Hallo Leute! Als Lieferant von Vakuum-Leistungsschaltern werde ich oft gefragt, wie diese raffinierten Geräte funktionieren. Deshalb dachte ich, es wäre eine tolle Idee, in diesem Blogbeitrag den Betriebsmechanismus eines Vakuum-Leistungsschalters aufzuschlüsseln.
Beginnen wir mit ein paar Hintergrundinformationen. Ein Vakuum-Leistungsschalter ist eine entscheidende Komponente in elektrischen Systemen und dient zum Schutz von Stromkreisen vor Überlastungen und Kurzschlüssen. Es unterbricht den Stromfluss, wenn ein Problem auftritt, verhindert so Schäden an Geräten und gewährleistet die Sicherheit des Stromnetzes.
Die Grundlagen eines Vakuum-Leistungsschalters
Das Herzstück eines Vakuum-Leistungsschalters ist ein Vakuum. Der Leistungsschalter besteht aus zwei Kontakten – einem festen Kontakt und einem beweglichen Kontakt –, die in einem Vakuum-Unterbrecher eingeschlossen sind. Der Vakuumunterbrecher ist eine versiegelte Kammer, in der die Luft entfernt wurde, um ein nahezu perfektes Vakuum zu erzeugen. Warum ein Vakuum, fragen Sie? Das liegt daran, dass es im Vakuum nur sehr wenige Gasmoleküle gibt. Dieser Mangel an Gasmolekülen bedeutet, dass beim Trennen der Kontakte kaum oder gar kein Medium für die Bildung eines Lichtbogens vorhanden ist.
Den Stromkreis schließen
Wenn Sie den Stromkreis schließen möchten, wird ein Betätigungsmechanismus (normalerweise ein federbetätigter oder magnetbetätigter Mechanismus) verwendet. Der bewegliche Kontakt wird in Richtung des festen Kontakts bewegt. Wenn sie zusammenkommen, stellen sie eine elektrische Verbindung her und ermöglichen den Stromfluss durch den Stromkreis. Es ist, als würde man einen Schalter umlegen, aber auf einer viel technischeren Ebene.
Der Abschlussvorgang muss präzise sein. Die Kontakte müssen mit der richtigen Kraft aufeinandertreffen, um eine gute elektrische Verbindung zu gewährleisten. Bei zu schwacher Kraft kann es zu einer hochohmigen Verbindung kommen, die zu einer Überhitzung führen kann. Ist die Kraft hingegen zu stark, könnten die Kontakte beschädigt werden.
Den Stromkreis öffnen
Der interessantere Teil ist nun, wann es Zeit ist, den Stromkreis zu öffnen. Wenn im elektrischen System ein Fehler erkannt wird, beispielsweise ein Kurzschluss oder eine Überlastung, wird ein Auslösesignal an den Vakuum-Leistungsschalter gesendet.
Der Betätigungsmechanismus springt dann in Aktion (im wahrsten Sinne des Wortes, wenn es sich um einen federbetätigten Mechanismus handelt). Es zieht den beweglichen Kontakt vom festen Kontakt weg. Wenn sich die Kontakte zu trennen beginnen, versucht der durch den Stromkreis fließende Strom, seinen Weg beizubehalten. Dadurch entsteht zwischen den Trennkontakten ein Lichtbogen.
Aufgrund der Vakuumumgebung im Unterbrecher fällt es dem Lichtbogen jedoch schwer, sich selbst aufrechtzuerhalten. Die wenigen im Vakuum vorhandenen Gasmoleküle werden durch den Lichtbogen schnell entfernt und der Lichtbogen erlischt sehr schnell. Dieses schnelle Erlöschen des Lichtbogens ist einer der Hauptvorteile von Vakuum-Leistungsschaltern.
Lichtbogenlöschung im Vakuum
Der Lichtbogen in einem Vakuum-Leistungsschalter unterscheidet sich von Lichtbögen in anderen Arten von Leistungsschaltern. In einemOffene Leistungsschalter (ACBs), wird der Lichtbogen durch Kühlung mit Luft gelöscht. Bei einem Vakuum-Leistungsschalter erlischt der Lichtbogen, weil kein Medium mehr vorhanden ist, um weiterzubrennen.
Wenn der Lichtbogen entsteht, beginnen die hochenergetischen Elektronen und Ionen im Lichtbogen mit den Kontaktflächen zu interagieren. Ein Teil des Kontaktmaterials wird verdampft, wodurch ein Metalldampf entsteht. In der Vakuumumgebung kondensiert dieser Metalldampf jedoch schnell wieder auf den Kontaktflächen. Wenn der Strom den Nullpunkt durchläuft, kann der Lichtbogen nicht erneut gezündet werden, da im Vakuum keine freien Elektronen oder Ionen vorhanden sind, die ihn aufrechterhalten könnten.
Arten von Vakuum-Leistungsschaltern
Je nach Anwendung gibt es verschiedene Arten von Vakuum-Leistungsschaltern. Ein häufiger Typ ist derVakuum-Leistungsschalter für den Außenbereich. Diese sind so konzipiert, dass sie der rauen Außenumgebung, einschließlich extremer Temperaturen, Feuchtigkeit und Staub, standhalten. Sie werden häufig in Stromverteilungssystemen eingesetzt, beispielsweise in Umspannwerken und entlang von Stromleitungen.
Ein anderer Typ ist der Vakuum-Leistungsschalter für den Innenbereich, der in kontrollierteren Umgebungen wie Industrieanlagen und Gewerbegebäuden eingesetzt wird. Diese sind in der Regel kompakter und so konzipiert, dass sie in elektrische Schaltanlagen passen.
Vorteile von Vakuum-Leistungsschaltern
Vakuum-Leistungsschalter bieten gegenüber anderen Arten von Leistungsschaltern mehrere Vorteile. Erstens haben sie, wie ich bereits erwähnt habe, eine sehr hohe Lichtbogenlöschfähigkeit. Dadurch können sie Hochstromfehler sehr schnell unterbrechen und so das elektrische System effektiver schützen.
Zweitens haben sie eine lange Lebensdauer. Da es keinen Kontakt mit Luft oder anderen Gasen gibt, kommt es zu einem geringeren Verschleiß der Kontakte. Dies reduziert den Bedarf an häufiger Wartung und Austausch.
Drittens sind sie umweltfreundlich. Im Gegensatz zu einigen anderen Arten von Leistungsschaltern, die SF6-Gas verwenden, ein starkes Treibhausgas, kommen bei Vakuum-Leistungsschaltern keine schädlichen Substanzen zum Einsatz.
Wartung von Vakuum-Leistungsschaltern
Obwohl Vakuum-Leistungsschalter eine lange Lebensdauer haben, erfordern sie dennoch einige Wartung. Regelmäßige Inspektionen sind erforderlich, um den Zustand der Kontakte, des Betätigungsmechanismus und der Vakuumschaltröhre zu überprüfen.
Die Kontakte sollten auf Anzeichen von Abnutzung oder Beschädigung überprüft werden. Wenn die Kontakte über ein bestimmtes Maß hinaus abgenutzt sind, müssen sie möglicherweise ersetzt werden. Auch der Betätigungsmechanismus sollte regelmäßig geschmiert und eingestellt werden, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten.
Das Vakuumniveau im Unterbrecher ist entscheidend. Ein Abfall des Vakuumniveaus kann die Lichtbogenlöschfähigkeit des Leistungsschalters beeinträchtigen. Zur Messung des Vakuumniveaus werden spezielle Geräte verwendet. Wenn festgestellt wird, dass es niedrig ist, muss möglicherweise der Unterbrecher ausgetauscht werden.
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Referenzen
- Blackburn, JL und Domin, DM (2007). Schutzrelais: Prinzipien und Anwendungen. CRC-Presse.
- Gross, CA (2007). Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung. Wiley – IEEE Press.