Wie funktionieren Vakuum-Leistungsschalter?
VakuumLeistungsschalterwerden häufig in elektrischen Hochspannungssystemen verwendet, um die gleiche Funktion wie Leistungsschalter in der Schalttafel eines Hauses zu erfüllen. Die Hauptfunktion eines Vakuum-Leistungsschalters besteht darin, im Falle eines Kurzschlusses oder einer elektrischen Fehlfunktion die Stromversorgung zu Steckdosen zu unterbrechen, um die manuelle Trennung von Stromkreisen zu ermöglichen, damit diese repariert werden können. Ein bemerkenswertes Merkmal von Vakuum-Leistungsschaltern ist, dass sie evakuierte Räume enthalten.
Breaker-Grundlagen
Zu verstehenwie 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 und als Auslöser dienen.
Der federbelastete Auslösemechanismus enthält einen mechanischen Wärmesensor, der den Stromfluss durch die Steckdosen überwacht. Der mechanische Wärmesensor löst den Leistungsschalter aus, wenn die Temperatur aufgrund einer Überlastung der elektrischen Leiter ansteigt.
Ein Magnetsensor am federbelasteten Auslösemechanismus löst im Falle eines Kurzschlusses den Leistungsschalter aus. Der Auslösemechanismus hilft bei der Kontrolle von Überlastungen und Kurzschlüssen, indem er die Kontakte auseinanderzieht, um den Stromfluss im Stromkreis zu stoppen.
Vakuum-Leistungsschalter der VS1-Serie
Vakuumkraft
Wie der Name schon sagt, verfügen Vakuum-Leistungsschalter über ein Vakuum zwischen den Kontakten. Das Vakuum ist lediglich ein leerer Raum, der keine Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase enthält. Ein Vakuum ist einer der besten verfügbaren Isolatoren. Es bietet keinen Raum für Lichtbögen und Elektrizität kann nicht durch ein Vakuum fließen. Daher ist Vakuum ein geeignetes Lichtbogenlöschmedium. Einige Hochspannungsschalter verwenden einen Hochdruckluftstoß, um Lichtbögen auseinanderzublasen. Andere sind mit Spezialöl gefüllt, das die Lichtbogenbildung verhindert. Ein erheblicher Nachteil der Druckluftbrecher besteht darin, dass sie sehr kompliziert sind. Andererseits sind ölgefüllte Hämmer brennbar und hochgiftig, falls Öl ausläuft.
Lichtbogenproblem
LeistungsschalterZwischen den Kontakten entstehen oft einige Mikrosekunden lang Lichtbögen, wenn sie auslösen und die elektrischen Kontakte auseinanderziehen. Der Lichtbogen des Leistungsschalters kann die Luft ionisieren und sie leitend machen oder einen Weg für den Strom schaffen, der am Leistungsschalter vorbeifließt. Dies ist einer der Hauptgründe, warum Hochspannungssysteme Vakuum-Leistungsschalter verwenden, da diese nicht ionisiert werden können, um dem Strom den Weg am Leistungsschalter vorbei zu ermöglichen. Obwohl VakuumLeistungsschalterAuch wenn es zu Lichtbögen kommt, kann der Strom nicht durch den Leistungsschalter fließen, bevor sich die Kontakte voneinander lösen.
Funktionsprinzip des Vakuum-Leistungsschalters
Es hat eine sehr einfache Konstruktion im Vergleich zu einemLuftleistungsschalteroder Ölschutzschalter. Bei einem Vakuum-Leistungsschalter (VCB) werden stromführende Kontakte im Vakuum getrennt. Die Trennung der Kontakte und die Unterbrechung des Lichtbogens erfolgt in einer Vakuumkammer im VCB, die als Vakuumunterbrecher bezeichnet wird.
Die Außenhülle von Vakuum-Schaltröhren besteht normalerweise aus Glas, da die Glashülle die Prüfung des Leistungsschalters von außen erleichtert. Zwischen den Kontakten und der Hülle wird ein Sputterschutzschild, meist aus Edelstahl, angebracht, um zu verhindern, dass Metalldämpfe die Hülle erreichen, da dadurch die Durchschlagfestigkeit zwischen den Kontakten verringert wird.
Im Sputterschild verfügt VCB über einen festen und einen beweglichen Kontakt. Der Abstand zwischen den Kontakten beträgt je nach Betriebsspannung 5 bis 10 mm.
Der Metallbalg aus Edelstahl dient zur Bewegung des unteren Kontakts. Zu den Legierungen, die als Kontaktmaterial verwendet werden, gehören Kupfer-Wismut, Kupfer-Blei und Kupfer-Chrom.
Das untere Ende des Leistungsschalters ist an einem feder- oder magnetbetriebenen Mechanismus befestigt, so dass der Metallbalg in der Vakuum-Schaltkammer beim Schließen bzw. Öffnen nach oben und unten bewegt werden kann.
Um das Funktionsprinzip eines Vakuum-Leistungsschalters zu verstehen, ist es unbedingt erforderlich, den Lichtbogen von VCB zu verstehen. In anderenLeistungsschalterEin Lichtbogen entsteht durch die Ionisierung von Partikeln im Medium zwischen den Kontakten. Ein Vakuumlichtbogen entsteht jedoch durch die Verdampfung seines Oberflächenmaterials und dauert bis zum nächsten Stromnullpunkt an.
Im Moment des Stromnulldurchgangs erlischt der Lichtbogen und die Kontaktmetalldämpfe kondensieren erneut auf der Kontaktfläche. Aufgrund der hohen Spannungsfestigkeit des Vakuums kann der Vakuumlichtbogen innerhalb eines sehr kleinen Kontaktspalts gelöscht werden.
Der Strom muss zum Nullstromzeitpunkt unterbrochen werden; andernfalls werden aufgrund der Stromunterbrechung Hochspannungstransienten induziert. Für eine erfolgreiche Lichtbogenunterbrechung sollte der Lichtbogen daher vor dem Stromnullpunkt stabil sein.
Die Lichtbogenstabilität hängt stark vom Kontaktmaterial ab. Daher hängt der Lichtbogenlöschvorgang in einem VCB vom Material und der Form der Kontakte sowie der Methode zur Kondensation des Metalldampfs ab. Die Kontaktfläche ist so gestaltet, dass sich der Lichtbogenfußpunkt weiterbewegt, so dass die Temperatur an einem Punkt des Kontakts keinen sehr hohen Wert erreicht.
Anwendungen
Vakuum-Leistungsschalter, Luftstoßbrecher und ölgefüllte Brecher funktionieren alle außergewöhnlich gut in Übertragungsleitungen, da diese elektrischen Systeme nicht sehr oft auslösen. Darüber hinaus erfordern die drei Leistungsschaltertypen beim Einsatz in Übertragungsleitungsanwendungen nur minimale Wartung. Allerdings schneiden Vakuum-Leistungsschalter bei der Bewältigung von Leitungsspitzen und Überspannungen besser ab als die beiden anderen Leistungsschaltertypen. Darüber hinaus leisten Vakuumschalter bei Hochspannungsanwendungen, die ein häufiges Anschließen und Trennen elektrischer Systeme erfordern, eine viel bessere Leistung.
Leistungsschaltersind wesentliche elektrische Komponenten, da sie dazu beitragen, die Auswirkungen von Temperatur- und Spannungsspitzen auf elektrische Geräte zu minimieren.
