittelspannungs”-Anwendungen) verbreitet.

Der richtige Ansatz für die Prüfung von Vakuum-Leistungsschaltern im Jahr 2025 erfordert ein systematisches Verfahren zur Bewertung der vollständigen Integrität des Vakuums, der mechanischen Teile, der Isolationsfähigkeit, des Kontaktwiderstands und der mechanischen Lebensdauer. Für alle Prüfungen müssen geeignete Prüfgeräte verwendet werden, darunter ein Magnetron-Vakuumprüfgerät, ein Wegmessgeber, ein Mikroohmmeter und ein Hochspannungsgerät, wobei die Ergebnisse gemäß IEC 62271-100 ausgewertet werden. Für die Großserienfertigung von VCBs gibt es integrierte Schalter-Prüfstraßen, wie beispielsweise die neue vollautomatische VCB-Fertigungslinie, die jede der oben genannten 5 Prüfungen zuverlässig und konsistent automatisiert und so die 100%-Prüfung sowie die Rückverfolgbarkeit der Daten gewährleistet und täglich 25–30 VCBs pro Schicht produziert. Unabhängig davon, ob Sie als Ingenieur für ein Energieversorgungsunternehmen tätig sind oder für die Herstellung und Prüfung von VCBs verantwortlich sind, soll dieses Dokument sicherstellen, dass Sie kostspielige Folgen vermeiden können, falls einer der oben genannten VCB-Prüfungsfehler auftritt.