Elektrischer Prüfstand: Ein Käuferleitfaden zu Typen, Kosten und Spezifikationen

Alle Hersteller von Schutzgeräten stehen vor demselben Problem. Zunächst funktionieren manuelle Testsysteme wie Voltmeter und Zeitmessgeräte bei einer niedrigen Produktionsmenge gut, wenn die Produktionsrate 100 Einheiten oder weniger beträgt. Sobald die Produktion jedoch über diese Zahl steigt, wird das Testen kompliziert und ineffektiv.

Prüfstände bieten eine Lösung für dieses Problem, und es gibt viele Arten von Maschinen, angefangen von einer einfachen Desktop-Testmaschine bis hin zu einer vollautomatischen Linie von mehreren hundert Metern Länge. Das führt zu einer großen Preisspanne. In diesem Artikel sprechen wir über die verschiedenen Arten von Prüfständen sowie deren Komponenten und Preise.

Zusammenfassend lässt sich die Definition eines elektrischen Prüfstands als Ausrüstung beschreiben, die entweder stationär oder halbstationär betrieben werden kann und dazu dient, einen Leistungsschalter, Schütz oder andere Geräte zu testen und Messwerte zu erhalten, die mit den akzeptierten Referenzwerten verglichen werden. Die Kosten für elektrische Prüfstände können von 2.000 € für eine Einheit, die nur eine bestimmte Funktion ausführt, bis zu 50.000 € und mehr für eine automatisierte Linie variieren. Für verschiedene Modelle von einfachen tragbaren Prüfständen sollte man mit Kosten zwischen 8.000 € und 30.000 € rechnen. Die Effizienz des Prüfstands wird eher durch technische Stillstandszeiten als durch die Genauigkeit der Maschine bestimmt.

Was ein elektrischer Prüfstand tatsächlich leistet

Wenn man die Schränke wegnimmt, kann ein Prüfstand vier Grundaufgaben erfüllen. Er erzeugt den gewünschten Strom oder die gewünschte Spannung im zu testenden Objekt. Er misst auch die Reaktion des getesteten Objekts, d.h. er misst Auslösezeit, Auslösestrom oder einen Kontaktwiderstand bzw. Isolationswiderstand. Anschließend vergleicht er die gemessenen Ergebnisse mit den Standardgrenzwerten gemäß den Kundenanforderungen. Die letzte Funktion des Prüfstands ist die Aufzeichnung der Ergebnisse.

Im Gegensatz zu dem, was Käufer vielleicht denken, ist die letzte Funktion sehr wichtig. Ein Gerät, das testet, aber nicht aufzeichnet, hinterlässt Ihnen einen Stapel Dokumente ohne Nachverfolgbarkeit. Ein Gerät, das aufzeichnet, liefert Ihnen einen Datensatz, der für Garantieansprüche dienen kann.

Die Prüfstandstypen und was jeder beweist

Von sechs Kategorien wird der Großteil des Marktes abgedeckt. Alle sechs Typen sind keine Alternativen zueinander.

• Auslösekennlinien-Prüfstand. Er wendet Vielfache des Nennstroms an und misst die Auslösezeit an verschiedenen Punkten. Für einen kleinen Leistungsschalter wird dieser Prüfstand für thermische Bandtests bei 1,13 und 1,45 des Nennstroms sowie für magnetische Bandtests bei 2,55-fachem und später bei 5- oder 10-fachem Strom für die Kurven B, C und D verwendet. Dies ist der Hauptprüfstand für jedes MCB- und RCBO-Design.
• Fehlerstrom-Prüfstand. Es führt RCCB- und RCBO-Tests bei 0,5 des Nennfehlerstroms für keinen Auslöser, bei Nennstrom für Auslösezeit und bei 5-fachem Wert für schnelle Auslöseanforderungen durch. Typ A, F und B Geräte benötigen eine Gleichstrom- oder Mischfrequenz-Testquelle, die ein anderer Generator ist, und keine Softwareoption. Der Prüfstand, der keinen stabilen Gleichstrom liefern kann, kann Typ B Geräte nicht testen, und dies wird im Zertifikat angegeben.
• Sofort- und Lebensdauertest-Prüfstand. Er führt viele Tausende von Schaltvorgängen bei Nenn- und Überlaststrom durch und überprüft die Fähigkeit des Mechanismus und der Kontakte, diesen standzuhalten. Standard-Ausdauerwerte für hausgemachte Leitungsschutzschalter liegen bei etwa 4000 elektrischen und 10000 mechanischen Schaltzyklen, und der Lebensdauertest-Prüfstand ist der Nachweis dafür.
• Umfassender Schutzschalter-Prüfstand. Dieser Prüfstand ist eine Kombination aus Auslösetests, Isolationswiderstandsmessungen, Kontaktwiderstandsmessungen und mechanischen Zeitmessungen, üblicherweise verwendet für Leistungsschalter und Luftleistungsschalter, bei denen ein Prüfstand für vollständige Tests ausreicht. Er testet alle Auslöseeinheiten, Schließspulen und Hilfskontakte.
• Schütz- und Anlaufprüfstand. Er misst die Anzugs- und Abfallspannung, Spulenstrom, Widerstand über alle Pole und zählt mechanische Schaltvorgänge. Die Testlogik unterscheidet sich von der eines Schutzschalters, da die Akzeptanzkriterien unterschiedlich sind, und ein umfassendes Schützprüfgerät deckt die Spule, die Hauptkontakte und den Hilfsblock in einem Zyklus ab.
• Alterungs- und Dauertest-Prüfstand. Er betreibt die Geräte über einen längeren Zeitraum bei hoher Temperatur oder Nennstrom mit Hilfe spezieller Vorrichtungen, um Drift zu erzeugen. Er dient als Zuverlässigkeitstest und nicht als Ausgangskontrolle der Geräte.

Was sich im Prüfstand befindet

Die Stückliste listet klar die Preise auf und erklärt, warum die beiden Angebote einen dreifachen Unterschied aufweisen.

• Stromversorgung. Ein Transformator und ein Regler oder eine Halbleiterversorgung, die den maximalen Teststrom erzeugen kann. Dies ist die teuerste Komponente, jedoch die am häufigsten unterdimensionierte.
• Spannungsversorgung. In den meisten Konfigurationen ist die Spannungsquelle unabhängig von der Stromversorgung und für Isolations- und Dielektriktests notwendig.
• Messeinrichtung. Diese umfasst den Shunt, Stromwandler, Datenerfassungskarte und Kalibrierzertifikat. Der Prüfstand ist nur so gut wie seine Kalibrierung, die eine zusätzliche jährliche Ausgabe darstellt. Bei einem Leistungsschalter oder Luftleistungsschalter muss die Kette auch die Auslöseeinheit auslesen, weshalb ein Prüfstand, der auf ACB-Testabläufe ausgelegt ist, eine Kommunikationsschnittstelle besitzt, die eine MCB-Station nicht hat.
• Schutzsystem. Dies ist die Anordnung von Schützen, Relais und Verriegelungen, die für die korrekte Leitung des Prüfstroms und den Schutz des Bedieners wichtig sind. Die Sicherheitsverdrahtung ist der Bereich, in dem üblicherweise Kosten eingespart werden.
• Vorrichtungen und Handhabungsausrüstung. Dies ist das System von Klemmen, die das Gerät halten, die Anordnung der Sammelschienen, die das Gerät verbinden, und die Vorrichtung zum Beladen der Geräte. Für Hochleistungslinien ist die Effektivität des Vorrichtungsdesigns noch wichtiger als die der Elektronik.
• Software. Dies umfasst die Testsequenz, Grenzwerttabellen, Bestehen/Nichtbestehen-Logik, Datenbank und Berichtsvorlage.

Es sollte beachtet werden, dass die mechanische Handhabung von den Käufern oft übersehen wird, nur um später zu erkennen, wie wichtig sie ist. Eine Prüfbank, die im Durchschnitt zwei Minuten zum Klemmen jedes Geräts benötigt, wird trotz schneller Testdurchführung eine geringe Ausbringungsrate haben.

Was es kostet, über das gesamte Spektrum

Die unten genannten Preise entsprechen den Richtwerten von 2026. In China gebaute Stationen sind am günstigsten, während Geräte aus Europa und Japan am teuersten sind.

Der Übergang von einer manuellen Station zu einer vollautomatisierten Linie gilt als die beste Investition und der beste Ort für eine Amortisationsberechnung. Eine manuelle Einrichtung kann einen Bediener haben, der während einer Schicht etwa 150 Geräte bearbeitet. Eine automatisierte Linie, die ungefähr dieselbe Elektronik verwendet und bessere Techniken zur Handhabung der Geräte einsetzt, kann etwa 1.200 Geräte verarbeiten. Ob sich dieser Unterschied auszahlt, hängt von Volumen, Arbeitskosten und Kosten für das Entkommen von Fehlern ab, und diese Analyse von der Amortisation bei automatisiertem versus manuellem MCB-Test arbeitet mit realistischen Annahmen, nicht mit optimistischen.

Neben dem Kaufpreis sollten zwei Kosten sofort im Budget berücksichtigt werden: Kalibrierung, die jährlich einen kleinen Prozentsatz der Maschinenkosten ausmacht, und Ersatzteile für Vorrichtungen und Kontakte, die schneller verschleißen als erwartet.

Wie eine Testsequenz abläuft

Die Sequenz ist wichtig, da sie die Zykluszeit beeinflusst und eine schlechte Organisation der Sequenz gute Ausbringung ruinieren kann.

Der Prozess beginnt mit der Identifikation. Das Lesen des Barcodes verknüpft die Seriennummer des Produkts mit den Testinformationen, sodass eine fehlerhafte Identifikation durch den elektrischen Stromfluss ausgeschlossen wird.

Danach folgt der Test auf Stromlosigkeit: Er besteht aus einer Sichtprüfung und der Impedanzmessung an den geschlossenen Kontakten. Schlechte Verbindungen erfüllen die technischen Anforderungen des Wärmetests bei der Durchführung nicht.

Der Isolationswiderstandstest folgt. Das Gerät wird bei einer Spannung von 500 V für die Nennspannung von 250 V oder darunter und bei einer Spannung von 1000 V für die Nennspannung von mehr als 250 V getestet. Üblicherweise geben die Spezifikationen an, dass ein gutes Gerät einen Widerstand von mehr als 100 MΩ aufweist, und alles unter 1 MΩ als Fehler betrachtet wird.

Danach folgen Auslöseprüfungen. Die Tests, einschließlich Auslösungen bei unterschiedlichen Strömen, werden in Folge durchgeführt. Der gesteuerte Ablauf der Auslösungen (unter Berücksichtigung der Pausen dazwischen) hilft, falsches Bestehen aufgrund der Verwendung von Heizbimetallen zu vermeiden.

Bezüglich Fehlerstromschutzschaltern wird in diesem Fall der halbe Nennstrom für das Ausbleiben der Auslösung angelegt, der Nennstrom für die Zeitmessung und das Fünffache des Nennstroms für die Geschwindigkeit.

Schließlich wird mit markiertem Gerät und isoliertem Fehler der Datensatz erstellt. Die Routing-Entscheidung ist eine mechanisch-technische Angelegenheit, und eine bankbasierte Entscheidung wird nur von Personal ignoriert, das unter Druck arbeitet.

Dauerlauf führt dieselbe Sequenz tausendfach ohne Bediener aus, was ein anderes technisches Problem darstellt. Ein ATS-Alterungsprüfstand ist für diesen Modus gebaut: unbeaufsichtigtes Durchlaufen, Driftprotokollierung und eine Fehleraufzeichnung, die einen Stromausfall übersteht.

Wer baut diese Prüfstände

Der Markt ist in drei Kategorien unterteilt, und die richtige Wahl hängt vom durchzuführenden Test ab.

• Gerätehersteller. Fluke, Megger, Chauvin Arnoux, Kyoritsu, Omicron usw. Ihre Produkte umfassen tragbare und stationäre Geräte, die gut dokumentiert sind und internationalen Support sowie Kalibrierung über ihre Vertriebspartner bieten. Diese Gerätehersteller sind die beste Wahl für Tests unter Feldbedingungen oder Labore, die Tests an wenigen Geräten pro Tag durchführen.
• Spezialhersteller von Prüfständen. Diese Unternehmen fertigen Prüfstände nach den Anforderungen der spezifischen Geräte und sind üblicherweise mit Produkttransport und der erforderlichen Software für diesen Produkttyp ausgestattet. Der Vorteil dieser Prüfstände ist, dass die Tests bereits gemäß den entsprechenden Normen durchgeführt werden. Der Nachteil ist die Unfähigkeit, die Tests bei Produktänderungen anzupassen.
• Hersteller von Produktionslinien. Diese Unternehmen erstellen Prüfstände, die Teil von Produktionslinien sind, einschließlich Handhabung, Markierung, Sortierung, Datenerfassung usw. Dies ist der richtige Weg ab einem bestimmten Volumen, und der Vergleich von MCCB-Prüfstandherstellern zeigt auf, worauf bei jedem Lieferantentyp zu achten ist, einschließlich der Frage, die die meisten Käufer vergessen zu stellen: die Verfügbarkeit von Ersatzteilen in fünf Jahren.

Wo Benlong passt

Wir erstellen Prüfstände und Linien für Gerätehersteller, nicht Geräte für Elektriker, und das beeinflusst all unsere Konstruktionen. Unsere Kunden führen die Tests an ihren eigenen Geräten durch, müssen jedoch das Produktionstempo und die von ihren Kunden bewerteten Standards einhalten.

Das bedeutet, dass es in unseren Designs drei unverhandelbare Punkte gibt. Erstens werden die Testprotokolle mit dem Qualitätsingenieur des Kunden auf der Grundlage vorab festgelegter Standards vereinbart, anstatt aus dem Inventar ausgewählt zu werden. Zweitens wird die Vorrichtung speziell für dieses Gerät entworfen, da eine universelle Klemme, die alles fixiert, nicht gut funktionieren kann. Schließlich werden die Daten in einem für das ERP-System des Kunden geeigneten Format an die vom Kunden verwaltete Datenbank gesendet.

Das typische Projekt beginnt mit der einen Messung, die unsere Kunden derzeit nicht nachweisen können. Dies kann der magnetische Auslösepunkt des C-Kurven-Geräts, der Kontaktwiderstand nach 2.000 Zyklen oder die gesamte Prüfzeit pro Einheit sein. Die Prüfanlage wird um diese Messung herum aufgebaut und erhält erst danach weitere Messungen. Daher erstellen wir eine Maschine, die auf das Problem angewendet wird, anstatt eine aus dem Katalog.

Was wir nicht tun, ist, die Prüfanlage als Blackbox zu verkaufen. Wenn die Akzeptanzkriterien nicht klar festgelegt sind, arbeitet die Anlage basierend auf dem, was bei der Inbetriebnahme programmiert wurde.

Spezifikations-Checkliste vor der Unterzeichnung

Sollte ein Lieferant eine der acht oben genannten Fragen nicht beantworten können, bedeutet dies, dass er nicht auf die Bestellung vorbereitet ist.

• Welche Stromstärke kann ein Tester erzeugen und wie lange?
• Liefert die Stromversorgung während des Tests eine stabile Regelung?
• Welche Normen werden im Test abgedeckt?
• Wie lange dauert der Wechselprozess?
• Wie häufig erfolgt die Kalibrierung und wer ist dafür verantwortlich?
• Was passiert mit den Testergebnissen, wenn der Computer stromlos wird?
• Welche Ersatzteile sind Verbrauchsmaterialien, wie lange halten sie und sind sie in fünf Jahren verfügbar?
• Was ist das SAT (Site Acceptance Test) in der Fabrik und wer ist daran beteiligt?

Der Wechselprozess der Prüfanlage bestimmt, ob sie in drei Jahren noch betriebsbereit ist. Tatsächlich wird eine Anlage mit einer Wechselzeit von vierzig Minuten nur für eine Bewertung verwendet, und das Qualitätsaudit wird eine große Lücke im Qualitätsnachweis aufzeigen.

Häufig gestellte Fragen

Wofür wird eine elektrische Prüfanlage verwendet?

Strom- und Spannungssignale sollten einem Schutzgerät oder System zugeführt werden, um dessen Reaktion im Vergleich zur Referenzreaktion zu messen und die Ergebnisse unter einer spezifischen Objektidentifikation zu dokumentieren. Das Gerät dient der Qualitätskontrolle und Prozesssteuerung in einer Fabrik und wird für Tests und Entwicklungen im Labor verwendet.

Wie viel kostet eine solche Anlage?

Eine Einzelfunktionsmaschine kann für $2.000-$6.000 erworben werden, während eine komplette Prüfanlage etwa $60.000 kostet. Das teuerste Projekt ist eine automatisierte Linie, die $50.000-$200.000 kostet. In dieser Kategorie gibt es auch tragbare Phasenprüfgeräte, die $8.000-$30.000 kosten und oft gewählt werden, da sie auch für Inbetriebnahmearbeiten im Feld von Vorteil sein können.

Kann eine Prüfanlage sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromschutzschalter testen?

Vorausgesetzt, es wird richtig gebaut, unter Verwendung einer Gleichstromversorgung. Aufgrund der Unterschiede in den Eigenschaften von Gleichstromunterbrechungen ist zu beachten, dass der Prüfstrom bei Gleichstromgeräten für einen spezifischen Wert der Zeitkonstante eingestellt wird, üblicherweise etwa mehrere Millisekunden. Darüber hinaus muss man sich daran erinnern, dass ein Prüfstand mit Wechselstromversorgung, die an den Gleichrichter angelegt wird, einen bestimmten Wert erzeugt, der jedoch nicht unbedingt den Anforderungen entspricht.

Wie oft muss ein Prüfstand kalibriert werden?

Die Kalibrierungsfrequenz wird als jährlich betrachtet. Der spezifische Kalibrierungsprozess wird für die jeweilige Quelleinheit, die Messkette und die Zeitbasis separat durchgeführt. Wenn ein Prüfstand in Betrieb genommen wird, wird sein Kalibrierzertifikat Teil der Qualitätsdokumentation und daher ist die Frequenz gemäß den Vorschriften einzuhalten.

Benötige ich eine automatisierte Linie oder reicht ein manueller Prüfstand aus?

Für alles unterhalb der Grenze von 500 Maschinen pro Tag ist ein mobil einsetzbarer Prüfstand, der professionell organisiert und mit effektiven Geräten ausgestattet ist, in der Regel die bessere Option, da die Änderungsrate für die Anwendung viel schneller ist und das investierte Kapital sicherer ist. Bei höheren Produktionsmengen dauert der Prozess länger und die Amortisationszeit der Automatisierung wird in Arbeitsstunden und durch die reduzierte Anzahl von Fehlern während der Prüfung gemessen.

Referenzen

• NETA — Internationale Vereinigung für elektrische Prüfungen
• Fluke — Elektrische Prüf- und Messinstrumente
• Chauvin Arnoux — Tragbare Prüf- und Messgeräte
• OMICRON — Schutz- und Primärinjektionstests
• UL Solutions — Normen für Leistungsschalter und Schutzgeräte

Abschluss

Die Bewertung der Ansprechzeiten ist einfach. Wenn ein Konstrukteur schon längere Zeit in diesem Bereich tätig ist, wird er in der Lage sein, die gewünschte Genauigkeit der Instrumentierung von einer Millisekunde zu erreichen. Eine Mindestbetriebsdauer von zehn Jahren der Fabrik kann mit Hilfe von Geräten erreicht werden, die die Umrüstzeiten auf wenige Minuten minimieren und in jedem Betriebszyklus die erforderlichen Ergebnisse unter Einhaltung aller Qualitätsanforderungen liefern.

Zusammenfassend muss man Umrüstzeiten schaffen, reibungslose Aufzeichnungsprozesse verwenden, notwendige Anforderungen umsetzen und erst dann die Elektronik berücksichtigen. Sobald wir die Ausrüstung, den Durchsatz und den Compliance-Punkt verstehen, kann ein gutes Design des Prüfstands erfolgen.