Gasdichtewächter kalibrieren ohne Gasverlust: Referenzdruck, Temperatur und Schaltpunkte prüfen

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Der SF₆-Gasdichtewächter einer Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage zeigt einen plausiblen Wert an. Bei der Prüfung mit einem Referenzmanometer stimmt auch der Druck ungefähr. Ist damit sichergestellt, dass der Gasdichtewächter korrekt arbeitet?

Nicht unbedingt. Ein Gasdichtewächter ist kein gewöhnliches Manometer. Seine Aufgabe besteht darin, die tatsächliche Gasdichte möglichst unabhängig von der Umgebungstemperatur zu überwachen und bei definierten Grenzwerten Alarm- oder Sperrkontakte auszulösen. Eine reine Druckprüfung bei Raumtemperatur kontrolliert deshalb nur einen Teil der Funktion.

Für eine aussagekräftige Prüfung müssen Referenzwert, Temperaturbezug, Anzeige beziehungsweise Dichtewert und die elektrischen Schaltpunkte gemeinsam betrachtet werden. Gleichzeitig sollte vermieden werden, für jede Kalibrierung den SF₆-Gasraum zu öffnen oder den Gasdichtewächter vollständig auszubauen.

Geeignete Prüfsysteme finden Sie unter SF₆ Kalibriersysteme. Gasdichtewächter für Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen sind unter SF₆-Gasdichtewächter zusammengefasst.

Warum reicht eine normale Druckprüfung nicht aus?

Der Druck eines eingeschlossenen Gases verändert sich mit der Temperatur. Wird ein SF₆-Gasraum wärmer, steigt der Druck auch dann, wenn keine zusätzliche Gasmenge eingefüllt wurde. Kühlt die Anlage wieder ab, sinkt der Druck entsprechend.

Ein gewöhnliches Manometer würde diese Druckänderung anzeigen. Bei einem Gasdichtewächter wäre das problematisch, denn für den sicheren Betrieb der Schaltanlage ist nicht die temperaturbedingte Druckschwankung entscheidend, sondern die vorhandene Gasmenge beziehungsweise Gasdichte.

Der Gasdichtewächter kompensiert deshalb den Temperatureinfluss. Bei klassischen mechanischen Ausführungen erfolgt dies über ein mechanisches Kompensationssystem. Elektronische Geräte können Druck und Temperatur erfassen und daraus die Dichte beziehungsweise einen auf eine Referenztemperatur bezogenen Druck berechnen.

Eine Prüfung bei nur einer Umgebungstemperatur zeigt daher zunächst, ob Anzeige und Schaltpunkte unter genau diesen Bedingungen plausibel sind. Sie beweist jedoch noch nicht, dass die Temperaturkompensation über den gesamten vorgesehenen Temperaturbereich korrekt arbeitet.

Wie funktioniert die Temperaturkompensation?

Viele SF₆-Gasdichteinstrumente stellen den Gaszustand auf eine Referenztemperatur von 20 °C um. Dadurch soll derselbe Gasfüllzustand unabhängig davon angezeigt werden, ob die Schaltanlage beispielsweise bei 5 °C, 20 °C oder 40 °C betrieben wird.

Sinkt die Umgebungstemperatur, fällt der reale Gasdruck. Der Gasdichtewächter darf dies jedoch nicht automatisch als Gasverlust interpretieren. Umgekehrt darf ein warmer Gasraum einen tatsächlichen Dichteverlust nicht dadurch verdecken, dass der physikalische Druck temperaturbedingt höher ist.

Genau diese Funktion unterscheidet einen Gasdichtewächter von einem einfachen Druckschalter.

Für die Prüfung bedeutet das: Der Referenzwert muss ebenfalls einen korrekten Zusammenhang zwischen Druck, Temperatur und Gasdichte herstellen. Ein reines Referenzmanometer kann zwar den aktuellen Druck kontrollieren, bildet aber nicht automatisch die temperaturkompensierte Dichte ab.

Welche Referenzgröße muss geprüft werden?

Vor der Kalibrierung muss geklärt werden, welche Größe am Prüfling tatsächlich angegeben beziehungsweise ausgewertet wird. Je nach Gerät kann dies eine Gasdichte, ein auf 20 °C bezogener Druck oder eine andere definierte Gaszustandsgröße sein.

Bei geeigneten digitalen Referenzgeräten werden Druck und Temperatur gleichzeitig erfasst. Daraus kann der entsprechende Dichtewert beziehungsweise der auf eine Referenztemperatur kompensierte Druck berechnet werden.

Prüfgröße	Was wird kontrolliert?	Warum ist sie wichtig?
Aktueller Druck	Momentaner physikalischer Druck im Prüfkreis	Grundlage für die Druckerzeugung und Vergleichsmessung
Temperatur	Temperatur des Prüflings beziehungsweise Prüfkreises	Notwendig zur Bewertung der Temperaturkompensation
Kompensierter Dichtewert	Auf eine definierte Referenzbedingung bezogener Gaszustand	Eigentliche Überwachungsgröße des Gasdichtewächters
Alarmkontakt	Schaltpunkt beim Absenken der Gasdichte	Frühwarnung bei beginnendem Gasverlust
Sperrkontakt	Zweiter beziehungsweise kritischer Schaltpunkt	Kann eine Schutz- oder Verriegelungsfunktion auslösen

Vor allem bei Geräten mit mehreren Kontakten reicht es deshalb nicht aus, nur den Zeiger oder Displaywert zu vergleichen.

Gasverlustarme Prüfung über ein Kalibrierventil

Bei konventionellen Anlagen musste ein Gasdichtewächter für eine vollständige Prüfung häufig vom Gasraum getrennt und ausgebaut werden. Jede zusätzliche Öffnung des SF₆-Systems erhöht jedoch den Wartungsaufwand und schafft potenzielle Stellen für Gasemissionen oder spätere Undichtigkeiten.

Moderne Gasdichtewächter können deshalb mit einem Kalibrierventil ausgestattet sein. Beim Anschluss des Prüfsystems wird der Gasdichtewächter vom eigentlichen Gasraum isoliert. Der Prüfling bleibt mechanisch an der Schaltanlage montiert, ist während der Kalibrierung jedoch mit dem separaten Prüfkreis verbunden.

Nach Abschluss der Prüfung wird das Kalibriersystem wieder entfernt und die Verbindung zum Gasraum hergestellt.

Diese Methode ist besonders interessant, weil kein vollständiger Ausbau des Gasdichtewächters erforderlich ist. Das Risiko von SF₆-Emissionen und zusätzlichen Leckstellen bei der Wiederinbetriebnahme wird dadurch reduziert.

Bei vorhandenen Anlagen kann eine entsprechende Rekalibrierlösung je nach Aufbau auch zwischen Gasraum und bereits installiertem Gasdichtewächter nachgerüstet werden.

Alarm- und Sperrkontakte richtig prüfen

Ein Gasdichtewächter kann einen völlig plausiblen Anzeigewert besitzen und trotzdem einen falsch eingestellten oder verschobenen Schaltpunkt aufweisen.

Deshalb muss die Prüfung kontrolliert über die vorgesehenen Grenzwerte gefahren werden. Der Druck beziehungsweise die simulierte Dichte wird langsam verändert, bis der elektrische Kontakt tatsächlich umschaltet.

Bei einem typischen Aufbau können beispielsweise zwei Grenzwerte vorhanden sein. Der erste Kontakt meldet einen beginnenden Dichteverlust, während der zweite Kontakt bei weiter sinkender Gasdichte eine kritischere Meldung oder Verriegelung auslöst.

Die gemessenen Schaltwerte werden mit den Sollwerten des konkreten Gasdichtewächters verglichen. Entscheidend sind dabei nicht allgemeine Standardwerte, sondern die auf dem Gerät beziehungsweise in den Anlagendokumenten festgelegten Schaltpunkte.

Bei der elektrischen Prüfung muss außerdem eindeutig erfasst werden, welcher Kontakt wann öffnet oder schließt. Eine Verwechslung von Ruhe- und Arbeitskontakt kann dazu führen, dass der eigentliche mechanische Schaltpunkt korrekt ist, die Steuerung das Signal aber falsch interpretiert.

Schalthysterese berücksichtigen

Ein mechanischer Schaltkontakt besitzt normalerweise eine gewisse Hysterese. Der Kontakt schaltet deshalb beim Absenken der Dichte nicht exakt am selben Punkt zurück wie beim anschließenden Erhöhen.

Für eine aussagekräftige Funktionsprüfung sollte der Prüfpunkt daher möglichst aus beiden Richtungen angefahren werden.

Zuerst wird der Druck langsam reduziert und der tatsächliche Alarm- beziehungsweise Sperrpunkt dokumentiert. Anschließend wird der Druck wieder erhöht und geprüft, bei welchem Wert der Kontakt zurückschaltet.

Eine starke Veränderung dieser Differenz gegenüber früheren Prüfungen kann auf mechanische Alterung, Kontaktprobleme oder eine Veränderung des Messsystems hinweisen.

Wichtig ist dabei eine langsame Druckänderung. Wird der Prüfpunkt zu schnell durchfahren, können Reaktionszeit, mechanische Trägheit und Bedienfehler das Ergebnis verfälschen.

Wie lässt sich die Temperaturkompensation prüfen?

Eine Vor-Ort-Kalibrierung erfolgt häufig bei annähernd konstanter Umgebungstemperatur. Damit lässt sich der aktuelle Referenzwert sehr gut vergleichen, die komplette Temperaturkompensationskurve wird jedoch nicht vollständig überprüft.

Soll ausdrücklich die Qualität der Temperaturkompensation bewertet werden, muss der Prüfling bei mehreren definierten Temperaturen geprüft werden. Dafür kann beispielsweise eine geeignete Klimatisierung beziehungsweise Temperaturkammer erforderlich sein.

Dabei wird bei gleicher simulierten Gasdichte geprüft, ob Anzeige und Schaltpunkte trotz veränderter Umgebungstemperatur innerhalb der zulässigen Toleranzen bleiben.

Eine solche Mehrtemperaturprüfung ist wesentlich aufwendiger als eine normale Vor-Ort-Funktionskontrolle. Deshalb sollte im Prüfauftrag klar unterschieden werden zwischen einer Vergleichskalibrierung bei aktueller Umgebungstemperatur und einer vollständigen Untersuchung des Temperaturkompensationsverhaltens.

Adapter, Schlauch und Totvolumen berücksichtigen

Auch bei SF₆-Gasdichtewächtern kann ein ungeeigneter Prüfaufbau das Ergebnis beeinflussen. Lange Schläuche, unnötige Adapter und große Totvolumina machen die Druckeinstellung träger und verlängern die Stabilisierung.

Der Anschluss zwischen Kalibriersystem und Prüfling sollte deshalb so kurz und eindeutig wie möglich aufgebaut werden. Alle Komponenten müssen zum Druckbereich und zum vorgesehenen Prüfmedium passen.

Besondere Aufmerksamkeit verdient die Dichtheit. Schon eine kleine Leckage im externen Prüfkreis kann dazu führen, dass der eingestellte Referenzwert langsam absinkt. Der Prüfer könnte dies fälschlich als instabilen Schaltpunkt oder Fehler des Gasdichtewächters interpretieren.

Vor Beginn der eigentlichen Messung sollte der Prüfkreis deshalb unter Druck stabilisiert und auf einen erkennbaren Druckabfall kontrolliert werden.

Systematischer Prüfablauf

Schritt	Prüfung	Ziel
1	Gerät und Sollwerte identifizieren	Messbereich, Referenztemperatur und Kontakte eindeutig festlegen
2	Gasdichtewächter vom Gasraum isolieren	Prüfung ohne unnötiges Öffnen des SF₆-Gasraums
3	Kalibriersystem anschließen	Dichten, kurzen und geeigneten Prüfkreis herstellen
4	Ausgangszustand vergleichen	Anzeige beziehungsweise Dichtewert mit Referenz vergleichen
5	Druck langsam reduzieren	Alarm- und Sperrschaltpunkte bestimmen
6	Druck wieder erhöhen	Rückschaltpunkte und Hysterese erfassen
7	Elektrische Kontakte prüfen	Richtige Zuordnung zur Anlagensteuerung bestätigen
8	Prüfsystem entfernen	Verbindung zum Gasraum ordnungsgemäß wiederherstellen
9	Ergebnis dokumentieren	Istwerte, Sollwerte, Temperatur und Abweichungen nachvollziehbar festhalten

Durch diese Reihenfolge werden Anzeige, Schaltfunktion und elektrische Verarbeitung gemeinsam geprüft. Ein reiner Vergleich des Zeigerwertes würde dagegen wesentliche Funktionen des Gasdichtewächters unberücksichtigt lassen.

Praxisbeispiel aus einer Schaltanlage

An einer Hochspannungsschaltanlage soll ein Gasdichtewächter im Rahmen der wiederkehrenden Wartung kontrolliert werden. Der Gasraum befindet sich im normalen Betriebszustand und soll für die Prüfung möglichst nicht geöffnet werden.

Der Gasdichtewächter besitzt ein Kalibrierventil. Nach dem Anschluss des Kalibriersystems wird der Wächter vom eigentlichen SF₆-Gasraum getrennt und befindet sich nun im separaten Prüfkreis.

Zunächst wird bei der vorhandenen Umgebungstemperatur der angezeigte Dichtewert mit der digitalen Referenz verglichen. Die Abweichung ist gering und liegt innerhalb der festgelegten Toleranz.

Anschließend wird der Prüfdruck langsam reduziert. Der erste Alarmkontakt soll laut Dokumentation bei einem bestimmten kompensierten Dichtewert schalten. Tatsächlich schaltet der Kontakt geringfügig später, aber noch innerhalb der zulässigen Toleranz.

Beim zweiten Kontakt zeigt sich dagegen eine deutlich größere Abweichung. Der Zeiger des Gasdichtewächters selbst ist weiterhin plausibel, der Sperrkontakt schaltet jedoch erst deutlich unterhalb des vorgesehenen Grenzwertes.

Eine reine Druck- oder Anzeigenkontrolle hätte diesen Fehler nicht erkannt.

Nach dem erneuten Hochfahren des Prüfdrucks wird auch der Rückschaltpunkt dokumentiert. Danach wird das Kalibriersystem entfernt und die Verbindung zwischen Gasraum und Gasdichtewächter wiederhergestellt.

Das Beispiel zeigt, weshalb Anzeige und elektrische Kontakte immer gemeinsam geprüft werden sollten.

Typische Fehler bei der Kalibrierung

Ein besonders häufiger Fehler besteht darin, einen Gasdichtewächter wie ein gewöhnliches Manometer zu behandeln. Der aktuelle Druck wird mit einem Referenzmanometer verglichen und die Prüfung anschließend als bestanden bewertet. Damit bleiben jedoch Temperaturkompensation und Schaltkontakte weitgehend unbewertet.

Problematisch ist auch eine zu schnelle Druckänderung. Die Grenzwerte sollten langsam angefahren werden, damit der tatsächliche Schaltpunkt zuverlässig erkannt werden kann.

Ein weiterer Fehler ist die Verwendung falscher Sollwerte. Alarm- und Sperrkontakte können kundenspezifisch ausgeführt sein. Deshalb dürfen Schaltpunkte nicht aus einem ähnlichen Gerät übernommen werden.

Ebenso muss die aktuelle Prüftemperatur dokumentiert werden. Ohne Temperaturangabe ist eine spätere Bewertung des kompensierten Dichtewertes nur eingeschränkt nachvollziehbar.

Schließlich sollte auch der externe Prüfkreis selbst berücksichtigt werden. Eine undichte Verschraubung oder ein schlecht sitzender Adapter kann einen langsamen Druckabfall erzeugen und dadurch einen vermeintlich instabilen Gasdichtewächter vortäuschen.

Prüf- und Wiederholintervalle festlegen

Das Wiederholintervall sollte nicht pauschal für jeden Gasdichtewächter gleich festgelegt werden. Relevant sind die gesetzlichen Anforderungen, Herstellerangaben, Betreiberstandards, die Bedeutung der Messstelle und die Ergebnisse früherer Prüfungen.

Für elektrische Schaltanlagen, die nach der aktuellen EU-F-Gas-Verordnung unter die Verpflichtung für ein Leckage-Erkennungssystem fallen, ist dessen ordnungsgemäße Funktion mindestens alle sechs Jahre zu kontrollieren.

Das bedeutet jedoch nicht, dass sechs Jahre automatisch das richtige Kalibrierintervall für jeden Gasdichtewächter sind. Netzbetreiber können deutlich kürzere Wartungs- oder Prüfintervalle vorsehen.

Zeigt die Historie beispielsweise zunehmende Abweichungen eines Schaltkontakts, kann ein kürzeres Intervall sinnvoll sein. Bei stabilen Geräten sollte dagegen ein unnötig häufiges Öffnen beziehungsweise Eingreifen in den Gasweg vermieden werden.

Entscheidend ist ein dokumentiertes, risikobasiertes Prüfkonzept.

Welche Kalibriersysteme eignen sich?

WIKA BCS10

Das BCS10 ist ein kompaktes manuelles Kalibriersystem zur Vergleichsprüfung von SF₆-Gasdichte- und Druckmessgeräten. Die Druckerzeugung erfolgt über eine Handpumpe, während ein Präzisions-Digitalgasdichteanzeiger GDI-100-D als Referenz dient.

Der Vorteil für den Service liegt in der kompakten Bauweise und der Möglichkeit, den gewünschten Prüfpunkt über ein Feinregulierventil präzise einzustellen. Dadurch eignet sich das System besonders für manuelle Prüfungen vor Ort, in der Werkstatt oder im Labor.

WIKA ACS-10

Für automatisierte Prüfabläufe steht das ACS-10 zur Verfügung. Das System erzeugt den Prüfdruck automatisch und kann Gasdichte- und Druckmessgeräte über definierte Prüfsequenzen kontrollieren.

Gerade bei einer größeren Anzahl wiederkehrender Prüfungen reduziert ein automatisierter Ablauf den Bedienereinfluss und erleichtert eine einheitliche Dokumentation.

GDM-100 und GLTC-CV

Der WIKA GDM-100 ist in einer Ausführung mit integriertem Kalibrierventil erhältlich. Dadurch kann der Gasdichtewächter für die Funktionsprüfung vom Gasraum getrennt werden, ohne dass er vollständig demontiert werden muss.

Für bereits installierte Gasdichtewächter steht mit dem GLTC-CV eine entsprechende Nachrüstlösung zur Verfügung. Sie wird zwischen Gasraum und Gasdichtewächter installiert und ermöglicht ebenfalls den Anschluss eines Kalibriersystems.

Unter SF₆ Kalibriersysteme finden Sie entsprechende Lösungen für die Prüfung von Gasdichtemessgeräten. Gasdichtewächter und passende Ausführungen sind unter SF₆-Gasdichtewächter zusammengefasst.

ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl von Kalibriersystem, Anschlussadaptern und Gasdichtewächtern sowie bei der Auslegung gasverlustarmer Prüfkonzepte für Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen.

Fazit

Ein SF₆-Gasdichtewächter sollte nicht lediglich durch einen Vergleich des aktuellen Druckwertes geprüft werden. Seine eigentliche Aufgabe besteht in der temperaturkompensierten Überwachung der Gasdichte und der zuverlässigen Auslösung definierter Alarm- und Sperrkontakte.

Eine gute Kalibrierung kontrolliert deshalb Anzeige beziehungsweise Dichtewert, Referenzdruck, Temperatur, Schaltpunkte und Hysterese gemeinsam.

Besonders vorteilhaft sind Prüfanschlüsse beziehungsweise Kalibrierventile, über die der Gasdichtewächter vom Gasraum isoliert werden kann. Dadurch kann die Prüfung ohne vollständigen Ausbau durchgeführt und das Risiko unnötiger SF₆-Emissionen reduziert werden.

Eine Vor-Ort-Prüfung bei einer einzigen Umgebungstemperatur bestätigt jedoch noch nicht automatisch die gesamte Temperaturkompensation. Soll diese vollständig bewertet werden, sind Messungen bei mehreren definierten Temperaturen erforderlich.

Auch die elektrischen Kontakte dürfen nicht vergessen werden. Ein Gasdichtewächter kann einen korrekten Anzeigewert besitzen und trotzdem einen verschobenen Alarm- oder Sperrpunkt aufweisen.

Für eine nachvollziehbare Wartung sollten deshalb Sollwerte, Istwerte, Prüfbedingungen, Temperatur, Schalthysterese und Ergebnis jedes Kontakts dokumentiert werden.

So lässt sich die Funktion des Gasdichtewächters prüfen, ohne für jede Kalibrierung unnötig in den SF₆-Gasraum eingreifen zu müssen.

Häufige Fragen zur Kalibrierung von SF₆-Gasdichtewächtern

Kann ich einen Gasdichtewächter einfach mit einem Druckkalibrator prüfen?

Der aktuelle Druck kann damit verglichen werden. Für eine vollständige Beurteilung müssen jedoch auch Temperaturkompensation, Dichtebezug und elektrische Schaltkontakte berücksichtigt werden.

Warum ist die Temperatur bei der Prüfung wichtig?

Der reale SF₆-Druck verändert sich mit der Temperatur. Der Gasdichtewächter soll diese Änderung kompensieren und den tatsächlichen Gasfüllzustand beziehungsweise die Gasdichte bewerten.

Auf welche Temperatur wird ein Gasdichtewächter normalerweise bezogen?

Bei vielen SF₆-Gasdichteinstrumenten wird der Druck beziehungsweise Gaszustand auf 20 °C bezogen. Entscheidend ist jedoch immer die Spezifikation des konkreten Geräts.

Kann ein Gasdichtewächter korrekt anzeigen und trotzdem einen Fehler haben?

Ja. Besonders Alarm- oder Sperrkontakte können verschoben sein, obwohl der angezeigte Wert noch plausibel ist.

Was ist die Schalthysterese?

Sie ist die Differenz zwischen dem Schaltpunkt beim Absenken und dem Rückschaltpunkt beim anschließenden Erhöhen des Prüfdrucks beziehungsweise der simulierten Gasdichte.

Kann ein Gasdichtewächter ohne Ausbau kalibriert werden?

Ja, sofern eine geeignete Kalibrier- beziehungsweise Rekalibrierschnittstelle vorhanden ist. Damit kann der Wächter vom Gasraum getrennt und mit einem externen Kalibriersystem geprüft werden.

Ist die Prüfung dann vollständig gasverlustfrei?

Das Ziel ist eine möglichst emissionsarme Prüfung. Ein Kalibrierventil verhindert den unnötigen Ausbau und reduziert das Risiko von SF₆-Emissionen erheblich. Technisch sollte deshalb besser von gasverlustarmer oder emissionsminimierter Prüfung gesprochen werden.

Wie prüfe ich die Temperaturkompensation vollständig?

Dafür muss der Gasdichtewächter bei mehreren definierten Temperaturen und vergleichbaren Dichtezuständen geprüft werden. Eine einzelne Messung bei Raumtemperatur bewertet nur den aktuellen Betriebspunkt.

Wie häufig muss ein Gasdichtewächter geprüft werden?

Das konkrete Intervall richtet sich nach gesetzlichen Vorgaben, Betreiberanforderungen, Herstellerangaben und der Kritikalität der Messstelle. Für bestimmte elektrische Schaltanlagen schreibt die aktuelle EU-F-Gas-Verordnung eine Funktionskontrolle des vorgeschriebenen Leckage-Erkennungssystems mindestens alle sechs Jahre vor.

Welches Gerät eignet sich für die manuelle Vor-Ort-Prüfung?

Ein Beispiel ist das WIKA BCS10 mit Handpumpe und digitalem Gasdichte-Referenzanzeiger. Für automatisierte Prüfungen steht unter anderem das ACS-10 zur Verfügung.