Maschinenfabrik Reinhausen – Stufenschalter für die sichere Versorgung mit Energie

Alles begann mit der Erfindung des so genannten Widerstands-Schnellschalters durch Dr. Ing. Bernhard Jansen im Jahr 1926. Zeitgleich mit der Veröffentlichung seiner Patente ließ er 1929 Prototypen bauen. Dafür benötigte er zwei Spezialzahnräder, die zusammen mit der Welle aus einem einzigen Metallstück gefertigt sein mussten, und die sich einfach nicht beschaffen ließen. Schließlich wurde ihm die Maschinenfabrik Reinhausen in Regensburg empfohlen. Dr. Jansen war beeindruckt vom Leistungsvermögen des damals noch kleinen Unternehmens. Schritt für Schritt entwickelte sich eine Partnerschaft, die den Grundstock für den späteren Erfolg von MR, der Maschinenfabrik Reinhausen, bildete.

Heute kommt Strom einfach aus der Steckdose, jederzeit und mit der richtigen Spannung und Frequenz. Dahinter steckt jedoch ein enormer technischer Aufwand. Mit ihren Produkten und Ingenieurleistungen trägt MR weltweit zur zuverlässigen Energieversorgung bei. Dabei spielen MR-Stufenschalter, die in Leistungstransformatoren verbaut werden, eine wichtige Rolle. Ihre Qualität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit haben MR zum Weltmarktführer auf dem Gebiet der Schalter für Hochspannungstechnik gemacht.

Das Funktionsprinzip eines in einem Trafo verbauten Laststufenschalters lässt sich am besten an einem Beispiel erklären: Ein mit Automatikgetriebe und Tempomat ausgerüstetes Auto befährt eine hügelige Strecke. Der Tempomat sorgt dafür, dass die einmal eingestellte Geschwindigkeit beibehalten wird. Entsprechend schaltet das automatische Getriebe je nach Steigung herauf oder herunter.

Der Stufenschalter im Transformator (Auto) arbeitet ähnlich. Werden die von einem Spannungsregler (Tempomat) vorgegebenen Werte über- oder unterschritten – in Zeiten hohen oder geringen Stromverbrauchs (hügelige Strecke) – wechselt der Schalter (Automatikgetriebe) in Sekundenbruchteilen von einer Transformatorenwicklung zur passenden nächsten Stufe und sorgt so dafür, dass die Spannung konstant bleibt.

Aber nicht nur zur Regelung der Spannung werden die MR-Schalter benötigt. Extrem niedrige Schaltzeiten von Millisekunden werden von den Stromversorgern gefordert, wenn z.B. beim Ausfall eines Stromnetzes blitzschnell auf ein anderes umgestiegen werden muss. Genau so bedeutend sind die Stufenschalter für große Stromverbraucher wie Fabriken oder auch für Bereiche, in denen der Strom nicht ausfallen darf, wie Krankenhäuser. Fällt hier die Hauptversorgung aus, wird mit Hilfe der MR-Schalter vollautomatisch auf die Stromversorgung durch ein großes hauseigenes Aggregat umgeschaltet. So schnell, dass dies noch nicht einmal durch ein Flackern des Lichtes auffällt.

Stufenschalter und die zugehörige Elektronik müssen sich durch perfekte Funktionalität, geringen Wartungsaufwand und hohe Lebensdauer (50 Jahre und mehr) auszeichnen. Sie kauft man nicht „von der Stange“. Meist sind maßgeschneiderte Lösungen angesagt die auf den Trafotyp, seine Leistung und die erwartete Funktion angepasst werden. Eine der bahnbrechenden Innovationen von MR ist die Vakuum-Schalttechnik für Laststufenschalter in Öl- oder Trockentransformatoren.

Diese Technik dominiert in Laststufenschaltern von Reaktoren und revolutionierte die Widerstands-Laststufenschalter. Der größte Teil der heutigen Laststufenschalter basiert, nicht zuletzt wegen ihrer langen Lebensdauer, allerdings noch auf dem konventionellen Prinzip der Lichtbogenkontakte, die im Transformatoren- bzw. Schalteröl geschaltet werden.

Wie auch die Transformatoren, in denen die MR-Schalter oft so integriert sind, dass sie einem Laien kaum auffallen, müssen die vom Trafoöl umspülten Schalter gewartet werden. MR schreibt nach 7 Jahren oder 100.000 Schaltungen eine Inspektion vor. Eine Inspektion umfasst nicht nur den Aus- und Einbau des Lastumschaltereinsatzes, der aus seinem Gehäuse gezogen werden muss. Auch die Reinigung und Überprüfung der mechanischen Schaltkontakte, der Federn, des Getriebes und die Funktionsprüfung des Motorantriebs gehören zu einer solchen Kontrolle. Meist erfolgt auch ein Austausch des Schalteröls, das ein Mineralisieröl für Transformatoren ist. Zum Befüllen der Schalter muss das frische mineralölbasische Trafoöl, dessen Viskosität bei „dünnen” 7 mm/s bei 40°C liegt, einen Wassergehalt von weniger als 15 ppm haben. Dieser niedrige Wasseranteil ist hauptsächlich dafür verantwortlich, dass dieses Öl eine Durchschlagspannung von mehr als 50 kV aufweist.

Die naphthenbasischen Schalteröle unterliegen in den Industrieländern einer strengen Qualitätskontrolle. Die 200-l-Fässer, in denen sie zum Nachfüllen ausgeliefert werden, werden nach der Trocknung des Öles über Vakuum-Dünnschichtverdampfer mit Stickstoff überlagert, damit während des Transports und der Lagerung keine Feuchtigkeit zum Abfall der Durchschlagspannung führt. Nicht so in den Entwicklungsländern. Hier wird häufig auf den Import eines relativ teuren Trafoöls verzichtet.

Es kommen zum Teil dickflüssigere Öle zum Einsatz, die den Lichtbogen im Schalter nicht schnell und zuverlässig löschen. Oft erfüllen die im jeweiligen Land hergestellten Öle auch nicht die Anforderungen in Bezug auf Oxidationsstabilität, Verträglichkeit mit Isolierlacken oder Isolierpapieren oder den niedrigen Wassergehalt. Manche Öle haben einen so hohen Stockpunkt, dass sie bereits bei wenigen Minusgraden fest werden. Häufig kommt es gerade deshalb in den "armen" Ländern zu Stromausfällen, deren Ursache in einem ungeeigneten Trafoöl zu finden ist.

Trafoölanalysen liefern nicht nur Hinweise auf eine ungeeignete Qualität. Auch, ob das Öl eine Tendenz zur Bildung von rußhaltiger Schlammbildung neigt, kann vorhergesagt werden. Da Trafo- und Schalteröle eine kürzere Lebensdauer als die Stufenschalter haben, lassen viele Energieversorger diese auch in kürzeren Abständen als 7 Jahre regelmäßig durch OELCHECK-Schmierstoffanalysen vor allem auf ihre Durchschlagsfestigkeit, Viskositäts- und Neutralisationszahlanstieg aufgrund von Oxidation, Veränderung der metallischen Elemente (z.B. Silber aus einer Abnutzung der silberhaltigen Schaltkontakte oder Kupfer aus einer Korrosion der kupferhaltigen Wicklungen) und etwaigen Wassergehalt kontrollieren.

Natürlich rät MR seinen Kunden zu einer regelmäßigen Überprüfung des Öles, denn aus den Messwerten der Ölfüllung lassen sich wesentliche Erkenntnisse für die Lebensdauer von Schalter und Öl ableiten. Außerdem kann bei jeder Reklamation über die Analyse einer Ölprobe festgestellt werden, ob das richtige Öl in ausreichender Qualität im Einsatz ist und was ein eventueller Grund für ein ungewöhnliches Verhalten eines Schalters sein kann. Mit Hilfe der MR-Schalter und deren Überwachung durch OELCHECK sind die Verantwortlichen absolut auf der sicheren Seite, dass der Strom wirklich ununterbrochen und stets mit der richtigen Spannung aus der Steckdose kommt.