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Federklemmen in kombinierten Prüffeldern mit bis zu 5000 A

 5. Dezember 2022
Kontaktfreudig bei Hochstrom

In kombinierten Prüffeldern werden Geräte und Anlagen der Hoch- und Mittelspannungstechnik auf Herz und Nieren geprüft: Zur Qualitätssicherung müssen die geforderten elektrischen Eigenschaften durch umfangreiche Prüfabläufe nachgewiesen werden. In den Prüffeldern ist Sicherheit oberstes Gebot. Das gilt für sämtliche Bereiche und jeden Prozess – jedes Detail zählt. So setzt die Hitachi Energy Germany AG am neuen Standort des Technology Centers Germany auf Federzugklemmen statt Schraubverbindungen.

In Karlstein am Main entsteht ein modernes Prüffeld für Hochspannungs- und Hochstromprüfungen. Das Labor ist Teil des globalen Technology-Centers von Hitachi Energy. Vor der endgültigen Installation oder nach technischen Überprüfungen müssen Hochspannungskomponenten, die in der elektrischen Energietechnik eingesetzt werden, umfangreichen Hochspannungsprüfungen unterzogen werden.
Bei Leistungsschaltern oder Isolatoren werden Eigenschaften wie thermische und elektrische Festigkeit sowie das Betriebsverhalten unter extremen Strömen und Spannungen geprüft. Leistungsschalter müssen dabei beweisen, dass sie nicht nur in der Lage sind, Betriebsspannungen zu halten, sondern im Fehlerfall auch Überspannungen zu verkraften. Bei den sogenannten Erwärmungsprüfungen wird der Temperaturanstieg bei Nennlast geprüft. Für den Neuentwurf, die Installation und Einrichtung dieses Prüffeldes wurde die Ingenieurgesellschaft IDEAS beauftragt. IDEAS ist spezialisiert auf Projektierung, Bau und Inbetriebnahme von Energieanlagen und Energiesysteme, Blockheizkraftwerke, Stromversorgungen von Rechenzentren sowie Trink- und Abwasseranlagen.

Raum und Zeit einsparen

Christian Müller, Geschäftsführer von IDEAS, fasst den Auftrag folgendermaßen zusammen: „Aus bislang drei getrennten Prüfplätzen für Hochstrom-, Hochspannungs- und Stoßspannungsprüfung sollte ein kombiniertes Prüffeld an einem anderen Standort entstehen. Wir haben also vorhandene Komponenten wie Transformatoren wieder eingesetzt. Damit das neue Prüffeld verlässlich die aktuellen Sicherheitsvorschriften erfüllt, waren umfangreiche elektro- und automatisierungstechnische Neuplanungen notwendig. Und das innerhalb von kürzester Zeit.“

Zum ressourcenschonenden Konzept von Hitachi Energy gehört auch der nachhaltige Umgang mit der Ressource Raum: „Mehr umbauter Raum bedeutet mehr Baumaterial, mehr versiegelte Fläche, höherer Energieaufwand, größerer CO2-Fußabdruck, höhere Kosten und so weiter“, so Matthias Schmalz, Head of Technology Center DE Hitachi Energy. Ergänzend fügt er hinzu: „Wir wollen konzernweit mit sämtlichen Ressourcen verantwortungsvoll umgehen.“

Die Zusammenlegung der bislang getrennten Prüffelder machte einen kompakteren Gesamtaufbau notwendig und so gab es konkrete Vorgaben für die effiziente Raumausnutzung: „Der Schaltschrank für das Hochspannungsprüffeld durfte zum Beispiel nicht größer sein als 120 × 40 cm“, erklärt Müller und weiter: „Bei Leitungsquerschnitten von 95 mm² bleibt da wenig Platz. Dazu machten die Sicherheits- und Kalibrierungsvorgaben es zwingend erforderlich, dass wir viele Messabgänge sowie Ein- und Ausgänge im Schrank mit einplanen mussten.“

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Höchstmaß an Ordnung bei einem Minimum an Platz: Dank WAGO Hochstromklemmen und kombinierten Strom- und Spannungsabgriffen für die Messung der Einspeiseleistung herrscht perfekte Übersichtlichkeit. Die trotz Berührschutz zugänglichen 4mm-Prüfanschlüsse erlauben die sichere Durchführung von Wiederholungsprüfungen.

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Ein traditioneller Aufbau mit Schraubklemmen kam für uns nicht infrage, also entschlossen wir uns für Hochstromreihenklemmen von WAGO. Die einfache Handhabung von Federzugklemmen ist einfach unschlagbar.
Christian Müller, Geschäftsführer der IDEAS GmbH

Maximale Zuverlässigkeit bei minimalem Platzbedarf

Damit der Prüfstromkreis über zwei unabhängige Trennstellen sicher vom Netz getrennt werden kann, sind zwei Schütze im Einsatz und der Stromkreis muss somit mehrfach durch den Schaltschrank geführt werden. Bei den vorgegebenen Schrankmaßen sahen die Planer bei IDEAS nur eine mögliche Lösung: „Ein traditioneller Aufbau mit Schraubklemmen kam für uns nicht infrage, also entschlossen wir uns für Hochstromreihenklemmen von WAGO“, so Müller zum grundlegenden Konzept. Seine Firma arbeitet seit Jahren in sehr vielen Projekten mit Installations-, Interface- und Automatisierungstechnik von WAGO und auch bei dieser Herausforderung sieht sich Müller in seiner Wahl bestätigt: „Die einfache Handhabung von Federzugklemmen ist einfach unschlagbar.“

Die Vorteile zu konventionellen Schraubklemmen sind vielfältig. Selbst bei Leitungsquerschnitten von 95 mm² ist die Verwendung von Kabelschuhen oder Aderendhülsen nicht erforderlich. Mit einem Betätigungswerkzeug wird die Anschlussstelle geöffnet und durch Betätigen des Verriegelungselements arretiert. Der Leiter kann dann eingeführt werden und mit einem kurzen Linksdreh am Werkzeug wird er optimal geklemmt. „Da gibt es kein Gefummel, keinen Drehmomentschlüssel, einfache Einhandbedienung – was will man mehr? Es gibt kein einzuhaltendes Anzugsdrehmoment und im Gegensatz zu Schraubverbindungen sind die Federklemmen absolut wartungsfrei“, freut sich Müller.

Am Ausgang des Prüftransformators können bis zu 5000 A anstehen. Die eingesetzten WAGO Klemmen weisen einen Bemessungsstrom von 232 A auf und befinden sich auf der Eingangsseite des Trafos, an dem ca. 150 A anliegen. Gerade bei extremen Strömen an solchen Prüfplätzen sind Klemmverbindungen klar im Vorteil: Da sich die Kupferkabel bei Erwärmung ausdehnen und Fließphänomene auftreten können, kann es bei Schraubverbindungen beim Abkühlen allmählich zur Lockerung der Kontakte kommen. „Das geschieht natürlich über Jahre, aber ist eben einer der Gründe, weshalb Schraubverbindungen als Wartungsverbindungen gelten“, erklärt der Geschäftsführer und Elektroingenieur.

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Für jede Phase einer: Die drei Stelltransformatoren werden von Hitachi Energy in Karlstein am Main eingesetzt, um das Verstellen von Ausgangsspannungen mit gleichbleibender Sinusform zu erreichen.

Durchdachte Details

An das Prüffeld werden höchste Sicherheits- und Prüfanforderungen gestellt. Daher müssen Prüf- und Messkreis zugänglich sein. WAGO bietet hierfür einerseits Strom- und Spannungsabgriffe für die Hochstromklemmen an, die komfortabel in den Brückerschacht eingesteckt werden und eine integrierte Sicherung für nachgeschaltete Energiemessgeräte bereitstellen. Andererseits besitzen die Hochstromklemmen selbst einen Potentialabgriff direkt an der Einspeisung. Das spart bei der Installation nicht nur Platz, denn weitere Elemente müssen nicht extra verdrahtet werden, sondern auch Zeit. Gleichzeitig gestattet diese Kombination exakte Messergebnisse durch Einhaltung der Genauigkeitsklasse 0,5 gemäß DIN EN 61869-2, der internationalen Normenreihe für Messwandler. „Dieser Abgriff bleibt trotz aufgestecktem Berührschutz zugänglich.“, legt Maik Hessel dar.

Dieser Strom- und Spannungsabgriff bleibt trotz aufgestecktem Berührschutz zugänglich.
Maik Hessel, Business Development Interface Electronics

Für noch mehr Übersichtlichkeit lassen sich sämtliche Hochstromklemmen einheitlich mit WMB-Beschriftungsschildern kennzeichnen. Eine übersichtlichere Bedienung und gleichzeitig weiter erhöhte Sicherheit erlaubt das in der Tür des Schaltschranks montierte Touch Panel TP 600 von WAGO. Hierüber werden von der ebenfalls von WAGO gelieferten Steuerung, ein Controller aus der I/O-System-Serie 750, generierte Meldungen ausgegeben. Das dient dem Arbeitsschutz und effizienteren Arbeitsabläufen: Da im Prüffeld nicht nur Elektrotechniker, sondern auch viele Mechaniker arbeiten, die für eventuelle Fehlersuchen den Schaltschrank nicht öffnen dürfen, werden Betriebszustände auf dem Display visualisiert. Alarmtexte geben eindeutige Hinweise auf Störungsursachen. In Zukunft können diese auch durch explizite Handlungsanweisungen zur Störungsbeseitigung erweitert werden.

„Darüber hinaus ist die Wartungsfreiheit der Hochstrom-Reihenklemmen ein unschlagbarer Sicherheitsaspekt“, ergänzt IDEAS-Geschäftsführer Müller. „Gerade bei extremen Strömen und hohen thermischen Belastungen sind schlechte Kontaktstellen echte Sicherheitsrisiken. Dieses Risiko ist durch Einsatz von Federzugklemmen problemlos beherrschbar: Die Kontaktkraft ist stets optimal, denn die Feder „denkt“ mit!“

Fotos: Mathias Leischner Photographie

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