KRU K-12 (K-XII) mit Bemessungsstrom 3150 A – Ersatz des ausfahrbaren Einschubs (Retrofit)

Retrofit ist eine technologisch und wirtschaftlich effiziente Methode, die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit von metallgekapselten Mittelspannungsschaltanlagen (KRU) und einseitig bedienbaren Schaltfeldern (KSO) zu erhöhen – ohne Zelle und Sammelschienenanlage auszutauschen. Der Kern der Modernisierung für KRU K-12 (K-XII) mit 3150 A besteht in der Ersetzung des Ölleistungsschalters durch einen modernen Vakuum- oder SF₆-Leistungsschalter, der Installation eines neuen ausfahrbaren Einschubs (Wagens) mit adaptierten Steckkontakten, modernisierten Verriegelungen und Sekundärsteckverbindern sowie – bei Bedarf – der Erneuerung des Shutter-Mechanismus, des Erdungsschalters und des Schutz- und Leittechnikfachs. Dieser Ansatz verkürzt Stillstände, reduziert Betriebsrisiken und Wartungskosten und bringt die Schutztechnik auf den aktuellen Stand.

Zweck und Einsatzbereich

Das Retrofit der KRU K-12 (K-XII) dient der Verteilung elektrischer Energie in Mittelspannungsnetzen 6(10) kV in Umspannwerken von Energieversorgern und Industrieanlagen. Das Konzept wird in Einspeise- und Sektionierungsfeldern, Abgangsfeldern zu Kabelstrecken und Leistungstransformatoren, in Eigenbedarfsnetzen von Kraftwerken sowie in Projekten der Öl-&-Gas-, Bergbau-/Metallurgie-, Chemie-, Verkehrs- und Wasserinfrastruktur eingesetzt. Der Austausch des ausfahrbaren Einschubs und des Leistungsschalters ist insbesondere sinnvoll bei:

ausgeschöpfter Lebensdauer des Ölleistungsschalters und steigender Ausfallrate infolge Alterung von Isolation und Mechanik;
höheren Kurzschlussströmen nach Netzerweiterung oder der Installation leistungsstärkerer Transformatoren;
Umstellung der Station auf digitale Schutz- und Automatisierungsterminals mit Anforderungen an schnelles und selektives Abschalten;
Senkung der Betriebskosten (Wegfall des Ölmanagements, geringere Revisionsaufwände, keine Leckagen/Entsorgung).

Unsere Modernisierung bewahrt die geometrischen Anschluss- und Einbaumaße der KRU K-12 und erfordert keine Änderungen an Fundamenten, Kabeleinführungen oder Sammelschienenbrücken. Bei Bedarf erfolgt eine Block-Erneuerung des Fachs des ausfahrbaren Einschubs einschließlich Türen und Mechanismen – besonders vorteilhaft bei verschlissenen Führungen und Verriegelungselementen.

Technische Daten (typischer Bereich)

Parameter	Wert / Bereich	Hinweis
Bemessungsspannung	6 / 10 kV (50 Hz)	Abhängig von Zelle und Netz
Bemessungsstrom der Hauptstrombahn	bis 3150 A	Erwärmungsnachweis gemäß Prüfprogramm
Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom	31,5 / 40 kA	Abhängig von der Schalterauswahl und Netzdaten
Thermischer Kurzzeitstrom (1–3 s)	31,5 / 40 kA (1–3 s)	Thermische Festigkeit der Hauptstrombahn
Stoßstrom	bis 80 / 100 kA (Peak)	Abhängig von der Gerätekategorie
Verschleißfestigkeitsklassen des Schalters	E2 / M2	Schalt- und mechanische Lebensdauer
Schalterantrieb	Federantrieb (motoraufladend) / Magnetantrieb	mit Fernsteuerung
Erdungsschalter	manuell / motorisch	mit vollständigem Verriegelungspaket
Schutzart der Fronttüren	IP31…IP41 (Front)	Auswahl nach Einsatzbedingungen
Strom-/Spannungswandler	Klassen 5P/10P/PX, 0,2S/0,5	nach IEC 61869-2/-3
Schutz- und Leittechnik	Numerisch, mit Ereignisspeicher	Modbus, IEC 60870-5-104, optional IEC 61850
Betriebsbedingungen	-5…+40 °C, rF ≤95 %, H≤1000 m	Besondere Bedingungen nach Vereinbarung
Lebensdauer	≥20 Jahre bei planmäßiger Wartung	Schalterlebensdauer ≥10 000 Schaltspiele

Betriebsbedingungen

Das Lösungskonzept ist auf Standard-Umgebungsbedingungen für Mittelspannungsschaltanlagen ausgelegt: Umgebungstemperatur von -5 °C bis +40 °C (Tagesmittel ≤+35 °C), Aufstellhöhe bis 1000 m über NN, relative Feuchte bis 95 % ohne Kondensation sowie normale Verschmutzungs- und Vibrationspegel im Schaltraum. Referenz: EN/IEC 60721-3-3. Für „raue“ Umgebungen sind folgende Ausführungen verfügbar (Referenz: EN/IEC 60721-3-4):

kaltes Klima (-25…-45 °C) - Einsatz von Antikondensationsheizungen, Feuchtesperren sowie ggf. angepassten Schmier- und Isolierstoffen;
erhöhte Aufstellhöhe (>1000 m) - Anpassung der Isolationsabstände und/oder Herabsetzung der Isolationsniveaus nach Projektberechnung;
erhöhte Feuchte und Staubbelastung - Wahl höherer Schutzarten der Fronttüren, Dichtung der Einführungen, Korrosionsschutz der Stahlblechkonstruktion;
Erdbebenzone, Marine- und Tropenausführung - nach gesonderter Vereinbarung mit Nachweis durch Typprüfungen bzw. Berechnungen.

Bei KRU mit 3150 A liegt besonderes Augenmerk auf den thermischen Verhältnissen und der Belüftung der Frontzone: Wir prüfen die Erwärmung der stromführenden Teile, Kontaktpaare und Sammelschienenabzweige (Thermokamera/IR-Kontrolle während der IBN) und vergrößern bei Bedarf den Querschnitt flexibler Verbindungen; versilberte Kontaktflächen mit Anpresskraftkontrolle kommen zum Einsatz.

Aufbau und konstruktive Lösungen

Der modernisierte ausfahrbare Einschub (Wagen) für K-12 ist als Drop-in-Lösung ausgelegt: Er übernimmt die wesentlichen Anschlussmaße und die Fahrlogik sowie die Schnittstellen zum Shutter-Mechanismus, zum Erdungsschalter und zu den Feld-/Sektionen-Verriegelungen. Hauptbaugruppen:

Leistungsschalter - Vakuum (bevorzugt für 6–10 kV) oder SF₆, mit Feder- oder Magnetantrieb. Unterstützte Klassen E2/M2, hohe Ausschaltleistung (typisch 31,5/40 kA), Lebensdauer ≥10 000 Schaltspiele O-E.
Adapter der Steckkontakte - stellt die Kompatibilität der neuen Kontakte mit den Sammelschienen- und Kabel-Gegenstücken der K-12-Zelle sicher; Geometrie der Führungen und Anschläge bleibt erhalten, um die Stellungen „Prüf“, „Aus“ und „Betrieb“ sicher anzufahren.
Mechanische Verriegelungen - Verriegelungsbolzen des Wagens, Tür- und Schlüsselsperren (Kirk/Castell), Einschaltverriegelung bei ausgefahrenem Wagen, Verriegelung des Erdungsschalters und der Shutter.
Sekundärsteckverbinder - standardisierte 24/32-polige Steckleisten mit Adaptern zu bestehenden Kabelbäumen; projektabhängig Austausch gegen moderne Mehrpol-Steckverbinder mit Kodierung.
Erdungsschalter - manuell oder motorisch, mit elektrischen und mechanischen Verriegelungen sowie Stellungsanzeige; ausgelegt auf die Kurzschlussströme des Abgangs, Anbindung an den vorhandenen Erdungsverbund der Zelle.
Shutter-Mechanismus - für automatisches Schließen beim Ausfahren modernisiert; verhindert Zugriff auf stromführende Teile und das Eindringen von Fremdkörpern.
Schutz- und Leittechnikfach - Einbau moderner numerischer Geräte (Schutzfunktionen, automatisches Wiedereinschalten, Netzumschaltung), integrierter Messmodule und Kommunikationsschnittstellen (Modbus RTU/TCP, IEC 60870-5-104, bei Bedarf IEC 61850 über Gateway).

Auf Wunsch wird ein modulares Retrofit-Kit „OneFit“ mit integrierter Wagenrahmen-Baugruppe, Verriegelungen und Kontaktmodulen implementiert - das beschleunigt die Montage und reduziert Bau-/Montageaufwand. Für Zellen mit kritischen Lastfreigabezeiten sind Vormontage und FAT (Factory Acceptance Test) möglich, gefolgt vom Einbau des Moduls im geplanten Betriebsfenster.

Sicherheit

Personensicherheit hat beim Retrofit der K-12-Zellen höchste Priorität. Die Konstruktion gewährleistet:

vollständige mechanische Verriegelungen und eine klare Abfolge der Bedienhandlungen (Aus-/Einrollen des Wagens, Ein-/Ausschalten, Erden);
Shutter an den Hauptkontakten, die beim Ausfahren den Zugriff verhindern;
Stellungsanzeigen von Geräten und Wagen, zusätzlich abgenommen über Hilfskontakte für Schutz-/Leittechnik und Meldung;
optionale Lichtbogen-Schutzsysteme (optische Sensoren + ultraschnelles Abschalten) und motorisches Ein-/Ausfahren des Wagens zur Reduktion des Lichtbogenrisikos;
Ausführung unter Berücksichtigung der Druckentlastungswege und -klappen der Zelle - das Retrofit beeinträchtigt die werkseitige innere Lichtbogenfestigkeit nicht und kann sie bei umfassender Modernisierung (inkl. Türtausch) im Bedienbereich sogar erhöhen.

Fertigungsvarianten und Modernisierungsansätze

Für die spezifische K-12-Zelle bieten wir drei Basisszenarien mit planbaren Terminen und Kosten:

Variante	Leistungsumfang	Einfluss auf die KRU	Prüfungen	Wann wählen
Adaptionssatz auf bestehendem Einschub	Neuer Leistungsschalter, Adapterplatten, Kontaktadapter, Erneuerung der Verriegelungen und Sekundärsteckverbinder	Minimaler Eingriff, „originaler“ Wagen bleibt erhalten	IBN, Prüfung der Sekundärkreise, Erwärmung, Schaltversuche vor Ort	Begrenztes Budget, längerer Stillstand für die Inbetriebnahme möglich
Neuer ausfahrbarer Einschub „schlüsselfertig“	Kompletter neuer Wagen mit Schalter und Verriegelungen, Lieferung eines Ersatzteilpakets	Mittlerer Eingriff, verbesserte Ergonomie, Mechanik „ab Werk“	Werks- und Abnahmeprüfungen, IBN am Standort	Schnelle Wiederinbetriebnahme, Flotteneinheitlichkeit wichtig
Modulares OneFit	Werksmodul: Rahmen, Kontakte, Verriegelungen, Shutter; Integration in die bestehende Zelle	Minimaler Bau-/Montageaufwand, hohe Reproduzierbarkeit der Qualität	Typ-/Routineprüfungen des Moduls + IBN vor Ort	Minimaler Stillstand und sehr vorhersehbares Ergebnis erforderlich

Normenkonformität

Bei Auslegung und Prüfungen werden die aktuellen Normen für Ausrüstung der Mittelspannung angewendet. Für das Retrofit der KRU K-12 sind besonders relevant:

EN/IEC 62271-200 - Mittelspannungsschaltanlagen in Metallkapselung 1…52 kV: Anforderungen an Konstruktion, Typ- und Routineprüfungen sowie innere Lichtbogenklassen.
EN/IEC 62271-100 - Leistungsschalter für Wechselstrom: Anforderungen an Schaltvermögen, Klassen E/M, Lebensdauerprüfungen.
EN/IEC 62271-102 - Trenn- und Erdungsschalter: Verriegelungen, mechanische Festigkeit, Erwärmung.
EN/IEC 62271-1 - Allgemeine Anforderungen an Schaltgeräte und Schaltanlagen der Mittelspannung: normale Betriebsbedingungen, Isolationsniveaus, Prüfungen.
EN/IEC 61869-2/-3 - Strom- und Spannungswandler: Genauigkeit, thermische/dynamische Festigkeit, Prüfungen.
EN/IEC 60529 - Schutzarten (IP): Auswahl der Schutzart für Fronttüren und Relaisfächer.

Wir bieten Ihnen Unterlagen für den Ersatz des ausfahrbaren Einschubs der KRU K-12 (K-XII) 3150 A (Retrofit):

- Vorpaket für Ausschreibungen: Erläuterungsbericht, Leistungsumfang, Lieferliste, Konformitätsmatrix zu Lastenheft/Normen, Datenblätter/Fragebögen für Leistungsschalter, Strom-/Spannungswandler und Schutzgeräte, Schema der Typprüfungen.
- Vollständiger Satz an Arbeitszeichnungen und Spezifikationen: 2D (DWG/DXF), 3D-Modelle (STEP/IGES, Parasolid, SolidWorks), Elektroschaltpläne (DWG/DXF), Stücklisten (BOM), Arbeits- und Fertigungspläne; Montage-, IBN- und Betriebsanleitungen; Prüfprogramm und -methodik (PPM) zu Isolation, Funktionsprüfungen und Erwärmung.
- Projektspezifische Anpassungen der Dokumentation: Klimaausführung, Aufstellhöhe, Kommunikationsprotokolle, Integration in Leitsysteme/SCADA, Vereinheitlichung von Sekundärsteckverbindern und Kabelbäumen zur vorhandenen Anlage.
- Auf Wunsch erstellen wir Unterlagen für analoge Wagen/Adapter für Zellen anderer Hersteller – unter Beibehaltung der Ersatzteil- und Service-Unifizierung.

Ihre Vorteile

- Kein eigenes Spezial-Engineering erforderlich: Wir liefern ein abgeschlossenes Konstruktionspaket und begleiten alle Phasen – vom Vorprojekt bis zur Abnahme.
- Minimiertes Prototypenrisiko: Bewährte Baugruppen und Layouts, vorlaufende FAT; vor Ort verbleiben im Wesentlichen IBN-Arbeiten.
- Schnelle Wiederinbetriebnahme der Zelle: Detaillierte Ausarbeitung der Schnittstelle „Wagen–Zelle“, vorab gefertigte Adapter und „Trockenmontage“ am Prüfstand.
- Schulung des Personals: Einweisung und methodische Unterlagen für sicheren Betrieb und Wartung.

Einbindung von Partnern und Auftragnehmern

Wir kooperieren mit Maschinenbau- und Elektrotechnikfirmen, Montageunternehmen und Investoren, die an lokaler Fertigung und einem erweiterten Retrofit-Portfolio interessiert sind. Verfügbare Formate:

Überlassung der Konstruktionsunterlagen zur Fertigung von Baugruppen (Wagen, Adapter, Türpaneele, Shutter-Mechanismus) mit Konstruktionsüberwachung;
Lieferung von Baugruppen-Kits und Teilen mit anschließender Montage beim Partner;
Kooperation „Engineering + Fertigung“: Wir übernehmen Konstruktion und IBN, der Partner baut Stahlblech und montiert;
schlüsselfertige Serviceverträge für Versorger und Industrie – vom Audit bis zur Abnahme.