Wie funktionieren Vakuum-Leistungsschalter?
LeerLeistungsschalterwerden häufig in Hochspannungssystemen eingesetzt und erfüllen die gleiche Funktion wie Leistungsschalter in der Hausverteilertafel. Die Hauptfunktion eines Vakuum-Leistungsschalters besteht darin, im Falle eines Kurzschlusses oder einer elektrischen Störung die Stromzufuhr zu Steckdosen zu unterbrechen, um eine manuelle Trennung der Stromkreise zu ermöglichen und diese reparieren zu können. Ein bemerkenswertes Merkmal von Vakuum-Leistungsschalter ist, dass sie evakuierte Räume enthalten.
Breaker-Grundlagen
Verstehen Wie Vakuum-Leistungsschalter funktionieren, ist es wichtig, zunächst zu verstehen, wie normale Leistungsschalter funktionieren. Einfache Leistungsschalter bestehen aus zwei Metallkontakten, die durch einen federbelasteten Mechanismus miteinander verbunden sind, der als Auslöser fungiert.
Der federbelastete Auslösemechanismus enthält einen mechanischen Wärmesensor, der die Stromstärke in den Steckdosen überwacht. Der mechanische Wärmesensor löst den Leistungsschalter aus, wenn die Temperatur aufgrund einer Überlastung elektrischer Leiter ansteigt.
Ein Magnetsensor am federbelasteten Auslösemechanismus löst den Leistungsschalter im Kurzschlussfall aus. Der Auslösemechanismus hilft, Überlastungen und Kurzschlüsse zu kontrollieren, indem er die Kontakte auseinanderzieht und so den Stromfluss im Stromkreis unterbricht.
Vakuum-Leistungsschalter der VS1-Serie
Vakuumleistung
Wie der Name schon sagt, besteht bei Vakuumschaltern zwischen den Kontakten ein Vakuum. Das Vakuum ist ein leerer Raum, der weder Feststoffe, Flüssigkeiten noch Gase enthält. Vakuum ist einer der besten verfügbaren Isolatoren. Es bietet keinen Raum für Lichtbögen, und Elektrizität kann kein Vakuum durchdringen. Daher eignet sich Vakuum gut zur Lichtbogenlöschung. Einige Hochspannungsschalter verwenden einen Hochdruckluftstoß, um Lichtbögen zu zerstreuen. Andere sind mit Spezialöl gefüllt, das Lichtbögen verhindert. Ein erheblicher Nachteil von Druckluftschaltern ist ihre hohe Komplexität. Ölgefüllte Schalter hingegen sind entflammbar und bei Ölleck hochgiftig.
Lichtbogenproblem
LeistungsschalterBeim Auslösen entsteht oft für einige Mikrosekunden ein Lichtbogen zwischen den Kontakten, der die elektrischen Kontakte auseinanderzieht. Der Lichtbogen des Leistungsschalters kann Luft ionisieren und sie elektrisch leiten oder einen Weg für den Stromfluss am Leistungsschalter vorbei freigeben. Dies ist einer der Hauptgründe für die Verwendung von Vakuum-Leistungsschaltern in Hochspannungsystemen, da diese nicht ionisiert werden können und somit keinen Weg für den Stromfluss am Leistungsschalter vorbei freigeben. Obwohl VakuumLeistungsschalterAuch bei Lichtbögen kann es zu einer Lichtbogenbildung kommen, da der Strom erst am Unterbrecher vorbeifließen kann, wenn sich die Kontakte voneinander lösen.
Funktionsprinzip des Vakuum-Leistungsschalters
Es hat eine sehr einfache Konstruktion im Vergleich zu einemLuftleistungsschalteroder Ölschalter. In einem Vakuumschalter (VCB) Stromführende Kontakte werden im Vakuum getrennt. Die Trennung der Kontakte und die Unterbrechung des Lichtbogens erfolgen in einer Vakuumkammer im VCB, die als Vakuumschalter bezeichnet wird.
Der äußere Mantel eines Vakuumschalters besteht üblicherweise aus Glas, da er die Prüfung des Schalters von außen erleichtert. Zwischen den Kontakten und dem Mantel befindet sich ein Sputterschutz, üblicherweise aus Edelstahl, um zu verhindern, dass Metalldämpfe den Mantel erreichen, da dies die Durchschlagfestigkeit zwischen den Kontakten verringert.
Innerhalb des Sputterschutzes verfügt der VCB über einen festen und einen beweglichen Kontakt. Der Abstand zwischen den Kontakten beträgt je nach Betriebsspannung 5 bis 10 mm.
Der metallische Balg aus rostfreiem Stahl dient zur Bewegung des unteren Kontakts. Als Kontaktmaterial werden unter anderem Kupfer-Wismut, Kupfer-Blei und Kupfer-Chrom verwendet.
Das untere Ende des Leistungsschalters ist an einem feder- oder magnetbetriebenen Mechanismus befestigt, sodass der Metallbalg in der Vakuumschaltkammer beim Schließen bzw. Öffnen nach oben und unten bewegt werden kann.
Es ist sehr wichtig, den Lichtbogen des VCB zu verstehen, um das Funktionsprinzip eines Vakuum-Leistungsschalters zu verstehen. In anderen Leistungsschalter Der Lichtbogen entsteht durch die Ionisierung von Partikeln im Medium zwischen den Kontakten. Ein Vakuumlichtbogen hingegen entsteht durch die Verdampfung seines Oberflächenmaterials und bleibt bis zum nächsten Nullpunkt des Stromflusses bestehen.
Im Moment des Nullstroms erlischt der Lichtbogen, und die Metalldämpfe kondensieren wieder auf der Kontaktoberfläche. Aufgrund der hohen Durchschlagfestigkeit des Vakuums kann der Vakuumlichtbogen innerhalb eines sehr kleinen Kontaktspalts gelöscht werden.
Der Strom muss zum Zeitpunkt des Nullstroms unterbrochen werden, da sonst durch Stromunterbrechungen hohe Spannungsspitzen entstehen. Für eine erfolgreiche Lichtbogenunterbrechung muss der Lichtbogen daher vor dem Nullstrom stabil sein.
Die Lichtbogenstabilität hängt stark vom Kontaktmaterial ab. Der Lichtbogenlöschvorgang in einem VCB hängt daher vom Material und der Form der Kontakte sowie der Methode zur Kondensation des Metalldampfes ab. Die Kontaktoberfläche ist so konstruiert, dass sich die Lichtbogenwurzel ständig bewegt, sodass die Temperatur an einer Stelle des Kontakts nicht zu hoch wird.
Anwendungen
Vakuum-LeistungsschalterDruckschalter, Druckluftschalter und Ölschalter eignen sich hervorragend für Übertragungsleitungen, da diese elektrischen Systeme selten auslösen. Darüber hinaus erfordern die drei Schaltertypen beim Einsatz in Übertragungsleitungen nur minimale Wartung. Vakuumschalter sind jedoch bei der Bewältigung von Spannungsspitzen und Überspannungen in der Leitung leistungsfähiger als die beiden anderen Schaltertypen. Darüber hinaus sind Vakuumschalter in Hochspannungsanwendungen, die ein häufiges Ein- und Ausschalten elektrischer Systeme erfordern, deutlich leistungsfähiger.
Leistungsschaltersind wichtige elektrische Komponenten, da sie dazu beitragen, die Auswirkungen von Temperatur- und Spannungsspitzen auf elektrische Anlagen zu minimieren.
