Was ist eine Vakuumschaltanlage?

Was ist ein Vakuumschaltgerät?

Definition von Vakuumschaltgerät

Ein Vakuumschaltgerät ist definiert als eine Art elektrisches Schaltgerät, das ein Vakuum als Bögenlöschmedium verwendet und dadurch hohe Zuverlässigkeit und geringe Wartungsanforderungen bietet.

Dielektrische Festigkeit

Für einen gegebenen Kontaktabstand bietet Vakuum etwa acht Mal höhere dielektrische Festigkeit als Luft und vier Mal höhere dielektrische Festigkeit als SF6-Gas bei einem Bar. Da die dielektrische Festigkeit so hoch ist, kann der Kontaktabstand des Vakuumschalters sehr klein gehalten werden. In diesem kleinen Kontaktabstand ist aufgrund der hohen dielektrischen Festigkeit eine sichere Bögenlöschung möglich, und Vakuum hat auch eine schnelle Erholungsfähigkeit nach vollständiger Bögenunterbrechung auf seinen vollen dielektrischen Wert beim Stromnullpunkt. Dies macht Vakuumschaltgeräte besonders geeignet für Kondensator-Schaltungen.

Niedrige Bögenergie

Die während eines Bogens in Vakuum dissipierte Energie beträgt etwa ein Zehntel der in Öl und ein Viertel der in SF6-Gas. Diese niedrige Energieminderung ist auf die kurze Unterbrechungszeit und den kleinen Bogen zurückzuführen, die beide aus dem kleinen Kontaktabstand resultieren. Dies bedeutet, dass Vakuumschaltgeräte minimale Kontaktverschleiß erfahren, was sie fast wartungsfrei macht. Darüber hinaus erfordert das Unterbrechen eines Stroms im Vakuumschalter weniger Energie im Vergleich zu Luft- und Ölschaltern.

Einfache Antriebsmechanik

Bei SF6-, Öl- und Luftschaltern wird die Bewegung der Kontakte stark durch das hochkomprimierte Medium des Bögenlöschraumes behindert. Im Vakuumschaltgerät gibt es jedoch kein Medium, und die Bewegung der Kontakte ist aufgrund des kleinen Kontaktabstands auch sehr gering, sodass viel weniger Antriebsenergie erforderlich ist. Deshalb reicht für dieses Schaltgerätesystem eine einfache Feder-Feder-Betriebsmechanik, ohne dass hydraulische oder pneumatische Mechanismen nötig sind. Eine einfachere Antriebsmechanik gewährleistet eine lange mechanische Lebensdauer des Vakuumschaltgeräts.

Schnelle Bögenlöschung

Während der Öffnung der Kontakte unter Strom führt die Produktion von Metall dampf zwischen den Kontakten dazu, dass der elektrische Strom weiterhin fließt, bis zum nächsten Stromnullpunkt. Dieses Phänomen wird auch als Vakuum-Bogen bezeichnet. Dieser Bogen wird nahe am Stromnullpunkt erloschen, und der leitfähige Metall dampf kondensiert innerhalb von Mikrosekunden wieder auf der Kontaktoberfläche. Es wurde beobachtet, dass nur 1% des Dampfs an der Seitenwand des Bögenlöschraumes kondensiert, während 99% des Dampfs an der Kontaktoberfläche kondensiert, von wo er verdampft wurde.

Aus der obigen Diskussion geht hervor, dass die dielektrische Festigkeit von Vakuumschaltgeräten sehr schnell wiederhergestellt wird und der Kontaktverschleiß fast vernachlässigbar ist.

Bis zu 10 kA bleibt der Bogen im Vakuumschaltgerät diffus und erscheint als Dampfentladung über der gesamten Kontaktoberfläche. Über 10 kA konzentriert sich der Bogen aufgrund seines magnetischen Feldes in der Mitte der Kontaktoberfläche, was zu Überhitzung führt. Dieses Problem kann gelöst werden, indem die Kontaktoberflächen so gestaltet werden, dass der Bogen über die Oberfläche wandern kann. Hersteller verwenden verschiedene Designs, um dies zu erreichen und sicherzustellen, dass der Kontaktverschleiß minimal und gleichmäßig ist.