POB35AD

PRÜFUNG UND DIAGNOSE VON LEISTUNGSSCHALTERN

Kurzfassung: Das programmierbare Netzgerät CPS150 —5 kVA in Wechsel- und Gleichstrom— macht zusammen mit dem bereits vorhandenen POB35AD aus dem Analysator SA10A eine einzige Plattform: Aus- und Einschaltspulen sowie Federspeicher-Aufziehmotoren werden auf demselben Prüfplatz geprüft, unabhängig von ihrer Versorgungstechnik. Jedes Netzgerät arbeitet dort, wofür es ausgelegt wurde, und der historische Engpass rein gleichstromseitiger Aufbauten entfällt.

Amperis Products S.L. · Technische Dokumentation · Schaltbild AMP-SA10-CNX-001, Rev. B

Die technische Prüfung von Leistungsschaltern muss der Vielfalt der elektrischen Konfigurationen in Schaltanlagen gerecht werden. Jahrelang stützten sich Prüfungen an Aus- und Einschaltspulen mit dem Analysator SA10A auf rein gleichstromseitige Netzgeräte wie das POB35AD. Für konventionelle Schaltungen war dieser Aufbau gut geeignet, doch beim Antrieb wechselstromversorgter Federspeicher-Aufziehmotoren stieß er an erhebliche energetische Grenzen — bis hin zur Gefährdung des Netzgeräts selbst durch Überlast. Mit der Integration des CPS150 —5.000 VA, zwischen AC und DC umschaltbar, bis 300 V AC und 424 V DC— ist dieser Engpass überwunden.

Die Grenze des rein gleichstromseitigen Aufbaus

Das POB35AD bleibt ein hervorragendes Gerät für das, wofür es konzipiert wurde: den Schaltspulen eine stabile, gefilterte Spannung zuzuführen —von 10 bis 300 V DC und von 10 bis 250 V AC an unabhängigen Ausgängen für Ausschalten und Einschalten— und den Federspeicher-Aufziehmotor mit bis zu 30 A Gleichstrom zu versorgen, wenn die Batterie der Schaltanlage nicht verfügbar ist. Erst seine Restwelligkeit unter 1 % im Gleichstrombetrieb macht eine belastbare Analyse der Spulenstromverläufe möglich, und seine automatische Prüfung der Mindestausschaltspannung erfüllt die Anforderungen der IEC 62271-100 und der ANSI C37.09.

Das Problem lag nicht an der Qualität des Netzgeräts, sondern an der Art der Prüfung. Ein wechselstromversorgter Federspeicher-Aufziehmotor weist ein Anlaufverhalten auf —hoher Einschaltstromstoß, hoher Crestfaktor, mehrere Sekunden Dauer—, das ein für Gleichstrom ausgelegter Ausgang nicht ohne Schädigung verkraftet. Dem Prüfer blieben zwei Möglichkeiten: auf die Prüfung des Motors unter realen Betriebsbedingungen zu verzichten, oder einen zweiten Prüfplatz mit eigener Wechselstromversorgung aufzubauen und damit Verkabelung, Anschlusszeit und Arbeitsfläche zu verdoppeln.

Das Netzgerät CPS150: 5 kVA programmierbar in AC und DC

Das CPS150 ist ein programmierbares Tisch- oder 19″-Einschub-Netzgerät mit farbigem Touchscreen und Leistungsanschlüssen auf der Rückseite. Es basiert auf digitaler Signalverarbeitung und programmierbarer Logik und lässt sich vollständig über SCPI-Befehle steuern.

Drei Fähigkeiten machen den Unterschied zu einem konventionellen Netzgerät. Die Unterstützung von Crestfaktoren bis 5:1 oder 6:1, mit der sich der Einschaltstromstoß realer Lasten wie der Federspeicher-Aufziehmotoren beurteilen lässt. Programmierbare Spannungsrampen (Slew Rate in V/ms), die den Anlaufstrom kontrolliert begrenzen, anstatt den vollen Sprung anzulegen. Und die Strombegrenzung nach dem Fold-back-Prinzip, die vor dem Einschalten der Spannung eingestellt wird und sowohl die geprüfte Spule als auch die Eingänge des Analysators schützt. Dazu kommen das integrierte Messgerät —bis zu fünfzehn Größen gleichzeitig— und die Transientenbetriebsarten LIST, STEP und PULSE, die wiederkehrende Sequenzen und die Simulation von Versorgungsstörungen im Steuerkreis des Leistungsschalters ermöglichen.

Das neue Anschlussschaltbild AMP-SA10-CNX-001

Das von Amperis entwickelte Schaltbild führt die gleichzeitige Prüfung von Spulen und Motor zusammen. Es nutzt aus, dass der Analysator über zwei unabhängige Versorgungseingangsblöcke verfügt, und teilt die Arbeit auf die beiden Netzgeräte auf:

Dok. AMP-SA10-CNX-001, Rev. B — Prüfung von Leistungsschaltern (HS) mit SA10A, CPS150, POB35AD und der Software BTS11. Gemäß SA10A-Handbuch Rev. 6. Die Klemmenbezeichnungen (450/465, 610/625, 630/645, 730/745) entsprechen einem Hochspannungs-Leistungsschalter als typischem Beispiel.

Aufteilung der Funktionen auf die beiden Netzgeräte

Das CPS150 versorgt den Spulenblock: sein Ausgang L1 (+) führt auf die Klemme Uc des Abschnitts COILS, sein Rückleiter L2 (−) nimmt die Minuspole der Spulen auf. Von Uc aus versorgt der Analysator intern seine eigenen Ausgänge CLOSE und OPEN, die an die Einschaltspule CL-1 (Klemme 610) und an die Ausschaltspule TRIP-1 (Klemme 630) verdrahtet sind. Das ist die Konfiguration zur Ermittlung der Mindestansprechspannung (Pick-up). Das POB35AD versorgt den Abschnitt AUX: sein Pluspol führt auf die Klemme Um, von der aus der Analysator seinen Ausgang MOTOR auf die Klemme 450 speist, mit Rückleitung über 465 direkt auf den Minuspol des Netzgeräts. TRIP-2 (Klemme 730) kann parallel zu TRIP-1 geschaltet oder für eine zweite unabhängige Prüfung auf OPEN umgeklemmt werden.

Die Rückleitung auf die COM-Schienen beider Abschnitte ist in diesem Aufbau nicht optional: sie ist die Verbindung, die die Spannungsüberwachung überhaupt ermöglicht — ohne sie geht die Messung von Uc und Um verloren. Die Minuspole der Spulen (625, 645, 745) müssen direkt auf die Minusschiene des CPS150 zurückgeführt werden.

Lassen sich die Rollen der beiden Netzgeräte tauschen?

Das ist die Frage, die sich beim Blick auf das Schaltbild sofort stellt. Elektrisch ja: beide Netzgeräte decken die Spannungs- und Strombereiche der zwei Kreise ab —das POB35AD liefert von 10 bis 250 V AC und bis 300 V DC mit 30 A, das CPS150 erreicht 300 V mit bis zu 46 A im unteren Bereich— und der SA10A verhält sich in dieser Hinsicht neutral, denn seine Eingänge Uc und Um nehmen jeweils bis 300 V und 32 A auf, unabhängig davon, welches Netzgerät davor liegt. Technisch ist es nicht ratsam, aus je einem Grund in jedem Kreis.

Das CPS150 an den Spulen, wegen seiner Feinregelung

Die entscheidende Prüfung des Spulenblocks ist die der Mindestansprechspannung (Pick-up): der Nachweis, dass der Leistungsschalter bei 70 % seiner Nennsteuerspannung ausschaltet und bei 85 % einschaltet, nach dem Kriterium der IEC 62271-100. Dafür muss die Spannung in präzisen, wiederholbaren Stufen abgesenkt und stabil gehalten werden, während der Analysator die Stromflanke der Spule aufzeichnet. Genau das kann das CPS150 am besten: 0,1 V Auflösung, ±0,3 % Genauigkeit und programmierbare Slew Rates. Es zur Motorversorgung einzusetzen würde seine Stärke verschenken.

Das POB am Motor, wegen seiner Toleranz gegenüber dem Anlaufstrom

Der Federspeicher-Aufziehmotor weist einen Anlaufstromstoß von mehrfachem Nennstrom auf. Elektronische programmierbare Netzgeräte wie das CPS150 verfügen über eine Fold-back-Strombegrenzung, und angesichts dieses Stromstoßes kann genau diese Schutzfunktion die Spannung zurücknehmen oder den Ausgang abschalten — der Motor bleibt dann auf halbem Weg beim Aufziehen der Feder stehen. Das POB35AD ist dafür konzipiert, während der Prüfung die Batterie der Schaltanlage zu ersetzen: es nimmt diesen Stromstoß ohne Weiteres auf, und seine Restwelligkeit unter 1 % im Gleichstrombetrieb hält den Stromverlauf sauber.

Die umgekehrte Konfiguration funktioniert unter günstigen Bedingungen, ist aber die schlechtere: bei der Spulenprüfung geht Genauigkeit verloren, und die Elektronik des CPS150 wird dem Motoranlauf ausgesetzt. So wie das Schaltbild festgelegt ist, arbeitet jedes Netzgerät dort, wofür es ausgelegt wurde.

Sicherheit: was Revision 6 des SA10A-Handbuchs vorschreibt

Dieser Aufbau arbeitet mit Spannungen bis 300 V AC und 424 V DC und mit hohen Strömen in den Steuerkreisen der Schaltanlage. Abschnitt 3.4.1 des Handbuchs, Revision 6, und der Anhang zum Anschluss des programmierbaren Netzgeräts legen nicht verhandelbare Maßnahmen fest:

• Externe Vorsicherungen von ≤ 32 A an Uc und Um: keiner der beiden Eingänge besitzt eine interne Sicherung.
• Anschluss der Schutzerde (PE) zuerst, vor jeder anderen Verbindung.
• Leistungsschalter geschlossen und mindestens einseitig geerdet, bevor an Spulen oder Motor angeschlossen wird.
• Steuerkreis von der Schaltanlage getrennt. Die isolierte Klemme ISOL (weißer 4-mm-Steckverbinder) ist genau dafür vorhanden, die Steuerkreise zu trennen und unbeabsichtigte Schalthandlungen zu verhindern.
• Aufbau mit deaktiviertem Ausgang (Output OFF) und spannungsfreiem Netzgerät; der Ausgang wird erst freigegeben, wenn der Aufbau vollständig und geprüft ist.
• Strombegrenzung (Fold-back / OCP) am Netzgerät eingestellt, bevor Spannung angelegt wird: das CPS150 kann weit mehr Strom liefern, als die Eingänge des Analysators aufnehmen können.
• Verkabelung zuerst zum Analysator, dann zum Prüfobjekt, und berührungssichere Steckverbinder sind zwingend.

Die Ausgangsspannung muss dem Nennwert der geprüften Spule oder des geprüften Motors entsprechen und darf die Eingangsgrenzen des Analysators nie überschreiten. Zwei Dinge sind zu unterscheiden: der an den Versorgungseingängen zulässige Strom (32 A) und der Strommessbereich (bis 90 A DC im Motorkanal). Letzterer beschreibt, was das Gerät aufzeichnen kann, nicht, was seine Klemmen führen dürfen.

Was der SA10A misst, und mit welcher Genauigkeit

Die Leistungsfähigkeit der Netzgeräte ist nur etwas wert, wenn die Erfassung genau ist. Der SA10A tastet alle Kanäle mittels FPGA gleichzeitig ab, mit Frequenzen bis 50 kHz und einer Zeitbasis von ±0,01 % ±1 Abtastwert.

Die Ausgänge CLOSE und OPEN sind halbleitergesteuert, mit einer Kurzschlussstrombegrenzung von 35 A, und der Motorabschnitt ist intern vom Spulenblock getrennt: erst diese galvanische Trennung macht es möglich, beide Netzgeräte gleichzeitig zu betreiben, ohne dass sich die Kreise beeinflussen.

BTS11: eine Bedienoberfläche für beide Netzgeräte

Die gesamte Zeitmessung und die dynamische Erfassung werden in Echtzeit von der Software BTS11 überwacht, die per USB (max. 1 m), RS-232 (max. 2 m) oder Bluetooth mit dem Analysator verbunden ist. Die Zuordnung erfolgt unter Setup → Hardware settings → Power supplies, wo jedes Gerät mit seinem Anschluss und seiner Funktion angemeldet wird: Close + Trip coil supply für das CPS150 und Motor supply für das POB35AD. Die Anmeldung ist frei —die Software gibt keine Aufteilung vor— und sollte deshalb die physische Verkabelung und das im vorigen Abschnitt dargelegte Kriterium getreu wiedergeben. Im Fenster Power Supply's… werden Netzgerät und Ausgang ausgewählt, die Spannung eingestellt und die Schalthandlung ausgeführt, wobei die tatsächliche Spulenspannung und der tatsächliche Spulenstrom gleichzeitig gelesen werden: hier hört die Prüfung der Mindestansprechspannung (Pick-up) auf, ein manueller Vorgang zu sein, und wird zu einer nachvollziehbaren, wiederholbaren Sequenz mit zugehörigem Prüfbericht.

Vom Labor in die Fertigungslinie

Diese Vielseitigkeit ist besonders in der Fertigung von Schaltfeldern und Leistungsschaltern von Bedeutung, wo sie sich bereits als Referenzaufbau durchgesetzt hat: der Trend in der Branche umfasst Steuerschränke, in denen die Ausschaltspulen (TRIP-1, TRIP-2) und die Einschaltspule (CL-1) samt den Federspeicher-Aufziehmotoren je nach Projekt und Endkunden für Wechsel- oder für Gleichstrom ausgelegt sind. Die Prüfung dieser ganzen Vielfalt auf einer einzigen Plattform zu bündeln vereinfacht den Arbeitsablauf drastisch: Umklemmzeiten sinken, die Notwendigkeit mehrerer unabhängiger Prüfplätze entfällt und — vor allem — das Messkriterium wird einheitlich. Schaltzeiten, Spulenströme und Motorverhalten werden immer mit demselben Gerät, derselben Zeitbasis und demselben Berichtsformat aufgezeichnet, sowohl bei der Werksabnahme als auch bei der Inbetriebnahme und der späteren Instandhaltung im Feld.

Fazit

Das Zusammenspiel des Analysators SA10A, des gemeinsamen Betriebs seiner beiden Netzgeräte —das CPS150 liefert die von der Spulenprüfung geforderte Feinregelung, das POB35AD die Robustheit gegenüber dem Anlaufstromstoß des Federspeicher-Aufziehmotors— und der Diagnosesoftware BTS11 bildet eine umfassende, robuste und sichere Lösung für die moderne Leistungsschalterdiagnose. Indem sie die genaue Messung von Zeiten und Strömen bei kombinierten Schalthandlungen gewährleistet, und zwar unter den strengsten Sicherheitsmaßnahmen der industriellen Praxis —vollständige Freischaltung der Leitung, vorheriges Erden und Trennen der Steuerkreise der Schaltanlage—, festigt dieser Fortschritt den SA10A als Referenz für die funktionale Validierung von Hoch- und Mittelspannungs-Leistungsschaltern, unabhängig von ihrer Versorgungstechnik.

Dokumentation und Kontakt

Das vollständige Schaltbild AMP-SA10-CNX-001 Rev. B, der Anhang zum Anschluss der Netzgeräte sowie die Datenblätter des CPS150 und der Baureihe POB sind über die technische Abteilung von Amperis erhältlich.

DOKUMENTARISCHE QUELLEN

1. Benutzerhandbuch des Leistungsschalter-Analysators SA10A, Rev. 6 (21.02.2023), Abschnitte 3.4 und 5.
2. Anhang: Anschluss und Steuerung des programmierbaren Netzgeräts, Amperis Products S.L., Rev. A, Kap. 10.
3. Datenblätter des programmierbaren AC/DC-Netzgeräts CPS150 und des Spulenprüfgeräts und Netzgeräts POB35AD.
4. Anschlussschaltbild AMP-SA10-CNX-001, Rev. B, Amperis Products S.L., 02.07.2026.
5. IEC 62271-100, Hochspannungs-Schaltgeräte — Wechselstrom-Leistungsschalter; ANSI/IEEE C37.09.

Die Spezifikationen gelten bei einer Umgebungstemperatur von +25 °C mit Standardzubehör und können von den Herstellern ohne Vorankündigung geändert werden. Prüfen Sie stets die Angaben auf dem Leistungsschild Ihres Geräts.

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