Leistungsschalter-Timing prüfen: Öffnungszeit, Schließzeit und Polgleichlauf richtig messen

→ Produktkategorie: Elektrische Mess- und Prüfgeräte

 

Ein Leistungsschalter kann elektrisch einwandfrei erscheinen und trotzdem mechanisch zu langsam, ungleichmäßig oder nicht reproduzierbar schalten. Besonders bei Mittel- und Hochspannungs-Leistungsschaltern können Veränderungen an Antrieb, Auslösemechanik, Spulen, Dämpfung oder Kontaktmechanik dazu führen, dass einzelne Pole nicht mehr innerhalb der vorgesehenen Zeit arbeiten.

Mit einer Schaltzeit- beziehungsweise Timing-Prüfung wird deshalb gemessen, wie viel Zeit zwischen einem definierten Öffnungs- oder Schließbefehl und der tatsächlichen Zustandsänderung der Hauptkontakte vergeht.

Dabei sind insbesondere drei Größen relevant:

• Öffnungszeit,
• Schließzeit,
• zeitlicher Gleichlauf beziehungsweise Polgleichlauf der einzelnen Phasen.

Moderne Leistungsschalter-Prüfgeräte können zusätzlich:

• Hilfskontakte erfassen,
• Öffnungs- und Schließspulen ansteuern,
• Spulenströme aufzeichnen,
• Bewegungs- und Geschwindigkeitsprofile erfassen,
• statische und dynamische Kontaktwiderstände messen,
• komplexe Schaltfolgen automatisiert prüfen.

Entscheidend für aussagekräftige Ergebnisse ist eine eindeutig definierte Zeitreferenz. Startsignal, Kontaktkanäle, Spulenansteuerung und Auswertung müssen bei wiederkehrenden Prüfungen identisch sein. Nur dann lassen sich aktuelle Werte zuverlässig mit Herstellerangaben und früheren Messungen vergleichen.

Geeignete Prüfgeräte finden Sie unter elektrische Mess- und Prüfgeräte bei ICS Schneider beziehungsweise unter Prüfgeräte für Leistungsschalter.

Warum wird das Timing eines Leistungsschalters geprüft?

Leistungsschalter müssen Fehlerströme innerhalb definierter Zeiten sicher unterbrechen und Stromkreise zuverlässig wieder schließen können.

Dabei reicht es nicht aus, dass der Schalter grundsätzlich:

öffnet

beziehungsweise:

schließt

.

Auch der zeitliche Ablauf muss stimmen.

Zu langsames Öffnen

kann die tatsächliche Fehlerklärungszeit verlängern.

Zu langsames Schließen

kann auf Probleme im Antrieb, in der Schließspule oder im Energiespeichermechanismus hinweisen.

Ungleichzeitig arbeitende Pole

können zu unerwünschten elektrischen und mechanischen Beanspruchungen führen.

Eine Timing-Prüfung wird deshalb typischerweise durchgeführt bei:

• Inbetriebnahme,
• wiederkehrender Wartung,
• nach Reparaturen,
• nach Arbeiten am Antrieb,
• bei auffälligem Schaltverhalten,
• nach langer Stillstandszeit.

Was misst ein Leistungsschalter-Timing-Test?

Das grundlegende Prinzip ist einfach:

Startsignal → mechanische Schalterbewegung → Kontaktzustandsänderung

Das Prüfgerät erzeugt beziehungsweise erkennt einen eindeutig definierten Startzeitpunkt und zeichnet anschließend auf, wann sich die jeweiligen Kontakte verändern.

Für einen dreipoligen Leistungsschalter entstehen beispielsweise

tL1

,

tL2

und:

tL3

.

Aus diesen Einzelzeiten lassen sich:

• Öffnungszeit beziehungsweise Schließzeit je Pol,
• frühester Kontakt,
• spätester Kontakt,
• Polgleichlauf

bestimmen.

Was ist die Öffnungszeit?

Bei einem elektrisch ausgelösten Leistungsschalter beschreibt die Öffnungszeit grundsätzlich die Zeit zwischen der Initiierung des Öffnungsvorgangs und der Trennung der betreffenden Haupt- beziehungsweise Lichtbogenkontakte.

Bei einer praktischen Timing-Messung

wird typischerweise als Start verwendet:

Einschalten der Auslösespule

beziehungsweise der definierte Öffnungsbefehl.

Das Prüfgerät erfasst anschließend den Zeitpunkt, an dem der jeweilige Hauptkontakt öffnet.

Beispiel

Pol	Gemessene Öffnungszeit
L1	31,8 ms
L2	32,1 ms
L3	32,7 ms

Damit ist unmittelbar erkennbar, dass L1 zuerst und L3 zuletzt geöffnet hat.

Wichtig bei der Definition

Normative Begriffe und die konkrete Auswertung des Prüfgerätes müssen berücksichtigt werden.

Nach IEC-Definition bezieht sich die Öffnungszeit eines Leistungsschalters auf den Zeitraum bis zur Trennung der Lichtbogenkontakte in allen Polen.

Für die praktische Zustandsdiagnose werden zusätzlich die Einzelzeiten jedes Pols ausgewertet.

Was ist die Schließzeit?

Die Schließzeit beschreibt entsprechend die Zeit zwischen der Initiierung des Schließvorgangs und dem Berühren der Kontakte.

Typischer Startpunkt

ist:

Ansteuerung der Schließspule

.

Typischer Endpunkt

ist die Zustandsänderung des jeweiligen Hauptkontaktes von:

offen → geschlossen

.

Beispiel

Pol	Gemessene Schließzeit
L1	54,2 ms
L2	54,8 ms
L3	55,0 ms

Die reine Schließzeit sagt bereits viel über die Mechanik aus.

Noch aussagekräftiger wird sie jedoch in Kombination mit:

• Polgleichlauf,
• Spulenstrom,
• Bewegungsweg,
• Geschwindigkeit.

Was bedeutet Polgleichlauf beziehungsweise Pole Discrepancy?

Bei einem dreipoligen Leistungsschalter sollen die Pole innerhalb eines vorgesehenen Zeitfensters schalten.

Die einzelnen Kontakte erreichen ihren Schaltzustand jedoch nicht exakt im selben Mikrosekundenbereich.

Es entsteht eine kleine zeitliche Differenz.

Diese Differenz wird häufig bezeichnet als

• Polgleichlauf,
• Polungleichlauf,
• Phasenabweichung,
• Pole Discrepancy,
• Pole Discordance.

Für die Timing-Auswertung ist damit normalerweise die Differenz zwischen dem zuerst und dem zuletzt schaltenden Pol derselben Operation gemeint.

Der Polgleichlauf sollte getrennt für Öffnen und Schließen beurteilt werden. Ein Schalter kann beim Öffnen einen guten Gleichlauf zeigen, beim Schließen jedoch auffällig sein.

Polgleichlauf richtig berechnen

Vereinfacht gilt:

ΔtPol = tmax − tmin

Beispiel Öffnen

Gemessene Zeiten:

L1 = 31,8 ms

L2 = 32,1 ms

L3 = 32,7 ms

Dann:

ΔtPol = 32,7 ms − 31,8 ms

also:

0,9 ms

.

Wichtig

Alle verglichenen Zeiten müssen sich auf:

• dieselbe Schaltoperation,
• dieselbe Kontaktart,
• denselben Triggerzeitpunkt

beziehen.

Es wäre beispielsweise nicht sinnvoll, bei L1 einen Hauptkontakt und bei L2 einen Hilfskontakt miteinander zu vergleichen.

Hauptkontakte richtig erfassen

Bei der klassischen Schaltzeitmessung werden die Timing-Eingänge des Prüfgerätes mit den Hauptstrompfaden des Leistungsschalters verbunden.

Das Prüfgerät erkennt dadurch die Zustände:

Kontakt geschlossen

und:

Kontakt offen

.

Bei einem dreipoligen Schalter

wird mindestens ein Timing-Kanal pro Pol benötigt.

Besitzt jede Phase mehrere separat zugängliche Unterbrechereinheiten, können entsprechend mehr Kanäle erforderlich sein.

Kontaktprellen berücksichtigen

Beim Schließen können mechanische Kontakte kurzzeitig prellen.

Ein geeignetes Leistungsschalter-Prüfgerät zeichnet diese Vorgänge mit ausreichender zeitlicher Auflösung auf beziehungsweise wertet sie nach einem definierten Verfahren aus.

Bei Vergleichen über mehrere Jahre sollte deshalb möglichst:

• dasselbe Prüfverfahren,
• dieselbe Kontaktkonfiguration,
• dieselbe Auswertelogik

verwendet werden.

Leistungsschalter mit mehreren Unterbrechereinheiten pro Pol

Hochspannungs-Leistungsschalter können mehrere Unterbrechereinheiten beziehungsweise Schaltstrecken pro Pol besitzen.

Dann existieren zwei unterschiedliche Synchronitätsfragen

Zum einen:

Wie gleichzeitig arbeiten L1, L2 und L3?

Zum anderen:

Wie gleichzeitig arbeiten die einzelnen Unterbrechereinheiten innerhalb eines Pols?

Beides kann diagnostisch relevant sein.

Ein Prüfgerät mit ausreichend vielen Timing-Eingängen

ermöglicht die simultane Erfassung aller zugänglichen:

• Hauptkontakte,
• Widerstandskontakte,
• Hilfskontakte.

Dadurch werden nicht nur Unterschiede zwischen den Phasen, sondern auch innerhalb eines Pols sichtbar.

Hilfskontakte nicht mit Hauptkontakten verwechseln

Leistungsschalter besitzen zusätzlich häufig Hilfskontakte wie:

52a

und:

52b

.

Diese werden beispielsweise für:

• Steuerung,
• Verriegelung,
• Rückmeldung,
• Schutzlogik

verwendet.

Ihre Schaltzeit ist nicht identisch mit der Hauptkontaktzeit

Ein Hilfskontakt kann konstruktiv:

• vor dem Hauptkontakt,
• nach dem Hauptkontakt

umschalten.

Deshalb darf eine Messung des Hilfskontaktes nicht ohne Weiteres als Öffnungs- oder Schließzeit des Hauptstrompfades interpretiert werden.

Die relative Zeitlage kann jedoch diagnostisch wertvoll sein

Verändert sich beispielsweise der Abstand zwischen:

Hauptkontakt

und:

Hilfskontakt

gegenüber früheren Prüfungen, kann dies auf Änderungen der Mechanik oder Justage hinweisen.

Welche Zeitreferenz sollte verwendet werden?

Die Schaltzeit ist immer eine Differenz zwischen zwei Zeitpunkten.

Deshalb muss der Startzeitpunkt eindeutig definiert sein.

Typischer interner Trigger

Das Prüfgerät sendet selbst den:

OPEN

oder:

CLOSE

Befehl und startet gleichzeitig die Zeitmessung.

Dies ermöglicht eine sehr reproduzierbare Referenz.

Trigger über Spulenstrom

Alternativ kann die Messung beginnen, sobald der Strom durch eine Öffnungs- oder Schließspule einen definierten Schwellwert überschreitet.

Externer Trigger

Bei bestimmten Prüfaufgaben kann ein externer Binärkontakt beziehungsweise ein separates Steuersignal als Zeitreferenz dienen.

Bei wiederkehrenden Prüfungen sollte nicht zwischen unterschiedlichen Triggerprinzipien gewechselt werden, ohne dies in der Auswertung zu berücksichtigen.

Öffnungs- und Schließspule richtig ansteuern

Für eine vollständige Timing-Prüfung steuert das Prüfgerät häufig die:

• Öffnungsspule beziehungsweise Trip Coil,
• Schließspule beziehungsweise Close Coil

des Schalters direkt über dafür vorgesehene Steuerkontakte an.

Vor der Prüfung müssen bekannt sein

• Nenn-Steuerspannung,
• zulässige Spannungstoleranz,
• Schaltplan,
• Steuerlogik,
• Spulenzuordnung.

Bei Leistungsschaltern mit mehreren separaten Antrieben beziehungsweise phasenweiser Ansteuerung können entsprechend mehrere unabhängige Spulenkanäle erforderlich sein.

Warum sollte der Spulenstrom mitgemessen werden?

Die reine Kontaktzeit zeigt:

wann

der Leistungsschalter schaltet.

Die Stromkurve der Spule kann zusätzliche Hinweise darauf geben:

warum

sich die Schaltzeit verändert hat.

Typischer Verlauf einer Auslösespule

Nach dem Einschalten steigt der Spulenstrom zunächst an.

Anschließend beginnt sich der magnetische Anker zu bewegen.

Dadurch verändert sich die Induktivität der Spule und damit auch der Stromverlauf.

Weitere charakteristische Punkte können mit:

• Entriegelung des Mechanismus,
• Bewegung des Ankers,
• Endanschlag,
• Abschaltung des Spulenstromes

zusammenhängen.

Eine Veränderung der Kurvenform kann auf

• mechanische Schwergängigkeit,
• Probleme am Auslösemechanismus,
• Unterspannung,
• veränderten Spulenwiderstand,
• Kontaktprobleme im Steuerkreis

hinweisen.

Einfluss der Steuerspannung auf die Schaltzeit

Eine Öffnungs- oder Schließspule arbeitet nicht unabhängig von ihrer Versorgungsspannung.

Sinkt die Steuerspannung

kann beispielsweise:

• der Spulenstrom langsamer ansteigen,
• die magnetische Kraft geringer sein,
• der Anker später anziehen,
• die Gesamt-Schaltzeit steigen.

Deshalb sollten Timing-Ergebnisse nur dann direkt miteinander verglichen werden, wenn auch die Steuerbedingungen vergleichbar sind.

Im Prüfprotokoll sollte deshalb die tatsächliche Steuerspannung enthalten sein

und nicht nur:

Nennspannung laut Typenschild

.

Einige Prüfgeräte können die Spannung während der Operation direkt mit aufzeichnen.

Warum mehrere Schaltungen sinnvoll sind

Eine einzelne Schaltoperation kann zufällig schneller oder langsamer ausfallen.

Für eine Zustandsbewertung ist deshalb auch die Wiederholbarkeit wichtig.

Beispiel

Operation	L1	L2	L3
Öffnen 1	31,8 ms	32,1 ms	32,7 ms
Öffnen 2	31,9 ms	32,2 ms	32,6 ms
Öffnen 3	31,8 ms	32,1 ms	32,8 ms

Diese Ergebnisse sind sehr reproduzierbar.

Schwankt dagegen beispielsweise L3 zwischen:

32 ms

und:

45 ms

, ist nicht nur der Mittelwert, sondern vor allem die schlechte Wiederholbarkeit auffällig.

First-Trip-Prüfung nach längerer Stillstandszeit

Ein wichtiger Sonderfall ist die sogenannte First-Trip-Prüfung.

Dabei wird gezielt die erste Öffnung nach einer längeren Ruhezeit betrachtet.

Warum ist das interessant?

Ein Leistungsschalter kann beim ersten Öffnen nach Monaten anders reagieren als nach mehreren unmittelbar aufeinanderfolgenden Betätigungen.

Mögliche Ursachen sind beispielsweise:

• verharzte Schmierstoffe,
• erhöhte Anfangsreibung,
• Korrosion,
• mechanische Ablagerungen,
• lange nicht bewegte Gestänge.

Mehrmaliges Betätigen vor der Messung kann den Fehler verdecken

Der Mechanismus wird dadurch bereits bewegt und kann sich kurzfristig wieder normal verhalten.

Eine First-Trip-Messung sollte deshalb – wenn sie Bestandteil des Prüfkonzeptes ist – vor unnötigen vorherigen Schaltoperationen durchgeführt werden.

O, C, CO und O-CO-Schaltfolgen unterscheiden

Neben einfachen Einzeloperationen können auch definierte Schaltfolgen geprüft werden.

O – Open

geschlossen → öffnen

C – Close

offen → schließen

CO – Close-Open

Schließen mit unmittelbar folgender Öffnung.

O-CO beziehungsweise O-C-O

Je nach Schalter und Prüfanforderung werden auch automatische Wiedereinschaltsequenzen untersucht.

Solche Prüfungen bewerten nicht nur einzelne Öffnungs- und Schließzeiten, sondern auch:

• Zwischenzeiten,
• Mechanismusaufladung,
• Reaktionsfähigkeit bei schnellen Folgen,
• Schaltsequenz des Steuerkreises.

Die zulässige Prüfsequenz muss zum jeweiligen Leistungsschalter passen.

Bewegungs- und Geschwindigkeitsanalyse ergänzen

Eine Kontaktzeitmessung zeigt den elektrischen Schaltzeitpunkt.

Sie zeigt jedoch nicht vollständig, wie sich die Mechanik davor und danach bewegt.

Mit einem Wegaufnehmer

kann zusätzlich die Position über der Zeit aufgezeichnet werden:

s = f(t)

.

Daraus können je nach Schalter unter anderem bestimmt werden:

• Gesamthub,
• Kontaktweg,
• Öffnungsgeschwindigkeit,
• Schließgeschwindigkeit,
• Überhub,
• Rücklauf beziehungsweise Rebound.

Diese Kombination ist besonders aussagekräftig

Ein auffälliges Timing-Ergebnis kann damit beispielsweise unterschieden werden in:

• verzögerter Bewegungsbeginn,
• zu geringe Bewegungsgeschwindigkeit,
• mechanisch falscher Endweg.

Pre-Insertion-Resistor-Kontakte berücksichtigen

Bestimmte Hochspannungs-Leistungsschalter besitzen Einschaltwiderstände beziehungsweise:

Pre-Insertion Resistors (PIR)

.

Deren Kontakte besitzen eine bewusst definierte zeitliche Reihenfolge gegenüber den Hauptkontakten.

Bei einer Timing-Prüfung müssen deshalb

• PIR-Kontakte,
• Hauptkontakte

getrennt erfasst und ausgewertet werden.

Ein dafür geeignetes Prüfgerät besitzt entsprechend konfigurierbare Kontaktkanäle.

Prüfung bei beidseitig geerdetem Leistungsschalter

Bei Arbeiten an Hochspannungsanlagen ist die Erdung ein wesentlicher Teil des Sicherheitskonzeptes.

Eine konventionelle Kontakt-Zeitmessung kann jedoch erschwert werden, wenn beide Seiten des Leistungsschalters geerdet sind.

Warum?

Die Erdungsverbindungen bilden zusätzliche niederohmige Strompfade.

Ein einfaches Durchgangsmessverfahren kann dann den Zustand des Hauptkontaktes nicht eindeutig unterscheiden.

BSG – Both Sides Grounded

Spezielle Leistungsschalter-Prüfgeräte können über geeignete Messmethoden eine Prüfung durchführen, während die Erdung auf beiden Seiten erhalten bleibt.

Dies kann insbesondere bei Hochspannungsprüfungen erhebliche sicherheitstechnische Vorteile bieten.

Eine BSG-Prüfung darf nur mit einem hierfür ausdrücklich vorgesehenen Prüfverfahren und entsprechendem Messgerät durchgeführt werden.

Sicherheit beim Anschluss des Prüfgerätes

Leistungsschalter-Timing-Prüfungen werden an Betriebsmitteln durchgeführt, die erhebliche mechanische und elektrische Energien speichern können.

Vor dem Anschließen sind deshalb unter anderem zu beachten

• Freischaltung nach geltendem Anlagenverfahren,
• Sicherung gegen Wiedereinschalten,
• Spannungsfreiheit beziehungsweise definierter Prüfzustand,
• Erdung und Kurzschließung entsprechend der Anlage,
• gespeicherte Energie des Schalterantriebes,
• Steuerspannung im Schaltschrank,
• mögliche automatische Schaltbefehle.

Besonders der Antrieb bleibt mechanisch gefährlich

Auch bei spannungsfreiem Hauptstromkreis können:

• gespannte Federn,
• Hydraulikdruck,
• Pneumatikdruck,
• Steuerspannungen

vorhanden sein.

Die Prüfung darf deshalb nur durch entsprechend qualifiziertes Personal nach dem vorgesehenen Anlagen- und Herstellerverfahren durchgeführt werden.

Mit welchen Grenzwerten sollten Ergebnisse verglichen werden?

Für die Beurteilung der gemessenen Zeiten sind in erster Linie die Daten des konkreten Leistungsschalters entscheidend.

Geeignete Vergleichsdaten sind beispielsweise

• Herstellerangaben,
• Inbetriebnahmeprotokoll,
• frühere Wartungsprüfungen,
• werksseitige Referenzwerte,
• anwendbare Normen und betriebliche Vorgaben.

Es ist nicht sinnvoll, für alle Leistungsschalter unabhängig von Bauart, Spannungsebene und Antrieb einen einzigen allgemeinen Millisekunden-Grenzwert anzuwenden.

Besonders aussagekräftig

ist der Vergleich eines Schalters mit seinen eigenen historischen Messwerten.

Eine langsame Veränderung kann dadurch erkannt werden, bevor ein absoluter Grenzwert überschritten wird.

Warum Trendwerte oft wichtiger als Einzelwerte sind

Ein Beispiel:

Prüfung	Öffnungszeit L3
Inbetriebnahme	31,9 ms
Jahr 2	32,2 ms
Jahr 4	33,0 ms
Jahr 6	34,8 ms
Jahr 8	37,1 ms

Jeder einzelne Wert könnte möglicherweise noch innerhalb eines zulässigen Bereichs liegen.

Der Trend zeigt jedoch eine kontinuierliche Veränderung.

Wird gleichzeitig beobachtet

dass:

• L1 stabil bleibt,
• L2 stabil bleibt,
• nur L3 langsamer wird,

liegt der Verdacht nahe, dass die Ursache spezifisch im dritten Pol beziehungsweise dessen Mechanik liegt.

Praxisbeispiel: dreipoliger Hochspannungs-Leistungsschalter

Ein dreipoliger Leistungsschalter wird im Rahmen einer Wartung geprüft.

Öffnungsmessung

Pol	Zeit
L1	32,0 ms
L2	32,4 ms
L3	36,8 ms

Damit beträgt die Differenz:

36,8 ms − 32,0 ms = 4,8 ms

Vergleich mit Vorjahr

Im Vorjahr lag L3 bei:

32,6 ms

.

L1 und L2 sind nahezu unverändert.

Erste Interpretation

Die Abweichung ist wahrscheinlich nicht durch einen gemeinsamen Triggerfehler verursacht, da nur ein Pol deutlich verändert ist.

Nun werden zusätzlich betrachtet:

• Spulenstrom L3,
• Bewegungsprofil L3,
• mechanisches Gestänge,
• Schmierung,
• Auslösemechanismus.

Spulenstrom unverändert, Bewegung beginnt aber verspätet

Das spricht eher für ein mechanisches Problem zwischen Auslösung und tatsächlichem Bewegungsbeginn.

Spulenstrom steigt dagegen ungewöhnlich langsam

Dann sollten zusätzlich:

• Steuerspannung,
• Leitungswiderstand,
• Spule,
• Steuerkontakte

untersucht werden.

Die Kombination mehrerer Messgrößen liefert damit wesentlich mehr Diagnoseinformation als die Öffnungszeit allein.

Timing und Spulenstrom gemeinsam diagnostizieren

Timing	Spulenstrom	Mögliche Interpretation
Schaltzeit länger	Kurve unverändert	mechanische Verzögerung nach Anzug der Spule möglich
Schaltzeit länger	Stromanstieg deutlich langsamer	Unterspannung oder Problem im Steuerkreis möglich
Schaltzeit stark schwankend	Stromkurve ebenfalls schwankend	elektrischer beziehungsweise mechanischer Auslöseprozess instabil
Schaltzeit stabil	Spitzenstrom zunehmend höher	Spule oder Mechanik näher untersuchen
ein Pol langsamer	nur dessen Kurve auffällig	phasenspezifischer Fehler wahrscheinlich
alle Pole gleichzeitig langsamer	alle Spulen zeigen ähnliche Veränderung	gemeinsame Steuerspannung beziehungsweise Betriebsbedingung prüfen

Diese Zuordnung ist eine Diagnosehilfe und ersetzt nicht die konkrete Bewertung anhand des Schalteraufbaus und der Herstellerunterlagen.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Alle drei Pole öffnen deutlich später	Steuerspannung zu niedrig oder gemeinsamer Antrieb schwergängig	Steuerspannung und Spulenstrom messen
Nur ein Pol öffnet verspätet	phasenspezifische Mechanik schwergängig	Bewegungsprofil und Mechanik dieses Pols prüfen
Polgleichlauf wird zunehmend schlechter	ungleiche mechanische Alterung oder Justage	Trendwerte und Einzelpole vergleichen
Schließzeit schwankt stark	Antrieb oder Verriegelung arbeitet nicht reproduzierbar	mehrere Schließvorgänge und Bewegungsanalyse durchführen
Erste Öffnung langsam, weitere Öffnungen normal	Stillstandseinfluss beziehungsweise erhöhte Anfangsreibung	First-Trip-Ergebnis bewerten
Hilfskontaktzeit auffällig, Hauptkontakte normal	Hilfsschalter beziehungsweise dessen Justage verändert	Hilfskontakt getrennt untersuchen
Spulenstrom beginnt verspätet	Steuerkontakt, Verkabelung oder Triggerung	Startsignal und Steuerspannung prüfen
Spulenstrom steigt zu langsam an	Unterspannung oder hoher Übergangswiderstand	Spannung direkt an der Spule während Betätigung messen
Spulenstrom normal, Kontaktbewegung verspätet	mechanisches Problem wahrscheinlich	Antrieb und Bewegungsprofil prüfen
Timing bei jeder Messung anders	mechanische Streuung oder instabile Prüfbedingungen	mehrere identische Operationen durchführen
Kontaktkanal zeigt dauerhaft geschlossen	falsche Verdrahtung oder Erdungspfad	Anschluss und BSG-Situation prüfen
Messung mit beidseitiger Erdung nicht plausibel	konventionelle Kontaktmessung ungeeignet	BSG-fähiges Prüfverfahren verwenden
Öffnungszeit stimmt nicht mit altem Protokoll überein	anderer Trigger beziehungsweise andere Definition	Prüfverfahren und Zeitreferenz vergleichen
Mehrere Unterbrecher eines Pols schalten unterschiedlich	Mechanik oder Unterbrechereinheit nicht synchron	jede Unterbrechereinheit separat auswerten

Was gehört in ein Prüfprotokoll?

Ein Timing-Protokoll sollte nicht nur drei Zeitwerte enthalten.

Mindestens sinnvoll sind

• Anlagen- und Schalteridentifikation,
• Hersteller und Typ,
• Seriennummer,
• Datum,
• Prüfgerät und Seriennummer,
• Prüfkonfiguration,
• Steuerspannung,
• Schaltoperation,
• Triggerart,
• Öffnungszeit je Pol,
• Schließzeit je Pol,
• Polgleichlauf beim Öffnen,
• Polgleichlauf beim Schließen,
• Hilfskontaktzeiten, sofern gemessen,
• Spulenstrom, sofern gemessen,
• Bewegungswerte, sofern gemessen,
• Vergleichswerte beziehungsweise Grenzwerte,
• Bewertung.

Besonders wertvoll

ist die Archivierung der vollständigen Messkurven.

Dadurch können bei einer späteren Auffälligkeit nicht nur einzelne Zahlen, sondern der komplette zeitliche Ablauf mit früheren Prüfungen verglichen werden.

Empfohlener Prüfablauf

1. Leistungsschalter eindeutig identifizieren: Hersteller, Typ und Seriennummer dokumentieren.
2. Herstellerunterlagen prüfen: Sollzeiten, zulässige Schaltfolgen und Grenzwerte ermitteln.
3. Anlagenzustand festlegen: Freischaltung, Erdung und Arbeitsfreigabe nach Anlagenverfahren durchführen.
4. Gespeicherte mechanische Energie berücksichtigen: Feder-, Hydraulik- oder Pneumatikantrieb beachten.
5. Schaltplan prüfen: Öffnungs- und Schließspule eindeutig identifizieren.
6. Steuerspannung feststellen: Nennwert und tatsächliche Versorgung dokumentieren.
7. Prüfgerät konfigurieren: Schaltertyp und Kontaktkanäle festlegen.
8. Hauptkontakte anschließen: L1, L2 und L3 eindeutig zuordnen.
9. Weitere Unterbrechereinheiten anschließen: Falls der Schalter mehrere Breaks pro Pol besitzt.
10. PIR-Kontakte konfigurieren: Sofern vorhanden.
11. Hilfskontakte anschließen: Falls deren Timing bewertet werden soll.
12. Öffnungs- und Schließspulen anschließen: Steuerkreise gemäß Schaltplan verbinden.
13. Spulenstrommessung aktivieren: Wenn Diagnoseinformationen benötigt werden.
14. Steuerspannungsmessung aktivieren: Tatsächliche Spannung während der Operation erfassen.
15. Wegaufnehmer montieren: Falls Bewegungs- und Geschwindigkeitsanalyse vorgesehen ist.
16. BSG-Situation prüfen: Bei beidseitiger Erdung ausschließlich geeignetes Verfahren verwenden.
17. Trigger definieren: Internen Befehl, Spulenstrom oder externes Signal eindeutig festlegen.
18. First Trip zuerst durchführen: Falls diese Prüfung vorgesehen ist.
19. Einzelne Öffnung messen: Zeiten aller Pole speichern.
20. Polgleichlauf berechnen: Frühesten und spätesten Pol vergleichen.
21. Einzelne Schließung messen: Zeiten aller Pole speichern.
22. Schließgleichlauf berechnen: Wieder frühesten und spätesten Pol vergleichen.
23. Messung wiederholen: Reproduzierbarkeit kontrollieren.
24. Weitere Schaltfolgen prüfen: Nur sofern für den Schalter vorgesehen.
25. Spulenstromkurven auswerten: Auffällige mechanische beziehungsweise elektrische Phasen erkennen.
26. Bewegungsprofil auswerten: Falls Wegaufnehmer verwendet wurde.
27. Mit Herstellerwerten vergleichen: Absolutwerte bewerten.
28. Mit früheren Prüfungen vergleichen: Trends erkennen.
29. Auffällige Pole separat untersuchen: Mechanik, Spule und Steuerkreis eingrenzen.
30. Prüfprotokoll archivieren: Ergebnisse und vollständige Kurven speichern.

Passende Leistungsschalter-Prüfgeräte bei ICS Schneider

ISA CBA1000 – Leistungsschalter-Timing und Diagnose für Mittel- und Hochspannung

Der ISA CBA1000 ist für Timing- und Diagnoseprüfungen an Mittel-, Hoch- und Höchstspannungs-Leistungsschaltern ausgelegt.

Zu den wesentlichen Funktionen gehören:

• Messung von Öffnungs- und Schließzeiten,
• Messung des Polgleichlaufs beziehungsweise Pole Discordance,
• 6 Hauptkontakt- und 6 Widerstandskontakteingänge,
• bis zu 4 Öffnungs-/Schließspulen-Ansteuerungen,
• 4 Timing-Eingänge für Hilfskontakte,
• Messung von Spulen- und Motorstrom,
• Bewegungsanalyse,
• integriertes 200-A-Mikroohmmeter für statische und dynamische Kontaktwiderstandsmessungen,
• optional Prüfung bei beidseitiger Erdung.

Damit können Timing, Kontaktzustand und weitere diagnostische Größen innerhalb eines gemeinsamen Prüfablaufs erfasst werden.

ISA CBA2000 – umfassende Leistungsschalteranalyse mit vielen Timing-Kanälen

Der ISA CBA2000 ist für umfangreichere Diagnoseaufgaben vorgesehen.

Je nach Konfiguration stehen unter anderem zur Verfügung:

• bis zu 18 Hauptkontakt- und 18 Widerstandskontakteingänge,
• 12 Hilfs-Timing-Eingänge,
• bis zu 4 Ansteuerungen für Öffnungs- beziehungsweise Schließspulen,
• Messung von Öffnungszeit, Schließzeit und Pole Discordance,
• First-Trip-Prüfung,
• Spulen- und Motorstrommessung,
• Bewegungsanalyse,
• statische und dynamische Kontaktwiderstandsmessung mit integriertem 200-A-Mikroohmmeter,
• optionale BSG-Prüfung.

Die große Anzahl von Timing-Kanälen ist besonders interessant bei Leistungsschaltern mit mehreren Unterbrechereinheiten beziehungsweise zusätzlichen Widerstandskontakten.

ISA CBA3000 – All-in-One-Leistungsschalter-Prüfgerät

Der ISA CBA3000 kombiniert umfangreiche Timing-, Bewegungs- und Widerstandsmessungen in einem System.

Zu den Funktionen gehören unter anderem:

• 16 beziehungsweise optional 24 frei konfigurierbare Eingänge für Haupt-, PIR- und Hilfskontakte,
• 2, 4 oder 6 Öffnungs-/Schließspulen-Befehle,
• dreiphasige First-Trip-Prüfung,
• Bewegungs- und Geschwindigkeitsanalyse mit analogen und digitalen Wegaufnehmern,
• Messung von Batterie- beziehungsweise Steuerspannung,
• Spulen- und Motorstrommessung,
• statische und dynamische Kontaktwiderstandsmessung,
• Prüfung bei beidseitiger Erdung,
• automatische Prüfung der minimalen Auslösespannung,
• Speicherung und Auswertung der Ergebnisse.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass nach dem Aufbau der Verbindungen verschiedene Prüfungen innerhalb eines vorbereiteten Prüfplans durchgeführt werden können, ohne die komplette Messstelle für jede Einzelprüfung neu zu verkabeln.

TDMS – Test and Data Management Software

Für wiederkehrende Prüfungen ist eine konsistente Dokumentation besonders wichtig.

Mit der zugehörigen TDMS-Software können je nach eingesetztem Prüfgerät unter anderem:

• Prüfpläne verwaltet,
• Ergebnisse analysiert,
• Messungen archiviert,
• historische Ergebnisse verglichen,
• Prüfberichte erstellt

werden.

Gerade bei Schaltzeitmessungen ist die langfristige Vergleichbarkeit ein wesentlicher Vorteil, weil schleichende Veränderungen der Mechanik dadurch wesentlich früher sichtbar werden können.

Weitere Lösungen finden Sie unter Prüfgeräte für Leistungsschalter bei ICS Schneider.

Fazit

Die Timing-Prüfung gehört zu den wichtigsten Diagnoseverfahren für Mittel- und Hochspannungs-Leistungsschalter.

Öffnungszeit und Schließzeit müssen eindeutig definiert sein

Nur wenn Startsignal und Kontaktzustandsänderung bei jeder Prüfung gleich erfasst werden, sind Messwerte zuverlässig vergleichbar.

Die Einzelzeiten aller Pole sind ebenso wichtig wie die Gesamtzeit

Ein einzelner langsamer Pol kann in einem Gesamtwert verborgen bleiben.

Der Polgleichlauf zeigt die zeitliche Differenz zwischen den Phasen

Er wird aus dem frühesten und spätesten Kontaktzeitpunkt derselben Schaltoperation bestimmt.

Hilfskontakte sind keine Hauptkontakte

Ihre Zeitlage kann diagnostisch wichtig sein, darf aber nicht mit der Hauptkontaktzeit gleichgesetzt werden.

Spulenstrom erweitert die Diagnose erheblich

Er hilft zu unterscheiden, ob eine Zeitänderung eher aus Steuerkreis, Spule oder Mechanik stammt.

Die tatsächliche Steuerspannung muss berücksichtigt werden

Eine reduzierte Spulenspannung kann die gemessene Schaltzeit unmittelbar beeinflussen.

First Trip kann Stillstandsprobleme sichtbar machen

Eine langsame erste Operation kann nach mehreren Betätigungen bereits wieder unauffällig sein.

Bewegungsanalyse ergänzt die Kontaktzeit

Weg und Geschwindigkeit zeigen, wie der Schalter mechanisch arbeitet und nicht nur, wann der Kontakt umschaltet.

Bei beidseitiger Erdung ist ein spezielles BSG-Verfahren notwendig

Eine konventionelle Durchgangsmessung kann durch die Erdungsverbindungen verfälscht werden.

Herstellerwerte und historische Messungen sind entscheidend

Ein allgemeiner Millisekunden-Grenzwert ist nicht für jeden Leistungsschalter geeignet.

Für die Praxis gilt

Leistungsschalter eindeutig identifizieren → Herstellerwerte und frühere Protokolle beschaffen → sicheren Prüfzustand herstellen → Haupt-, Hilfs- und gegebenenfalls PIR-Kontakte korrekt zuordnen → Öffnungs- und Schließspulen anschließen → einheitlichen Trigger festlegen → Steuerspannung und Spulenstrom mit erfassen → gegebenenfalls First Trip zuerst durchführen → Öffnungszeit aller Pole messen → Polgleichlauf berechnen → Schließzeit und Schließgleichlauf messen → Messungen wiederholen und Streuung prüfen → bei Bedarf Bewegungsprofil und Kontaktwiderstand ergänzen → aktuelle Werte mit Herstellerdaten und historischem Trend vergleichen → Auffälligkeiten gezielt mechanisch beziehungsweise elektrisch untersuchen → vollständige Messkurven und Prüfbedingungen archivieren.

FAQ: Leistungsschalter-Timing, Öffnungszeit und Polgleichlauf

Was wird bei einer Leistungsschalter-Timing-Prüfung gemessen?

Gemessen wird die Zeit zwischen einem definierten Öffnungs- beziehungsweise Schließbefehl und der Zustandsänderung der Hauptkontakte. Zusätzlich wird häufig der zeitliche Unterschied zwischen den einzelnen Polen ausgewertet.

Was ist die Öffnungszeit eines Leistungsschalters?

Sie beschreibt den Zeitraum zwischen der Initiierung des Öffnungsvorgangs und der Trennung der Schaltkontakte. Für die praktische Diagnose werden zusätzlich die Einzelzeiten der jeweiligen Pole betrachtet.

Was ist die Schließzeit?

Sie beschreibt den Zeitraum zwischen der Initiierung des Schließvorgangs und dem Berühren beziehungsweise Schließen der Kontakte.

Was bedeutet Polgleichlauf?

Der Polgleichlauf beschreibt die zeitliche Differenz zwischen den einzelnen Polen eines mehrpoligen Leistungsschalters während derselben Öffnungs- oder Schließoperation.

Wie wird der Polgleichlauf berechnet?

Üblicherweise wird die Differenz zwischen der längsten und kürzesten Einzelzeit gebildet: Δt = tmax − tmin.

Müssen Öffnungs- und Schließgleichlauf getrennt bewertet werden?

Ja. Ein Leistungsschalter kann beim Öffnen einen guten Gleichlauf aufweisen und beim Schließen trotzdem auffällig sein.

Wie viele Timing-Kanäle benötigt man?

Für einen einfachen dreipoligen Schalter mindestens einen Kanal pro Pol. Bei mehreren Unterbrechereinheiten, PIR-Kontakten oder zusätzlichen Hilfskontakten werden entsprechend mehr Kanäle benötigt.

Was ist Pole Discrepancy?

Pole Discrepancy beziehungsweise Pole Discordance bezeichnet den zeitlichen Unterschied zwischen den schaltenden Polen beziehungsweise Phasen.

Kann ich einen Hilfskontakt zur Messung der Hauptkontaktzeit verwenden?

Nicht ohne Weiteres. Hilfskontakte können konstruktiv früher oder später als die Hauptkontakte schalten und besitzen deshalb eine eigene Zeitlage.

Warum werden Hilfskontakte trotzdem gemessen?

Sie sind für Steuerungs-, Verriegelungs- und Rückmeldefunktionen wichtig. Veränderungen ihrer Zeitlage können außerdem auf eine veränderte mechanische Einstellung hinweisen.

Was ist der Trigger bei einer Timing-Messung?

Der Trigger ist der definierte Startzeitpunkt der Zeitmessung, beispielsweise der vom Prüfgerät ausgegebene Öffnungsbefehl, der Schließbefehl oder ein definierter Spulenstromschwellwert.

Warum muss der Trigger immer gleich sein?

Unterschiedliche Startdefinitionen erzeugen unterschiedliche Zeitwerte. Für eine zuverlässige Trendbewertung muss deshalb dieselbe Messmethode verwendet werden.

Warum wird der Spulenstrom gemessen?

Die Stromkurve liefert Informationen über den elektrischen und mechanischen Ablauf der Auslöse- beziehungsweise Schließmechanik und kann bei der Ursachenanalyse auffälliger Schaltzeiten helfen.

Kann eine niedrige Steuerspannung die Öffnungszeit beeinflussen?

Ja. Eine niedrigere Spulenspannung kann zu einem langsameren Stromanstieg und damit zu einer verzögerten mechanischen Auslösung führen.

Sollte die Steuerspannung im Prüfprotokoll dokumentiert werden?

Ja. Besonders für Vergleichsmessungen ist die tatsächlich während der Schaltoperation vorhandene Steuerspannung relevant.

Warum sollte man mehrere Schaltungen messen?

Mehrere identische Operationen zeigen die Wiederholbarkeit. Stark schwankende Zeiten können bereits ein Hinweis auf einen instabilen Mechanismus sein.

Was ist eine First-Trip-Prüfung?

Sie untersucht die erste Schaltoperation nach längerer Stillstandszeit und kann Probleme sichtbar machen, die nach mehreren Betätigungen vorübergehend verschwinden.

Warum darf der Schalter vor einem First-Trip-Test möglichst nicht mehrfach betätigt werden?

Mehrere Bewegungen können fest sitzende oder schlecht geschmierte Mechanikteile bereits wieder gangbar machen und den ursprünglichen Zustand verdecken.

Was bedeutet O bei einer Leistungsschalterprüfung?

O steht für Open, also eine einzelne Öffnungsoperation.

Was bedeutet C?

C steht für Close, also eine einzelne Schließoperation.

Was bedeutet CO?

CO bezeichnet eine Schließoperation mit anschließendem Öffnungsvorgang entsprechend der definierten Schaltsequenz.

Was bringt eine Bewegungsanalyse zusätzlich?

Sie erfasst den mechanischen Weg des Antriebes beziehungsweise Kontakts über der Zeit und ermöglicht die Bewertung von Geschwindigkeit, Hub, Überhub und weiteren Bewegungsparametern.

Kann ein Timing-Wert normal sein, obwohl die Mechanik bereits Probleme hat?

Ja. Ein Schalter kann den Kontaktzeitpunkt noch erreichen, obwohl beispielsweise Bewegungsgeschwindigkeit oder Überhub bereits verändert sind. Deshalb kann eine ergänzende Bewegungsanalyse sinnvoll sein.

Was sind PIR-Kontakte?

PIR steht für Pre-Insertion Resistor. Bei entsprechend aufgebauten Hochspannungs-Leistungsschaltern werden Widerstandskontakte zeitlich definiert vor beziehungsweise in Verbindung mit den Hauptkontakten geschaltet.

Was bedeutet BSG?

BSG steht für Both Sides Grounded und bezeichnet ein Prüfverfahren, bei dem der Leistungsschalter während der Prüfung auf beiden Seiten geerdet bleiben kann.

Warum funktioniert eine normale Kontaktmessung bei beidseitiger Erdung nicht immer?

Die Erdungsverbindungen bilden parallele leitfähige Pfade. Ein einfaches Durchgangsverfahren kann deshalb den Zustand des Hauptkontaktes nicht eindeutig erkennen.

Welcher Grenzwert gilt für den Polgleichlauf?

Maßgeblich sind in erster Linie Herstellerangaben, Schaltertyp, anwendbare Normen und betriebliche Vorgaben. Ein pauschaler Millisekundenwert sollte nicht ohne Bezug zum konkreten Leistungsschalter verwendet werden.

Warum sind historische Messwerte wichtig?

Sie ermöglichen das Erkennen schleichender Veränderungen, auch wenn der aktuelle Einzelwert noch innerhalb einer zulässigen Grenze liegt.

Was bedeutet es, wenn nur ein Pol immer langsamer wird?

Dies spricht für eine phasenspezifische Veränderung und sollte durch Prüfung von Mechanik, Spulenstrom und Bewegungsprofil dieses Pols weiter untersucht werden.

Was bedeutet es, wenn alle Pole gleichzeitig langsamer werden?

Dann sollte zunächst nach gemeinsamen Ursachen wie Steuerspannung, gemeinsamem Antrieb, Temperatur oder veränderten Prüfbedingungen gesucht werden.

Kann Kontaktprellen die Messung beeinflussen?

Ja. Deshalb sollte ein speziell für Leistungsschalter vorgesehenes Timing-Prüfgerät mit geeigneter zeitlicher Auflösung und definierter Auswertung verwendet werden.

Welches Gerät eignet sich für klassische Leistungsschalter-Timing-Prüfungen?

Der ISA CBA1000 ermöglicht unter anderem die Messung von Öffnungszeit, Schließzeit, Pole Discordance, Spulenstrom und Bewegungsverläufen.

Welches Gerät eignet sich bei vielen Kontaktkanälen?

Der ISA CBA2000 bietet bis zu 18 Hauptkontakt- und 18 Widerstandskontakteingänge sowie zusätzliche Hilfs-Timing-Eingänge.

Welches Gerät eignet sich für besonders umfassende Leistungsschalterdiagnosen?

Der ISA CBA3000 kombiniert Timing, First Trip, Bewegungsanalyse, Spulen- und Motorstrommessung, BSG-Prüfung sowie statische und dynamische Kontaktwiderstandsmessung in einem System.

Wo finde ich weitere Prüfgeräte für Leistungsschalter?

Weitere Lösungen finden Sie unter Prüfgeräte für Leistungsschalter bei ICS Schneider.