Revolution im Lichtbogenschutz: Aktive Störlichtbogen-Löschsysteme (UFES) für höchste Personen- und Anlagensicherheit

Datum: 03.03.2026

Einleitung: Der „Super-GAU“ in der Elektrotechnik

Ein Störlichtbogen in einer Schaltanlage gilt als der „Super-GAU“ der Elektrotechnik. Dieses extreme Ereignis kann verheerende Folgen haben: Es entstehen Temperaturen von über 20.000 °C – das ist mehr als dreimal so heiß wie die Oberfläche der Sonne . Die Folge sind nicht nur schwerste Verbrennungen für Personen in der Nähe, sondern auch ein explosionsartiger Druckanstieg, der Gehäuse sprengen kann, intensives Licht, das die Augen schädigt, Lärmpegel über 140 dB (vergleichbar mit einem Düsentriebwerk) und die Freisetzung von giftigen Metalldämpfen und Plasma . Bisherige Schutzmaßnahmen, wie sie lichtbogenfeste Schaltanlagen bieten, setzen darauf, diese enormen Kräfte durch verstärkte Gehäuse und Druckentlastungskanäle zu beherrschen und von Personen fernzuhalten. Sie sind passiv und versuchen, die Katastrophe „auszuhalten“.

Dieser Artikel erläutert eine revolutionäre Alternative: Aktive Störlichtbogen-Löschsysteme, die den Lichtbogen nicht nur eindämmen, sondern ihn in wenigen Millisekunden aktiv und vollständig eliminieren. Wir werden die Funktionsweise, die verschiedenen Ausführungen, die enormen Vorteile für Sicherheit und Verfügbarkeit sowie die praktische Umsetzung solcher Systeme, mit Fokus auf das marktführende UFES (Ultra-Fast Earthing Switch) von ABB, detailliert erörtern.

1. Das Grundprinzip: Aktiv löschen statt passiv aushalten

Die Kernidee aktiver Lichtbogenlöschsysteme ist ebenso einfach wie wirkungsvoll. Anstatt den Lichtbogen sich entwickeln zu lassen und seine Folgen zu managen, wird die physikalische Grundlage für seine Existenz schlagartig entzogen: die Spannung.

Systeme wie das UFES erzeugen innerhalb weniger Millisekunden einen kontrollierten, dreiphasigen Kurzschluss und eine Erdung am Ort des Fehlers. Dadurch bricht die Spannung auf null zusammen, der Lichtbogen findet keine Energie mehr, um weiterzubrennen, und erlischt sofort – und zwar lange bevor er seine zerstörerische Vollkraft entfalten kann .

Man stelle sich ein offenes Feuer (den Lichtbogen) vor. Ein passiver Schutz wäre ein feuerfester Tresor um das Feuer herum (die lichtbogenfeste Schaltanlage), der verhindert, dass das Feuer übergreift, aber das Feuer brennt im Inneren weiter und verursacht enormen Schaden. Ein aktives Löschsystem hingegen ist wie ein Knopf, der dem Feuer schlagartig den Sauerstoff entzieht (die Spannung) – es erlischt sofort, und der Tresor bleibt nahezu unbeschädigt.

2. UFES (Ultra-Fast Earthing Switch) von ABB: Technologie im Detail

ABB ist mit seinem patentierten UFES-System ein Pionier und Marktführer auf diesem Gebiet . Das System besteht im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten, die perfekt zusammenarbeiten:

• Schnelle Detektion: Kontinuierlich überwachen Lichtsensoren und Stromwandler (über das REA-Auslöserelais) den Innenraum der Schaltanlage. Wird der typische Lichtbogen eines Störlichtbogens erkannt, kombiniert mit einem Überstrom, wird der Fehler in weniger als einer Millisekunde identifiziert.
• Primäres Schaltelement (PSE – Primary Switching Element): Dies ist das Herzstück des UFES. Nach der Fehlerdetektion erhält das PSE das Auslösesignal und schließt in weniger als 1,5 Millisekunden die drei Phasen kurz und erdet sie. Diese extrem schnelle mechanische Schaltung ist der Schlüssel zur Effektivität.
• Löschung: Durch die dreiphasige Erdung bricht die Lichtbogenspannung sofort zusammen. Der gesamte Prozess, von der Detektion bis zur Löschung, dauert weniger als 4 Millisekunden . Herkömmliche Schutzsysteme, die auf Leistungsschalter angewiesen sind, benötigen typischerweise 50 bis 80 Millisekunden oder länger – das ist bis zu 20-mal langsamer . In dieser Zeit kann ein Lichtbogen bereits irreparable Schäden verursachen.

3. Die Systemvarianten: Für jede Anforderung die richtige Lösung

ABB bietet eine abgestufte Palette von Lösungen an, die je nach Kundensystemanforderungen ausgewählt werden können . Dies reicht von rein analogen Hochgeschwindigkeitslösungen bis hin zu digitalen Lösungen, die sich nahtlos in bestehende Schutz- und Leittechnik integrieren.

Die Wahl der richtigen Lösung hängt von den spezifischen Anforderungen der Anlage ab: Steht der ultimative Personenschutz im Vordergrund? Ist eine hohe Anlagenverfügbarkeit kritisch? Soll das System in ein bestehendes digitales Leitsystem eingebunden werden?

4. Revolutionäre Vorteile: Mehr als nur Personenschutz

Der Einsatz eines aktiven Lichtbogenlöschsystems wie UFES bietet weitreichende Vorteile, die über den offensichtlichen Personenschutz hinausgehen.

• Maximaler Personen- und Anlagenschutz: Die Reduzierung der Lichtbogendauer auf wenige Millisekunden begrenzt die freigesetzte Energie (Störlichtbogen-Energie) drastisch. Tests haben gezeigt, dass Systeme wie der ArcLimiter™ die einfallende Energie auf unter 0,5 cal/cm² senken können – weit unter dem Grenzwert von 1,2 cal/cm², ab dem persönliche Schutzausrüstung (PSA) erforderlich ist . Die thermische, akustische und mechanische Belastung für Personal und Anlage wird nahezu eliminiert.
• Deutlich erhöhte Anlagenverfügbarkeit und reduzierter finanzieller Verlust: Da der Lichtbogen gelöscht wird, bevor er großen Schaden anrichten kann, bleibt die Schaltanlage intakt. Aufwändige Reparaturen, Ersatzteile und lange Ausfallzeiten der Produktion, die schnell zu hohen finanziellen Verlusten führen können, entfallen größtenteils . Die Stromversorgung kann nach einer kurzen Überprüfung oft sofort wiederhergestellt werden.
• Vermeidung toxischer Gase und Umweltbelastung: Ein länger brennender Lichtbogen verdampft Metallteile und isolierungen und setzt giftige und ätzende Gase frei. Die extrem kurze Brenndauer bei aktivem Löschen minimiert oder verhindert diese Freisetzung vollständig, was sowohl die Gesundheit des Personals schützt als auch die Umwelt entlastet .
• Verbesserung der Versorgungsqualität (Power Quality): Herkömmliche Kurzschlüsse verursachen tiefe Spannungseinbrüche (Voltage Sags) im vorgelagerten Netz. Dies kann empfindliche elektronische Geräte wie speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Frequenzumrichter oder Computer in der gesamten Anlage stören oder ausfallen lassen. Durch die extrem schnelle Löschung des Lichtbogens und die Begrenzung des Spannungseinbruchs minimieren Systeme wie ArcLimiter™ diese negativen Auswirkungen auf die Versorgungsqualität erheblich .
• Flexibilität durch Nachrüstbarkeit: Ein entscheidender Vorteil des UFES-Konzepts ist seine Fähigkeit, nicht nur in neue Schaltanlagen (z.B. UniGear ZS1) integriert, sondern auch in bestehende Anlagen verschiedener Hersteller nachgerüstet zu werden . Dies ermöglicht es Betreibern, den Sicherheitsstandard ihrer „braunen“ Anlagen signifikant zu erhöhen, ohne die Kosten und den Platzbedarf eines kompletten Austauschs gegen eine lichtbogenfeste Schaltanlage tragen zu müssen. Eine sorgfältige Planung und Engineering-Prüfung ist dafür jedoch Voraussetzung.

5. Abgrenzung zu herkömmlichen Methoden und Praxisbeispiele

UFES vs. Lichtbogenfeste Schaltanlagen: Wie eingangs erwähnt, ist der Unterschied fundamental. Eine lichtbogenfeste Schaltanlage ist ein passives System. Sie ist darauf ausgelegt, den explodierenden Lichtbogen sicher zu kanalisieren, aber der Lichtbogen brennt trotzdem für 50-100 ms und verursacht dabei immense Hitze und potenziell schwere Schäden im Inneren . UFES ist ein aktives System, das die Explosion gar nicht erst entstehen lässt. Es verhindert den Schaden, anstatt ihn nur zu begrenzen.

Praxiseinsatz bei INEOS Phenol: Ein hervorragendes Beispiel für die Flexibilität und Effektivität der UFES-Technologie ist der Chemiepark Marl der INEOS Phenol in Deutschland. Das Unternehmen hatte bereits ABB Relion®-Schutzrelais installiert, wollte den Personenschutz aber weiter erhöhen, ohne eine kostspielige und komplexe Aufrüstung der Schaltanlagen vorzunehmen. Die Lösung war die Kombination UFES + Relion. Diese Nachrüstung ermöglichte es, die aktive Lichtbogenlöschung mit minimalem Aufwand und zu geringen Zusatzkosten in das bestehende Schutzsystem zu integrieren und so die Sicherheit und Prozesskontinuität entscheidend zu verbessern .

Zusammenfassung und Ausblick

Aktive Störlichtbogen-Löschsysteme wie das UFES von ABB stellen einen Paradigmenwechsel im elektrischen Schutz dar. Sie lösen das Problem an seiner Wurzel, indem sie den Lichtbogen innerhalb von Millisekunden durch einen kontrollierten Kurzschluss und Erdung zum Erlöschen bringen. Dies bietet ein bislang unerreichtes Niveau an Personen- und Anlagensicherheit, erhöht die Anlagenverfügbarkeit drastisch, verbessert die Versorgungsqualität und ist dank Nachrüstlösungen auch für einen großen Teil der bestehenden Industrieanlagen zugänglich.

In einer Zeit, in der die Betriebssicherheit und der Schutz von Personal oberste Priorität haben und Produktionsausfälle immense Kosten verursachen, sind diese Systeme nicht nur eine technische Spielerei, sondern eine wirtschaftlich und ethisch gebotene Investition in die Zukunft. Sie machen die Schaltanlage von einem passiven Gehäuse zu einem aktiven Sicherheitsbauteil. Die Zukunft der Elektroinstallationstechnik gehört daher zweifellos diesen aktiven, ultraschnellen Lösungen.

Quellenverzeichnis

ABB, „ReliaGrid™ Arc Flash Mitigation Solutions,“ new.abb.com, 2026. [Online]. Verfügbar unter: https://new.abb.com/medium-voltage/packaging-and-solutions/digital-systems/arc-flash-solutions. [Zugriff am: 03.03.2026].

ABB, „UFES – Ultra-Fast Earthing Switch,“ new.abb.com, 2026. [Online]. Verfügbar unter: https://new.abb.com/medium-voltage/grid-components/core-components/ufes. [Zugriff am: 03.03.2026].

ABB, „ABB introduces an arc flash mitigation solution to protect operators and equipment,“ new.abb.com, Datum unbekannt. [Online]. Verfügbar unter: https://new.abb.com/news/detail/53449/abb-introduces-an-arc-flash-mitigation-solution-to-protect-operators-and-equipment. [Zugriff am: 03.03.2026].

„ABB extends available arc protection options with digital UFES solution,“ dpaonthenet.net, 04.05.2023. [Online]. Verfügbar unter: https://www.dpaonthenet.net/article/198112/ABB-extends-available-arc-protection-options-with-digital-UFES-solution.aspx. [Zugriff am: 03.03.2026].

F. Warislohner, „Why ABB switchgear with UFES sets a new standard for arc flash protection,“ LinkedIn, 2026. [Online]. Verfügbar unter: https://www.linkedin.com/posts/abb-electrification-products_why-abb-switchgear-with-ufes-sets-a-new-standard-activity-7360679220072636416-glpy. [Zugriff am: 03.03.2026].

„ABB’s new product combo extends fault protection with digital solution,“ pandct.com, 03.05.2023. [Online]. Verfügbar unter: https://www.www.pandct.com/news/abbs-new-product-combo-extends-fault-protection-with-digital-solution. [Zugriff am: 03.03.2026].

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