- Forschungsprojekt Nr. 12553/00 (Antrags-Nr.)

Auswahl und Zusammenwirken von Mittelspannungs-Lastschaltern und HH-Sicherungen in Lastschalter-Sicherungs-Kombinationen gemäß IEC 60420
 

Wissenschaftliche Problemstellung

Lastschalter-Sicherungs-Kombinationen werden in Deutschland an Verteiltransformatoren der Netzbetreiber und der Industrie eingesetzt, wobei der Lastschalter das Schalten der Last und die Sicherung die Abschaltung bei Kurzschluss des Verteiltransformators übernehmen soll. Die bisherige Praxis war, den Lastschalter nach dem zu schaltenden Laststrom und die Sicherung entsprechend DIN EN 60282-1 (VDE 0670 Teil 4) [1] nach

- dem Einschaltstrom des Verteiltransformators und

- dem Strom bei sekundärseitigem Kurzschluss des Transformators

oder nach DIN VDE 0670 Teil 402 [2] aus den Kenndaten des Transformators unter zusätzlicher Berücksichtigung der Selektivität zur niederspannungsseitigen gTr-Sicherung auszuwählen. Diesen Anforderungen folgend werden Lastschalter nach DIN EN 60265-1 [3] und Hochspannungssicherungen nach DIN EN 60282-1 in ihrem Ausschaltvermögen in der Typprüfung geprüft.

Zur Zeit befindet sich die internationale Norm IEC 60420 "High-voltage alternating current switch-fuse combinations" [4] in Revision. Sie fordert, dass die Kombination jeden beliebigen Strom ausschalten kann. Dabei gilt grundsätzlich, dass das Ausschalten von hohen Strömen von den Sicherungen und von niedrigen Strömen vom Lastschalter übernommen wird. Zwischen beiden Bereichen besteht ein Bereich so genannter Übernahmeströme, in dem der erste Leiter durch die erstlöschende Sicherung ausgeschaltet wird. Das Ausschalten in den beiden letztlöschenden Leitern wechselt zwischen Sicherung und Lastschalter, der durch den Schlagstift der erstlöschenden Sicherung ausgelöst wird, abhängig von den Streuungen in den Ausschaltzeiten der Sicherungen und der Eigenzeit des Lastschalters.

Zusätzlich ist nach IEC 60420 die Forderung einzuhalten, dass Kurzschlussströme stets von den Sicherungen abgeschaltet werden müssen, bevor der Lastschalter öffnet. Daraus folgt, dass bei dem kleinsten Transformator-Kurzschlussstrom die Streuung der Schmelzzeiten der Sicherungen kleiner der Schaltereigenzeit von typischerweise rund 30 ms bei SF6-Schaltern und etwa 80 ms bei Luftschaltern sein muss. Diese Forderung steht teilweise im Widerspruch zur geltenden Norm VDE 0670 Teil 402 und erfordert die Auswahl von HH-Sicherungen mit kleineren Nennströmen beim Schutz von Transformatoren mit Bemessungsleistungen ab ca. 630 kVA.

Bedingt durch die zum Teil erhebliche Verringerung der Nennströme der einzusetzenden HH-Sicherungseinsätze bei einer Auswahl gemäß der neuen IEC 60420 zur bisherigen Praxis der Sicherungsauswahl droht die Gefahr einer "Untersicherung" des Transformators, d.h. eine höhere Inrushgefährdung und eine verstärkte Erwärmung der Sicherungen sind zu erwarten. Dies kann zu einer allmählichen Schädigung des Sicherungseinsatzes und schließlich zu einer Fehlauslösung führen. Da die Norm IEC 60420 für alle neuen Typen von Lastschalter-Sicherungs-Kombinationen verbindliche Auswahl- und Prüfvorschriften vorgeben wird, erscheint die bisherige Praxis mit den damit gemachten guten Erfahrungen dann rechtlich in Frage gestellt.

Forschungsziel

Die Untersuchung, ob und wie oft in Folge der veränderten Sicherungsauswahl mit Fehlauslösungen zu rechnen ist, soll ein Schwerpunkt des angestrebten Forschungsvorhabens sein. Ein zweiter Forschungsschwerpunkt soll die Klärung der Frage sein, ob die in IEC 60420 geforderte, durchgängige Einsetzbarkeit einer Lastschalter-Sicherungs-Kombination für den gesamten Strombereich überhaupt sinnvoll und notwendig ist. Dem universellen Einsatz der Kombination einerseits stehen hier verschiedene technischen Schwierigkeiten gegenüber, die aus dieser Forderung resultieren. Weitere Unwägbarkeiten sind in der Alterung des Lastschalters und der damit möglicherweise verbundenen verlangsamten Auslösung der Lastschaltermechanik zu sehen.

Schließlich ist in der Vorschrift IEC 60420 deutlich festgestellt, dass Lastschalter-Sicherungs-Kombinationen eigentlich für jeden Sicherungstyp zu prüfen seien, dies aber aus Gründen des Prüfaufwands entfallen muss. Ungeklärt bleibt die Frage der Zulässigkeit eines Ersatzes oder gar teilweisen Ersatzes der Sicherungseinsätze nach einigen Betriebsjahren, wenn die ursprünglich eingesetzte Sicherung nicht mehr in der originären Form erhältlich ist oder falls sich der Anwender gar für Sicherungen eines anderen Herstellers entscheidet. Auch dies soll im Rahmen dieses Vorhabens geklärt werden.

 

Projektleiter

Dr.-Ing. Volker Pitz      Telefon  +49 621 8047-250