Wie man das richtige Kombigerät für den Transformatorschutz auswählt

Einführung

Der Transformatorschutz in Mittelspannungsverteilungssystemen erfordert eine Schaltgerätearchitektur, die gleichzeitig drei technische Anforderungen erfüllt, die in unterschiedliche Richtungen ziehen: zuverlässige Fehlerunterbrechung über den gesamten Bereich der Transformatorfehlerströme, sichere Lastschaltung für normale Ein- und Ausschaltvorgänge und sichtbare Isolierfähigkeit für den Wartungszugang - und das alles innerhalb der physikalischen Beschränkungen einer Mittelspannungsschalttafel und der wirtschaftlichen Beschränkungen eines Kapitalbudgets für die Netzaufrüstung. Die Kombinationseinheit - eine integrierte Baugruppe aus Lasttrennschalter für den Innenbereich, Hochspannungssicherung und Erdungsschalter - gibt es genau deshalb, weil kein einzelnes Schaltgerät alle drei Anforderungen gleichzeitig erfüllt. Die Wahl des richtigen Kombinationsgeräts für den Transformatorschutz ist keine Katalogauswahl: Es handelt sich um eine technische Entscheidung mit vier Parametern, bei der die Nennleistung des Transformators, der Systemfehlerpegel, die Schutzkoordinationsphilosophie und die Prognosen für die Netzauslastung geklärt werden müssen, bevor eine Spezifikation für das Kombinationsgerät erstellt werden kann. Für Netzausbauingenieure, Umspannwerkskonstrukteure und Beschaffungsmanager, die Transformatorschutzgeräte spezifizieren, bietet dieser Auswahlleitfaden den kompletten technischen Rahmen - von der Grundlage der IEC-Normen für die Auslegung von Kombinationsgeräten bis hin zur schrittweisen Anwendungsbewertung, die die richtigen Nennparameter für jede Transformatorschutzposition bestimmt.

Inhaltsübersicht

• Was ist ein Kombigerät und wie erfüllt seine Architektur die Anforderungen an den Schutz von Mittelspannungstransformatoren?
• Wie wirken die drei Kernkomponenten eines Kombigeräts beim Schutz von Mittelspannungstransformatoren zusammen?
• Wie wählt man die richtigen Parameter des Kombigeräts für jede Transformatorschutzanwendung?
• Welche Überlegungen zum Lebenszyklus und zur Aufrüstung des Netzes bestimmen die langfristige Zuverlässigkeit von Kombikraftwerken?

Was ist ein Kombigerät und wie erfüllt seine Architektur die Anforderungen an den Schutz von Mittelspannungstransformatoren?

Ein Mittelspannungs-Kombigerät ist ein werkseitig montiertes, baumustergeprüftes Schaltgerät, das drei funktionell unterschiedliche Komponenten in einem einzigen Schalttafelgerät integriert: einen Lasttrennschalter (LBS) für die normale Lastschaltung und -trennung, einen Satz strombegrenzender Hochspannungssicherungen für den Überstrom- und Kurzschlussschutz sowie einen Erdungsschalter für die Sicherheitserdung des Personals bei Wartungsarbeiten. Die Integration dieser drei Komponenten in eine einzige geprüfte Baugruppe ist das entscheidende Merkmal, das eine Kombinationseinheit von einer Sammlung einzeln spezifizierter Geräte unterscheidet - die Typprüfung validiert das Zusammenspiel zwischen den Komponenten unter Fehlerbedingungen, nicht nur die individuelle Leistung der einzelnen Elemente.

Warum für den Schutz von Transformatoren alle drei Komponenten erforderlich sind

Der Transformatorschutz in Mittelspannungsnetzen überspannt einen Fehlerstrombereich, den kein einzelnes Schaltgerät in vollem Umfang zuverlässig bewältigen kann:

• Laststrombereich (Normalbetrieb): 10-100% des Transformatornennstroms - wird von der Innen-LBS verarbeitet, die den Laststrom während des normalen Einschaltens und Ausschaltens erzeugt und unterbricht
• Überlastbereich (110-600% des Nennstroms): Thermische Überlast und kleinere Fehler - werden von der HV-Sicherung behandelt, die Folgendes bietet zeitinverser Überstromschutz¹ abgestimmt auf die Transformator-Wärmebeständigkeitskurve
• Kurzschlussbereich (600-40.000% des Nennstroms): Transformatorinterne Fehler und externe verschraubte Fehler - werden von der strombegrenzenden HS-Sicherung behandelt, die Fehlerströme bis zum Nennausschaltvermögen innerhalb der ersten Halbperiode unterbricht und die Durchlassenergie auf ein Niveau begrenzt, dem der Transformator und die Schaltanlage standhalten können

Der Erdungsschalter übernimmt die Funktion der Sicherheitserdung, die weder der LBS noch die Sicherung erfüllen können - er bestätigt die Abschaltung des Stromkreises und schützt das Wartungspersonal, das am Transformator oder an nachgeschalteten Geräten arbeitet.

IEC-Normen für die Konstruktion und Prüfung von Kombinationsgeräten

Standard	Umfang	Wichtige Anforderungen für Kombinationsgeräte
IEC 62271-1052	Wechselstrom-Schalter-Sicherungs-Kombinationen	Typprüfung für das Zusammenspiel von LBS und Sicherung, Betätigung des Schlagbolzens, Transferstromkoordination3
IEC 62271-103	Lasttrennschalter	LBS-Nennnormalstrom, Lastschaltdauer, Lichtbogenlöschleistung
IEC 60282-1	Hochspannungs-Sicherungen	Nennspannung, Ausschaltvermögen, Zeit-Strom-Kennlinien der strombegrenzenden Sicherungen
IEC 62271-102	Erdungsschalter	Fehlerklassifizierung, mechanische Belastbarkeit, Verriegelungsanforderungen
IEC 62271-200	Metallgekapselte Schaltanlagen	Schalttafelintegration, interne Lichtbogenklassifizierung, Verriegelungsschema

Die kritische Anforderung der IEC 62271-105: Bei der Typprüfung des Kombinationsgeräts muss sichergestellt werden, dass der Schlagbolzenmechanismus beim Auslösen einer Sicherung unter Fehlerbedingungen die LBS zuverlässig auslöst, um alle drei Phasen gleichzeitig zu öffnen - so wird die gefährliche einphasige oder zweiphasige Erregung verhindert, die auftreten würde, wenn die LBS nach dem Auslösen einer einphasigen Sicherung geschlossen bliebe.

Varianten der Architektur von Kombinationsgeräten

Architektur	Komponenten	Anmeldung	Begrenzung
LBS + Sicherung (kein Erdungsschalter)	LBS, HV-Sicherung	Platzbeschränkte Installationen, geringe Wartungsfrequenz	Keine integrierte Erdung - separate Erdungsvorrichtung erforderlich
LBS + Sicherung + Erdungsschalter	LBS, HV-Sicherung, Erdungsschalter	Standard-Transformatorschutz - am weitesten verbreitet	Standard-Fußabdruck
LBS + Sicherung + Erdungsschalter + Überspannungsableiter	LBS, HV-Sicherung, Erdungsschalter, MOV-Ableiter	Freileitungsgespeiste Transformatoren, Blitzeinwirkung	Größerer Fußabdruck
Motorisierte LBS + Sicherung + Erdungsschalter	Motorbetriebener LBS, HV-Sicherung, Erdungsschalter	SCADA-integrierte Umspannwerke zur Netzaufrüstung	Erfordert Hilfsenergie

Wie wirken die drei Kernkomponenten eines Kombigeräts beim Schutz von Mittelspannungstransformatoren zusammen?

Die Schutzleistung eines Kombigerätes hängt nicht von den einzelnen Nennwerten seiner drei Komponenten ab, sondern von deren koordiniertem Zusammenspiel - insbesondere von der Abstimmung zwischen der Zeit-Strom-Kennlinie der HH-Sicherung und den Einschalt- und Fehlerstromprofilen des Transformators sowie von der zuverlässigen Übertragung der Energie des Sicherungsanschlagstiftes auf den LBS-Auslösemechanismus.

Komponente 1: Das Indoor-LBS - Lastschaltung und Isolierung

Der Innen-LBS in einem Kombigerät erfüllt drei verschiedene Funktionen während des Lebenszyklus des Transformatorschutzes:

Normaler Schaltbetrieb: Erzeugt und unterbricht den Transformator-Magnetisierungsstrom und den Volllaststrom während des Einschaltens und Ausschaltens. Der Magnetisierungseinschaltstrom des Transformators - typischerweise das 8-12-fache des Transformatornennstroms im ersten Zyklus - liegt innerhalb der Nenneinschaltstromkapazität der LBS, darf aber nicht mit dem Fehlerstrom verwechselt werden. Der LBS ist nicht für die Unterbrechung des Fehlerstroms ausgelegt; diese Funktion obliegt ausschließlich der HH-Sicherung.

Stürmischer Empfang von Stiftauslösungen: Wenn eine H-Sicherung unter Fehlerbedingungen auslöst, setzt der Schlagbolzen gespeicherte mechanische Energie frei, die den LBS-Auslösemechanismus betätigt und alle drei Phasen innerhalb der LBS-Nennauslösezeit (normalerweise 30-60 ms) öffnet. Diese dreiphasige Öffnung ist zwingend erforderlich - eine einphasige Öffnung in einem Transformatorabgang führt zu gefährlichen Spannungsungleichgewichten und potenziellen Ferroresonanzen.

Funktion der Isolierung: Nach dem Öffnen des LBS - sei es durch normales Schalten oder durch Auslösen des Schlagbolzens - stellt er den nach IEC 62271-102 erforderlichen sichtbaren Isolierspalt für den Wartungszugang zum Transformator bereit. Der Erdungsschalter kann nur geschlossen werden, nachdem die Öffnung des LBS bestätigt wurde, was durch die mechanische Verriegelung zwischen den beiden Geräten erzwungen wird.

Komponente 2: Die strombegrenzende HS-Sicherung - Fehlerunterbrechung

Die strombegrenzende HS-Sicherung ist das Fehlerunterbrechungselement des Kombigeräts. Ihre Auswahl wird durch zwei Grenzwerte bestimmt, die den richtigen Sicherungswert für jede Transformatoranwendung festlegen:

Unterer Grenzwert - Mindestausschaltstrom ($I_{min}$):
Die Sicherung muss bei allen Fehlerströmen oberhalb des Mindestausschaltstroms zuverlässig auslösen. Beim Transformatorschutz wird diese Grenze durch den sekundären Fehlerstrom des Transformators festgelegt, der an die Primärseite reflektiert wird:

$I_{min_primary} = \frac{I_{fault_secondary}}{n_{transformer}} \times \frac{1}{Z_{transformer}}$

Der Mindestausschaltstrom der Sicherung muss unter diesem Wert liegen, um sicherzustellen, dass bei internen Fehlern im Transformator ein ausreichender Primärstrom zum Auslösen der Sicherung fließt.

Oberer Grenzwert - maximaler Ausschaltstrom ($I_{max}$):
Die Sicherung muss Fehlerströme bis zum voraussichtlichen Systemfehlerstrom am Installationspunkt unterbrechen, ohne dass die Durchlassenergiegrenzen des Transformators und der Schaltanlage überschritten werden. Strombegrenzende Sicherungen unterbrechen innerhalb der ersten Halbwelle und begrenzen den Spitzendurchlassstrom auf:

$I_{Durchlass} = k \mal \sqrt{I_{Fehler_perspektive}}$

Wo $k$ ist die Sicherung strombegrenzender Faktor⁴ (typischerweise 2,0-3,5 für standardmäßige strombegrenzende Sicherungen).

Koordinierung der Einschaltvorgänge von Transformatoren: Die Zeit-Strom-Kennlinie der Sicherung darf während des Einschaltstromstoßes des Transformators nicht ansprechen. Das Einschaltstromprofil folgt:

$i_{Einschaltstrom}(t) = I_{Einschaltstrom_Spitze} \times e^{-t/\tau}$

Wo $I_{Einschaltstrom_Spitze}$ ist in der Regel 8-12× Transformator-Nennstrom und $\tau$ ist die Einschaltabklingzeitkonstante (typischerweise 0,1-0,5 Sekunden für Verteilungstransformatoren). Die Sicherung muss eine Mindestschmelzzeit haben, die die Einschaltdauer bei der Höhe des Einschaltstroms übersteigt - eine Koordinierungsanforderung, die den Mindestwert der Sicherung für jede Transformatorgröße bestimmt.

Komponente 3: Der Erdungsschalter - Personenschutzerdung

Der Erdungsschalter in einem Kombigerät ist durch eine direkte mechanische Verbindung mit dem LBS verriegelt - der Erdungsschalter kann nur geschlossen werden, wenn sich der LBS in der vollständig geöffneten Stellung befindet, und der LBS kann nicht geschlossen werden, wenn sich der Erdungsschalter in der geschlossenen Stellung befindet. Bei dieser Verriegelung handelt es sich um eine physikalisch-mechanische Beschränkung, nicht um eine elektrische Verriegelung - sie funktioniert unabhängig von der Hilfsenergie und kann nicht durch einen Ausfall des Steuerkreises unterlaufen werden.

Fehlerklassifizierung für Transformatorenschutz-Erdungsschalter:

Der Erdungsschalter in einem Transformatorschutz-Kombigerät muss ausgelegt sein für E1-Fehlermöglichkeit⁵ (IEC 62271-102) - nicht E0. Der Grund dafür ist die Rückspeisung der Tertiärwicklung eines Transformators: Selbst bei geöffneter primärer LBS und intakter H-Sicherung kann ein Transformator mit einer Tertiärwicklung, die an eine stromführende Sammelschiene angeschlossen ist, durch elektromagnetische Kopplung eine Spannung an der Primärwicklung aufrechterhalten. Ein E0-Erdungsschalter, der auf diese Rückspeisespannung geschlossen wird, wird zerstört. Ein E1-Erdungsschalter ist so ausgelegt, dass er diese Fehlerbedingung erkennt und überlebt.

Ein Kundenfall, der die Folgen der E0/E1-Unterscheidung verdeutlicht: Ein Projektingenieur für den Netzausbau bei einem philippinischen Versorgungsunternehmen wandte sich an Bepto, nachdem während einer Umschaltsequenz zur Wartung eines Transformators in einem 33-kV-Umspannwerk ein Erdungsschalter ausgefallen war. Das Kombigerät war mit einem E0-Erdungsschalter geliefert worden, der vom EPC-Auftragnehmer ohne Risikobewertung der tertiären Rückspeisung spezifiziert worden war. Wenn der Erdungsschalter nach dem Öffnen des LBS geschlossen wurde, hielt die Tertiärwicklung des Transformators (die mit einer spannungsführenden 11-kV-Sammelschiene verbunden war) durch die Wirkung des Autotransformators 33 kV auf der Primärseite aufrecht. Die E0-Erdungsschalter-Kontaktbaugruppe wurde beim Schließen zerstört. Bepto lieferte Ersatz-Kombigeräte der Klasse E1 für alle sechs Transformatorabgänge im Umspannwerk und stellte eine Vorlage zur Risikobewertung der tertiären Rückspeisung für die Standardspezifikation des Versorgungsunternehmens bereit.

Wie wählt man die richtigen Parameter des Kombigeräts für jede Transformatorschutzanwendung?

Die Auswahl der Parameter des Kombinationsgeräts erfolgt nach einer fünfstufigen sequentiellen Bewertung - in jedem Schritt wird ein Parametersatz aufgelöst, bevor der nächste Schritt bewertet wird. Das Überspringen von Schritten oder das Lösen von Parametern außerhalb der Reihenfolge führt zu Spezifikationen, die vollständig erscheinen, aber versteckte Koordinationsfehler enthalten.

Schritt 1: Definieren der Transformator-Nennparameter

Sammeln Sie die folgenden Daten zum Transformator, bevor Sie mit der Auswahl des Kombigeräts beginnen:

• Nennleistung (kVA oder MVA)
• Primäre Nennspannung (kV)
• Primärer Nennstrom (A): $I_{bewertet} = \frac{S_{bewertet}}{\sqrt{3} \times U_{primär}}$
• Impedanz des Transformators (% auf MVA-Basis)
• Vektorgruppe (Dyn11, Yyn0, etc.) - bestimmt das tertiäre Rückkopplungsrisiko
• Einschaltstrommultiplikator (× Nennstrom) und Abklingzeitkonstante (Sekunden)
• Wärmebeständigkeitskurve - erforderlich für die Überprüfung der Sicherungskoordination

Schritt 2: Bestimmen des Systemfehlerniveaus am Installationspunkt

Der systembedingte prospektive Fehlerstrom am Aufstellungsort des Kombigeräts wird ermittelt:

• Der erforderliche LBS-Nennkurzzeitstrom (Ik) - der LBS muss dem Fehlerstrom standhalten, bis die H-Sicherung auslöst
• Das geforderte maximale Ausschaltvermögen der HH-Sicherung muss über dem prospektiven Fehlerstrom der Anlage liegen.
• Der erforderliche Bemessungskurzzeitstrom des Erdungsschalters muss dem LBS-Nennwert entsprechen oder diesen übertreffen.

Berechnung des Systemfehlerstroms:

$I_{fault} = \frac{U_{system}}{\sqrt{3} \mal Z_{Gesamt}}$

Wo $Z_{Gesamt}$ umfasst die Quellenimpedanz, die Transformatorimpedanz und die Kabelimpedanz bis zum Installationspunkt des Kombigeräts. Bei Netzausbauprojekten ist der Fehlerpegel nach dem Ausbau zu verwenden - Netzausbauten, die die Quellkapazität erhöhen, erhöhen die Fehlerpegel an allen nachgelagerten Punkten.

Schritt 3: Auswahl des Sicherungswertes

Die Bemessung der HH-Sicherung ist die technisch anspruchsvollste Auswahl in der Spezifikation des Kombigeräts - sie muss gleichzeitig vier Bedingungen erfüllen:

Einschränkung	Anforderung	Überprüfungsmethode
Minimaler Ausschaltstrom	Unterhalb des Transformator-Primärfehlerstroms bei minimalem Sekundärfehler	Berechnung der Transformatorimpedanz
Inrush-Koordination	Mindestschmelzzeit > Einschaltdauer bei Einschaltstrom	Überlagerung der Zeit-Strom-Kurve
Überlastungsschutz	Sicherung löst vor thermischer Beschädigung des Transformators bei Überlast 150-200% aus	Überlagerung der thermischen Widerstandskurve eines Transformators
Maximale Bruchlast	Über dem System liegender voraussichtlicher Fehlerstrom	Untersuchung der Fehlerebene des Systems

Tabelle zur Auswahl von Standardsicherungen für gängige Transformatorengrößen:

Transformatorleistung	Primäre Spannung	Transformator-Nennstrom	Empfohlener Sicherungswert	Überprüfung der Inrush-Koordination
315 kVA	11 kV	16.5 A	25 A	Überprüfen bei 8× Nennwert, 0,1 s
630 kVA	11 kV	33 A	50 A	Überprüfen bei 10× Nennwert, 0,1 s
1.000 kVA	11 kV	52.5 A	80 A	Überprüfen bei 10× Nennwert, 0,15 s
1.600 kVA	11 kV	84 A	125 A	Überprüfen bei 12× Nennwert, 0,2 s
2.000 kVA	33 kV	35 A	50 A	Überprüfen bei 10× Nennwert, 0,15 s
5.000 kVA	33 kV	87.5 A	125 A	Überprüfen bei 12× Nennwert, 0,2 s

Kritische Anmerkung: Dies sind Empfehlungen für den Anfang - jede Sicherungsauswahl muss anhand der spezifischen Zeit-Strom-Kennlinie des Transformators und des spezifischen Fehlerpegels des Systems überprüft werden. Allgemeine Sicherungstabellen sind kein Ersatz für eine Koordinierungsstudie.

Schritt 4: LBS-Nennparameter auswählen

Nach der Festlegung des Sicherungswertes werden die LBS-Parameter wie folgt bestimmt:

• Normaler Nennstrom: ≥ 1,25 × Transformator-Primärnennstrom - bietet 25% Spielraum für Lastwachstum und Netzausbau
• Bemessungs-Kurzzeitstromfestigkeit (Ik): ≥ Systemvoraussichtlicher Fehlerstrom an der Einbaustelle - LBS muss dem Fehlerstrom während der Vorbrenn- und Lichtbogenzeit der Sicherung standhalten (typischerweise 20-50 ms bei strombegrenzenden Sicherungen)
• Nenneinschaltstrom (Ip): ≥ 2,5 × Ik (Standard-X/R-Verhältnis) - LBS muss auf Transformatoreinschaltstrom ohne Kontaktprellen erfolgen
• Mechanische Belastbarkeitsklasse: M1 (1.000 Schaltungen) für Standard-Transformatorabgänge mit < 2 Schaltungen pro Woche; M2 (2.000 Schaltungen) für häufig geschaltete Abgänge

Schritt 5: Überprüfung der Erdungsschalterklassifizierung und Verriegelung

• Fehlerverursachende Klasse: E1 ist für alle Transformatorabgänge vorgeschrieben - E0 ist nicht akzeptabel, wenn das Risiko einer tertiären Rückspeisung besteht
• Bemessungs-Kurzzeitbeständigkeit: Muss mit der LBS Ik-Bewertung übereinstimmen - Erdungsschalter müssen jedem Fehlerstrom standhalten, der nach dem Schließen auf einen rückgespeisten Stromkreis auftritt
• Mechanische Verriegelung: Vergewissern Sie sich, dass es sich bei der Verriegelung zwischen LBS und Erdungsschalter um eine direkte mechanische Verbindung handelt und nicht um eine elektrische Verriegelung, die durch den Verlust der Steuerspannung aufgehoben werden kann.
• Bereitstellung von Vorhängeschlössern: Stellen Sie sicher, dass der Erdungsschalter mit mindestens 6 Schlössern für mehrköpfige Wartungsteams ausgestattet ist.

Vollständige Übersichtstabelle der Auswahl

Auswahl Parameter	Quelle Daten	Berechnung / Kriterium	Spezifikation Wert
LBS Nennspannung	Systemspannung	≥ maximale Systemspannung Um	Datensatz
LBS-Nenn-Normalstrom	Nennstrom des Transformators	≥ 1,25 × Transformator-Primärnennstrom	Datensatz
LBS bewertet Ik	Untersuchung der Fehlerebene des Systems	≥ voraussichtlicher Fehlerstrom bei der Installation	Datensatz
Nennspannung der HH-Sicherung	Systemspannung	= LBS Nennspannung	Datensatz
Nennstrom der HS-Sicherung	Transformatorleistung + Einschaltkoordination	Gemäß Tabelle Schritt 3 + Koordinierungsstudie	Datensatz
Ausschaltvermögen der HV-Sicherung	Ebene der Systemstörung	≥ voraussichtlicher Fehlerstrom	Datensatz
Erdungsschalter Fehlermacherklasse	Risikobewertung der tertiären Rückführung	E1 obligatorisch für Transformatorabgänge	E1
Erdungsschalter Ik	LBS Ik	= LBS bewertet Ik	Datensatz
Koordinierung der Anschlagsdorne	IEC 62271-105 Typenprüfung	Werksbaumusterprüfbescheinigung erforderlich	Überprüfen Sie

Ein zweiter Kundenfall veranschaulicht den Wert des gesamten Auswahlverfahrens. Ein Ingenieur für die Planung von Umspannwerken bei einem EPC-Auftragnehmer in Südostasien spezifizierte Kombinationsgeräte für ein 12-faches 33-kV-Umspannwerk, das eine Mischung aus 2.000-kVA- und 5.000-kVA-Verteiltransformatoren versorgt. In der ursprünglichen Spezifikation war ein einziger Kombigerätetyp für alle 12 Positionen ausgewählt worden - durchgängig 125-A-Sicherungen, basierend auf dem größten Transformator. Das technische Team von Bepto führte das fünfstufige Auswahlverfahren für jedes Feld durch: Die sechs 2.000-kVA-Transformatorpositionen erforderten 50-A-Sicherungen (nicht 125 A) - die 125-A-Sicherungen würden bei internen Transformatorfehlern, die weniger als 40% des Nennfehlerstroms der 2.000-kVA-Einheiten erzeugen, nicht auslösen und eine Schutzlücke für hochohmige interne Fehler hinterlassen. Die differenzierte Spezifikation - 50-A-Sicherungen für 2.000-kVA-Positionen, 125-A-Sicherungen für 5.000-kVA-Positionen - verursachte keine zusätzlichen Kosten (kleinere Sicherungen sind preiswerter) und beseitigte gleichzeitig die Schutzlücke, die durch die einheitliche Überdimensionierung entstanden war.

Welche Überlegungen zum Lebenszyklus und zur Aufrüstung des Netzes bestimmen die langfristige Zuverlässigkeit von Kombikraftwerken?

Auswirkung der Netzausbaubelastung auf die Parameter des Kombigeräts

Netzausbauprojekte, bei denen die Transformatorbelastung erhöht oder Transformatoren durch Geräte mit höherer Leistung ersetzt werden, verändern den Betriebspunkt jedes Kombigeräts im betroffenen Einspeisekorridor. Die Parameter der Kombigeräte, die nach einem Netzausbau erneut überprüft werden müssen, sind:

• LBS-Nenn-Normalstrom: Bei einer Erhöhung der Transformatorleistung ist zu prüfen, ob der LBS-Nennstrom ≥ 1,25 × des neuen primären Transformator-Nennstroms ist - andernfalls ist ein Austausch des LBS erforderlich.
• Nennwert der HS-Sicherung: Die Änderung der Transformatorleistung erfordert eine vollständige Neuauswahl der Sicherung gemäß Schritt 3 - die Sicherung, die korrekt mit dem ursprünglichen Transformator koordiniert wurde, kann möglicherweise nicht mit dem Ersatzgerät koordiniert werden.
• Erhöhung des Störungspegels: Netzaufrüstungen, die die Quellenkapazität erhöhen, erhöhen den voraussichtlichen Fehlerstrom - prüfen Sie, ob die Ik-Werte von LBS und Erdungsschalter über dem neuen Fehlerpegel bleiben

Die Anforderung, die Netzausbausicherungen neu auszuwählen, ist die am häufigsten übersehene Überprüfung der Parameter von Kombinationsanlagen. Eine Sicherung, die für einen 1.000-kVA-Transformator richtig bemessen ist, kann für die 630-kVA-Ersatzeinheit zu hoch bemessen sein (wodurch eine Schutzlücke entsteht) oder für eine 2.000-kVA-Ersatzeinheit zu niedrig bemessen sein (wodurch sie nicht mit dem Einschaltstrom koordiniert werden kann und während des Einschaltens störende Auslösungen verursacht).

Lebenszyklus-Wartungszeitplan für Kombigeräte

Wartungstätigkeit	Intervall	Methode	Akzeptanzkriterium
LBS Kontaktwiderstandsmessung	Alle 3 Jahre	Mikro-Ohmmeter ≥ 100 A DC	≤ 150% der Inbetriebnahme-Basislinie
Sichtprüfung der HS-Sicherung	Jährlich	Visuell - Prüfung auf Ausbeulungen, Verfärbungen, Zustand der Endkappen	Keine physischen Schäden; bei Anomalien ersetzen
Überprüfung des Widerstands der HV-Sicherung	Alle 3 Jahre	Milliohmmeter über dem Sicherungskörper	Innerhalb von ±10% des neuen Sicherungswertes
Prüfung der Funktion des Erdungsschalters	Jährlich	3 Auf-Zu-Zyklen	Reibungsloser Betrieb, korrekte Positionsanzeige
Prüfung des Schlagbolzenmechanismus	Alle 5 Jahre	Funktionsprüfung nach IEC 62271-105	LBS öffnet sich innerhalb der angegebenen Zeit bei Aktivierung des Stürmers
Funktionsprüfung der Verriegelung	Jährlich	Fünf-Tests-Sequenz	Alle Tests bestanden
Wärmebildtechnik	Jährlich	Infrarot bei Nennstrom	≤ 65 K über Umgebungstemperatur an Sicherung und LBS-Kontakten
Isolationswiderstand	Alle 3 Jahre	5 kV DC-Messgerät	> 500 MΩ Phase-zu-Erde

Auslöser für den Ersatz von HS-Sicherungen

HH-Sicherungen in Kombigeräten müssen unter den folgenden Bedingungen ausgetauscht - nicht überprüft und wieder in Betrieb genommen - werden:

• Nach einer Störungsoperation: Eine Sicherung, die den Fehlerstrom unterbrochen hat, hat ihr Energieaufnahmevermögen verbraucht - auch wenn sie optisch intakt ist, hat sich ihre Zeit-Strom-Kennlinie verschoben und sie muss ersetzt werden
• Nach Transformatoreinschaltvorgängen, die den Bemessungseinschaltkoordinationsstrom überschreiten: Wiederholte Einschaltvorgänge hoher Stärke (z. B. durch häufiges Einschalten von Transformatoren) führen zu einem teilweisen Schmelzen des Sicherungselements, wodurch sich die Zeit-Strom-Kennlinie ohne sichtbare äußere Anzeichen verschlechtert.
• Die vom Hersteller angegebene Lebensdauer: HV-Sicherungen mit Strombegrenzung haben eine kalendarische Lebensdauer von 15-20 Jahren, unabhängig von der Anzahl der Betätigungen - ersetzen Sie sie nach Ablauf der kalendarischen Lebensdauer, auch wenn keine Fehlerbetätigungen aufgetreten sind
• Nach einem körperlichen Schaden: Wulstige Endkappen, Verfärbungen des Sicherungskörpers oder gesprungenes Porzellan weisen auf innere Schäden hin, die einen sofortigen Austausch erfordern.

Umwelt-Derating für Kombigeräte in Netz-Upgrade-Anwendungen

Umweltfaktor	Auswirkungen auf die Kombinationseinheit	Erforderliche Maßnahmen
Umgebungstemperatur > 40°C	LBS und Sicherungsstromreduzierung erforderlich	Anwendung der IEC 62271-1 Temperatur-Derating-Faktoren - Erhöhung der Nennstromauswahl
Höhenlage > 1.000 m	Verringerung der Durchschlagsfestigkeit	Höhenreduzierung gemäß IEC 62271-1, Abschnitt 2.1 - Überprüfung der Spannungswerte
Hohe Luftfeuchtigkeit (> 95% RH)	Risiko der Oberflächenverfolgung der Isolierung	Spezifizieren Sie eine Anti-Tracking-Isolatorbeschichtung oder eine SF6-isolierte Variante
Küsten-/Industrieatmosphäre	Beschleunigte Korrosion von Sicherungsendkappen und LBS-Kontakten	Beschläge aus rostfreiem Stahl und korrosionsbeständige Kontaktbeschichtungen vorsehen

Schlussfolgerung

Die Auswahl des richtigen Kombigerätes für den Schutz von Mittelspannungstransformatoren ist ein fünfstufiger Entwicklungsprozess, bei dem nacheinander die Nennparameter des Transformators, der Systemfehlerniveau, die Koordination der H-Sicherung, die Nennparameter der LBS und die Klassifizierung des Erdungsschalters ermittelt werden - wobei jeder Schritt die Eingangsdaten für den nächsten liefert. Der Wert der Kombinationseinheit als Transformatorschutzlösung liegt genau in der werkseitig geprüften Interaktion zwischen ihren drei Komponenten: der LBS, die das normale Schalten und Trennen übernimmt, der strombegrenzenden HS-Sicherung, die Fehlerströme unterbricht, die die LBS nicht unterbrechen kann, und dem Erdungsschalter, der eine Personenschutzerdung mit E1-Fehlermöglichkeit für den tertiären Rückspeisungsschutz des Transformators bietet. Führen Sie den vollständigen fünfstufigen Auswahlprozess für jede Transformatorschutzposition unabhängig durch, überprüfen Sie alle Parameter der Kombinationsgeräte nach jeder Netzerweiterung, die eine Änderung der Transformatorleistung oder des Systemfehlerniveaus zur Folge hat, legen Sie ausnahmslos die E1-Erdungsschalterklassifizierung für Transformatorabzweigpositionen fest, und überprüfen Sie die Koordination der Ankerspitzen durch das IEC 62271-105-Baumusterprüfzertifikat, bevor Sie ein Kombinationsgerät in eine Transformatorschutzanwendung aufnehmen - denn ein korrekt spezifiziertes Kombinationsgerät schützt den Transformator, während ein nicht korrekt spezifiziertes Kombinationsgerät den gefährlichsten Einzelausfallpunkt des Transformators darstellt.

FAQs zur Auswahl von Kombinationsgeräten für den Transformatorschutz

1. Eine Schutzkennlinie, bei der die Betriebszeit mit zunehmender Stromstärke abnimmt. ↩

2. Spezifiziert die Anforderungen an das Zusammenspiel und die Prüfung von Wechselstromschalter-Sicherungs-Kombinationen. ↩

3. Definiert den maximalen Strom, den der Lasttrennschalter beim Auslösen einer Sicherung unterbrechen muss. ↩

4. Eine numerische Konstante, die zur Berechnung des Spitzendurchlassstroms während eines Kurzschlussfehlers verwendet wird. ↩

5. Gibt die Fähigkeit eines Schalters an, zweimal sicher auf einen Fehler zu schließen, ohne zerstört zu werden. ↩