Wartungsanleitung Schaltanlage: Lichtbogenkammerprüfung, Kontaktwiderstandsmessung und Auslöseeinheitentest

1. Anwendungsbereich und Zweck

Diese Anleitung beschreibt detaillierte Wartungsverfahren für Niederspannungs-Leistungsschalter und Schaltanlagenkomponenten gemäß DIN EN 60947 in industriellen Fertigungsumgebungen. Der Fokus liegt auf der kritischen Inspektion von Lichtbogenkammern, der präzisen Messung des Kontaktwiderstands sowie dem funktionalen Test der Auslöseeinheiten.

Die regelmäßige Durchführung dieser Wartungsarbeiten ist essenziell, um die zuverlässige Funktion der Schaltanlage zu gewährleisten, unerwartete Ausfälle zu verhindern und die Sicherheit des Betriebspersonals zu maximieren. Eine mangelhafte Wartung von Schaltanlagen kann zu Lichtbogenfehlern, unkontrollierten Kurzschlüssen und erheblichen Produktionsausfällen führen. Die hier dargelegten Schritte sind im Rahmen der präventiven und zustandsorientierten Instandhaltung (nach DIN 31051) durchzuführen, typischerweise alle 2 bis 5 Jahre, abhängig von Betriebsbedingungen und Herstellerempfehlungen.

2. Sicherheitsvorkehrungen

ACHTUNG: Gefahr durch elektrische Energie!

Vor Beginn jeglicher Arbeiten an Schaltanlagen sind zwingend die “Fünf Sicherheitsregeln” nach VDE 0105-100 einzuhalten:

1. Freischalten: Alle aktiven Teile allpolig von der Spannungsversorgung trennen. Sicherstellen, dass keine Rückeinspeisung möglich ist.
2. Gegen Wiedereinschalten sichern: Leistungsschalter und Trennschalter mechanisch verriegeln und mit Warnschildern (“Arbeit in Ausführung”) kennzeichnen (Lockout/Tagout). Die Schlüssel sind persönlich zu verwahren.
3. Spannungsfreiheit feststellen: An allen Polen und zwischen allen Polen mit einem geeigneten, zugelassenen Spannungsprüfer (gemäß VDE 0682-401 / DIN EN 61243-3) die Spannungsfreiheit überprüfen.
4. Erden und kurzschließen: Alle freigeschalteten Anlagenteile erden und kurzschließen. Hierfür sind geeignete Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen mit ausreichendem Kurzschlussstromfestigkeitsvermögen zu verwenden.
5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken: Sicherstellen, dass keine unbeabsichtigte Berührung mit unter Spannung stehenden Teilen möglich ist.

Persönliche Schutzausrüstung (PSA): Während aller Arbeiten sind folgende PSA zu tragen:

• Schutzhelm (nach DIN EN 397)
• Schutzbrille (nach DIN EN 166)
• Schutzhandschuhe (nach DIN EN 60903 – elektrisch isolierend, Kategorie C)
• Flammhemmende Arbeitskleidung (nach DIN EN ISO 11612)
• Sicherheitsschuhe (nach DIN EN ISO 20345)
• Gehörschutz (nach DIN EN 352) bei Arbeiten mit potenziell lauten Geräten

Zusätzliche Sicherheitshinweise:

• Arbeiten nur durch qualifiziertes Elektrofachpersonal (nach VDE 1000-10) durchführen lassen.
• Vermeiden Sie das Tragen von metallischem Schmuck.
• Sicherstellen, dass ein zweiter, qualifizierter Mitarbeiter für Notfälle in Rufweite ist.
• Verwenden Sie ausschließlich isolierte Werkzeuge (nach DIN EN 60900).
• Achten Sie auf ausreichende Beleuchtung des Arbeitsbereichs.

3. Benötigte Werkzeuge und Materialien

Die nachfolgende Liste enthält die erforderlichen Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien für eine sichere und effiziente Wartung der Schaltanlage.

4. Vorinspektion und Prüfliste vor der Wartung

Führen Sie vor Beginn der eigentlichen Wartungsarbeiten eine gründliche Sichtprüfung der Schaltanlage durch. Dies hilft, offensichtliche Mängel zu identifizieren und den Wartungsumfang gegebenenfalls anzupassen.

5. Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Wartung

Nachdem die Sicherheitsvorkehrungen getroffen und die Vorinspektion durchgeführt wurden, kann mit der eigentlichen Wartung der Schaltanlage begonnen werden. Halten Sie sich strikt an die Reihenfolge der Arbeitsschritte.

5.1. Reinigung der Schaltanlage

1. Schaltschrank öffnen und reinigen:

   Entfernen Sie alle Abdeckungen und Blenden, um Zugang zu den inneren Komponenten zu erhalten. Verwenden Sie das Vakuumabsauggerät, um groben Staub und Schmutz zu entfernen. Anschließend reinigen Sie alle Oberflächen vorsichtig mit der Druckluftreinigungspistole. Achten Sie darauf, dass der Luftstrom keine kleinen Partikel in empfindliche Bereiche drückt.

   Häufiger Fehler: Reinigung mit feuchten Tüchern oder ungeeigneten Lösungsmitteln, die elektrische Komponenten beschädigen können. Nur trocken und gegebenenfalls mit Isopropanol reinigen.

2. Isolationsflächen reinigen:

   Reinigen Sie alle Isolationsflächen, insbesondere zwischen den Phasen und zu geerdeten Teilen, gründlich mit fusselfreien Tüchern und Isopropanol. Entfernen Sie jegliche Ablagerungen, die Kriechströme begünstigen könnten.

   Häufiger Fehler: Unsachgemäße Reinigung, die Rückstände hinterlässt oder die Oberfläche der Isolatoren beschädigt.

5.2. Inspektion und Wartung der Lichtbogenkammern

Die Lichtbogenkammern sind essenzielle Komponenten von Leistungsschaltern, die den Lichtbogen beim Ausschaltvorgang löschen. Ihre Unversehrtheit ist kritisch für die Schaltleistung und Sicherheit.

1. Zugang zur Lichtbogenkammer:

   Entriegeln und entnehmen Sie die Leistungsschalter vorsichtig aus der Schaltanlage. Lokalisieren Sie die Lichtbogenkammern (oft als Lichtbogenlöschbleche oder Deionisationskammern bezeichnet). Je nach Schaltertyp müssen eventuell zusätzliche Abdeckungen entfernt werden.

2. Sichtprüfung der Lichtbogenkammern:

   Untersuchen Sie die einzelnen Bleche oder Gitter der Lichtbogenkammer auf folgende Mängel:

   • Materialabtrag / Erosion: Übermäßige Verbrennungen, Schmelzspuren oder Materialverlust an den Blechen. Geringfügige Verfärbungen sind normal, aber tiefe Erosionen (> 0,5 mm) sind nicht akzeptabel.
   • Risse oder Brüche: Insbesondere an den Rändern und Befestigungspunkten.
   • Verbiegungen oder Verformungen: Bleche müssen parallel und mit gleichmäßigem Abstand zueinander stehen (typischerweise 1,5 mm – 3 mm Abstand, Herstellerspezifikation prüfen).
   • Verschmutzungen: Rußablagerungen oder metallische Partikel, die Kurzschlüsse begünstigen können.
   • Fester Sitz: Alle Bleche müssen sicher in ihrer Halterung sitzen.

   Bei festgestellten signifikanten Mängeln ist die Lichtbogenkammer oder der gesamte Leistungsschalter gemäß Herstelleranweisung zu ersetzen.

   Häufiger Fehler: Übersehen von kleinen Rissen oder minimalen Verformungen, die unter Belastung zum Versagen der Lichtbogenlöschung führen können. Verwenden Sie ein Endoskop für schwer zugängliche Bereiche.

3. Reinigung der Lichtbogenkammern:

   Entfernen Sie Ruß und Ablagerungen vorsichtig mit der Druckluftreinigungspistole und anschließend mit einem fusselfreien, trockenen Tuch. Bei hartnäckigem Ruß kann Isopropanol verwendet werden, gefolgt von einer sorgfältigen Trocknung.

   Häufiger Fehler: Aggressives Reinigen, das die Oberfläche der Bleche beschädigt oder deren Beschichtung entfernt.

4. Wiedereinbau:

   Setzen Sie die Lichtbogenkammern sorgfältig und in korrekter Ausrichtung wieder ein. Stellen Sie sicher, dass alle Befestigungen fest sitzen und keine Teile verkantet sind.

5.3. Kontaktwiderstandsmessung an Hauptkontakten

Eine erhöhte Kontaktwiderstand deutet auf beginnende Überhitzung und Energieverluste hin. Die Messung erfolgt mit einem Mikro-Ohmmeter im 4-Leiter-Verfahren (Kelvin-Messung) nach DIN EN 60947-2.

1. Vorbereitung:

   Stellen Sie sicher, dass der Leistungsschalter geöffnet (ausgeschaltet) ist und alle 5 Sicherheitsregeln eingehalten wurden. Reinigen Sie die Messpunkte an den Hauptkontakten gründlich von Oxidation und Schmutz.

2. Anschluss des Mikro-Ohmmeters:

   Schließen Sie die Stromkabel des Mikro-Ohmmeters an den Kontakten des Leistungsschalters an, so dass der Strom durch die Kontakte fließt. Schließen Sie die Spannungsmesskabel möglichst nahe an den Kontaktflächen an, um Übergangswiderstände der Klemmstellen zu minimieren. Achten Sie auf korrekte Polarität, falls relevant.

   Empfohlener Prüfstrom: Für Niederspannungsschalter typischerweise 10A bis 100A DC, abhängig vom Nennstrom des Schalters und Herstellervorgaben.

3. Messung durchführen:

   Schalten Sie den Leistungsschalter langsam und kontrolliert ein und lesen Sie den Kontaktwiderstand ab. Wiederholen Sie die Messung dreimal und bilden Sie den Mittelwert. Messen Sie den Widerstand für alle drei Phasen (L1-L2, L2-L3, L3-L1 oder individuell pro Pol) sowie für die Eingangsklemmen und Ausgangsklemmen.

   Akzeptanzkriterien:

   • Der gemessene Kontaktwiderstand sollte unter 50 µΩ (Mikro-Ohm) liegen.
   • Der Widerstand sollte nicht mehr als 20% vom Wert eines neuen oder kürzlich gewarteten Schalters abweichen.
   • Die Widerstandswerte zwischen den Phasen sollten nicht mehr als 10% voneinander abweichen.

   Bei Werten außerhalb dieser Toleranzen sind die Kontakte zu inspizieren, zu reinigen oder der Leistungsschalter ist zu ersetzen. Leichte Oxidschichten können mit einem Kontaktreiniger und feinem Schleifpapier (Körnung > 800) entfernt werden, gefolgt von der Anwendung einer dünnen Schicht Kontaktfett.

   Häufiger Fehler: Messung bei unsachgemäß gereinigten Kontakten führt zu fälschlich hohen Werten. Unsachgemäßer Anschluss der Prüfkabel führt zu falschen oder ungenauen Messungen.

4. Dokumentation:

   Protokollieren Sie alle gemessenen Werte und Abweichungen im Wartungsbericht.

5.4. Prüfung der Auslöseeinheit

Die Auslöseeinheit ist das “Gehirn” des Leistungsschalters und muss bei Überlast oder Kurzschluss zuverlässig auslösen. Die Prüfung erfolgt durch Primär- und/oder Sekundärinjektion.

5.4.1. Primärinjektionstest (falls erforderlich und Ausrüstung vorhanden)

Dieser Test simuliert einen Fehlerstrom durch den Hauptstrompfad des Schalters und testet die gesamte Kette von Stromwandler bis Auslöseeinheit.

1. Vorbereitung:

   Stellen Sie sicher, dass der Schalter vollständig vom Netz getrennt ist und alle Sicherheitsmaßnahmen (insbesondere Erdung und Kurzschließung der Anschlussklemmen) getroffen wurden. Der zu prüfende Schalter muss mechanisch einschaltbereit sein.

2. Anschluss des Primärstrom-Prüfgeräts:

   Verbinden Sie die Hochstromklemmen des Prüfgeräts mit den Hauptanschlüssen des Leistungsschalters, idealerweise Phase für Phase.

3. Prüfung des thermischen Überlastschutzes (Long Time Delay – LTD):

   Stellen Sie am Prüfgerät einen Prüfstrom von typischerweise 125% bis 300% des Nennstroms (In) des Schalters ein. Messen Sie die Auslösezeit und vergleichen Sie diese mit der Kennlinie des Herstellers. Die Auslösezeit sollte innerhalb der vom Hersteller angegebenen Toleranzen liegen.

   Beispiel: Bei einem 100A Schalter und 200% In (200A Prüfstrom), sollte die Auslösezeit bei ca. 10-30 Sekunden liegen (abhängig von Kennlinie und Einstellungen).

   Häufiger Fehler: Falsche Wahl des Prüfstroms oder ungenaue Zeitmessung. Nach einer Auslösung durch thermische Überlastung muss der Schalter eine Abkühlzeit von mindestens 10-15 Minuten einhalten, bevor weitere Tests durchgeführt werden.

4. Prüfung des Kurzschlussschutzes (Short Time Delay – STD und Instantaneous – INST):

   Stellen Sie einen hohen Prüfstrom (z.B. 5-10x In) ein, um die Kurzschlussschutzeinstellungen zu testen. Messen Sie die Auslösezeit für den kurzzeitverzögerten (STD) und den unverzögerten (INST) Bereich. Diese Zeiten sind sehr kurz (Millisekundenbereich) und müssen präzise gemessen werden. Vergleichen Sie die Werte mit den Einstellwerten der Auslöseeinheit und den Herstellerangaben.

   Häufiger Fehler: Unzureichende Stromkapazität des Prüfgeräts oder mangelnde Kenntnis der spezifischen Auslösekennlinien des Schalters.

5.4.2. Sekundärinjektionstest (für elektronische Auslöseeinheiten)

Dieser Test prüft direkt die elektronische Auslöseeinheit über deren Messwandleranschluss und ist oft die bevorzugte Methode für moderne Schalter.

1. Vorbereitung:

   Schalten Sie die Steuerspannung zur Auslöseeinheit ein (falls extern versorgt) und verbinden Sie das Sekundärstrom-Prüfgerät mit den Messwandleranschlüssen der Auslöseeinheit (typischerweise S1/S2 oder K/L).

2. Prüfung durchführen:

   Simulieren Sie verschiedene Fehlerströme und -typen (Überlast, Kurzschluss, Erdschluss, falls vorhanden) gemäß der Prüfroutine des Geräteherstellers. Messen Sie die Auslösezeiten und vergleichen Sie diese mit den programmierten Werten und den Herstellervorgaben.

   Beispiel: Prüfen Sie die Einstellung des thermischen Schutzes (Ir) bei 1.5 x Ir, die kurzzeitverzögerte Auslösung (Isd) bei 5 x Isd und die unverzögerte Auslösung (Ii) bei 10 x Ii. Die Auslösezeiten müssen innerhalb der Kennlinientoleranzen liegen.

   Häufiger Fehler: Falsche Verdrahtung des Prüfgeräts an die Auslöseeinheit oder unzureichende Kenntnis der Programmierparameter der Auslöseeinheit. Stellen Sie sicher, dass alle externen Signale, die die Auslöseeinheit beeinflussen könnten (z.B. Fernauslösung, Unterspannungsauslöser), deaktiviert sind.

5.5. Nachziehen der Schraubverbindungen

Vibrations- und Temperaturzyklen können zu gelockerten Schraubverbindungen führen, was den Widerstand erhöht und Überhitzung verursacht.

1. Verbindungen nachziehen:

   Überprüfen Sie alle Schraubverbindungen an den Hauptstrompfaden (Sammelschienen, Anschlussklemmen, Schalteranschlüsse) mit dem kalibrierten Drehmomentschlüssel. Ziehen Sie diese gemäß den vom Hersteller vorgegebenen Drehmomentwerten nach.

   Verbindungstyp	Gewindegröße	Empfohlenes Drehmoment (Nm)
   Klemmeinspeisung	M6	10 – 12
   Klemmeinspeisung	M8	20 – 25
   Sammelschienenverbindung	M10	45 – 55
   Sammelschienenverbindung	M12	75 – 85

   Achtung: Die hier genannten Werte sind Richtwerte. Immer die spezifischen Herstellerangaben für den jeweiligen Schalter und die Klemmen beachten.

   Häufiger Fehler: Überdrehen der Schrauben, was zu Materialermüdung und Bruch führen kann, oder unzureichendes Anziehen, was zu hohem Übergangswiderstand führt.

6. Prüfliste zur Nachbereitung und Verifikation

Nach Abschluss aller Wartungsarbeiten ist die Schaltanlage systematisch auf korrekte Funktion und Sicherheit zu überprüfen, bevor sie wieder in Betrieb genommen wird.

7. Fehlersuche und -behebung

Bei auftretenden Problemen nach der Wartung oder im Betrieb der Schaltanlage kann die folgende Tabelle als erste Orientierung dienen.

8. Empfohlener Wartungsplan

Ein strukturierter Wartungsplan ist grundlegend für die langfristige Zuverlässigkeit Ihrer Schaltanlagen. Die hier empfohlenen Intervalle basieren auf allgemeinen industriellen Erfahrungen und DIN VDE-Empfehlungen. Spezifische Betriebsbedingungen (z.B. hohe Luftfeuchtigkeit, Staub, aggressive Umgebung) können kürzere Intervalle erfordern.

9. Ersatzteilreferenz

Halten Sie die wichtigsten Ersatzteile für kritische Komponenten Ihrer Schaltanlage auf Lager, um Ausfallzeiten im Reparaturfall zu minimieren. Die hier genannten Teile sind typische Verschleiß- oder Austauschkomponenten.

Für detaillierte Informationen und Bestellungen besuchen Sie bitte unseren E-Katalog unter: www.unitecd.com/e-catalog/

10. Referenzen

• DIN EN 60947: Niederspannungsschaltgeräte
• VDE 0105-100: Betrieb von elektrischen Anlagen
• VDE 0100-600: Errichtung von Niederspannungsanlagen – Prüfung
• VDE 0682-401 / DIN EN 61243-3: Spannungsprüfer
• DIN 31051: Grundlagen der Instandhaltung
• DIN EN ISO 11612: Schutzkleidung gegen Hitze und Flammen
• DIN EN 60903: Arbeiten unter Spannung – Handschuhe aus isolierendem Material
• DIN EN 60900: Arbeiten unter Spannung – Handwerkzeuge für Spannungen bis AC 1000 V und DC 1500 V
• DIN EN 397: Industrieschutzhelme
• DIN EN 166: Persönlicher Augenschutz
• DIN EN 352: Gehörschützer
• DIN EN ISO 20345: Persönliche Schutzausrüstung – Sicherheitsschuhe
• DIN EN 81346: Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte – Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung