Lösungsprinzip für Hochspannungsvakuumschalter

Dielektrische Festigkeit in Vakuumlücken zur Hochspannungs-Isolation erhöhen
Es gibt hauptsächlich zwei Methoden, um die dielektrische Festigkeit einer Vakuumlücke zu erhöhen, um den Isolierungsanforderungen bei Hochspannung (HV) gerecht zu werden:

Erhöhung des Kontaktabstands in einer Zwei-Kontakt-Konfiguration: Im Vakuum ist der Durchschlag hauptsächlich ein Oberflächenphänomen, das stark von der Zustand der Kontaktflächen beeinflusst wird. Anders als bei SF6-Gas, wo der Durchschlag primär ein Volumeneffekt ist, der linear mit der Länge der Lücke ansteigt, hängt der Durchschlag im Vakuum stärker von der Qualität und dem Zustand der Kontaktflächen ab. Die dielektrische Festigkeit im Vakuum zeigt auch bei kleinen Lücken (2–4 mm) eine ausgezeichnete Leistung, aber sie sättigt sich allmählich, wenn die Länge der Lücke über diesen Bereich hinaus zunimmt. Daher kann die Erhöhung des Kontaktabstands die dielektrische Festigkeit verbessern, aber nur bis zu einem bestimmten Punkt, danach bringt eine weitere Verlängerung der Lücke nur noch geringere Vorteile.

Platzieren von zwei oder mehreren Lücken in Serie (Mehrkontakt-Schaltgeräte): Mehrkontakt-Schaltgeräte sind so konstruiert, dass die Spannung gleichmäßig auf mehrere Lücken verteilt wird, um eine konsistente Leistung sowohl während des normalen Betriebs als auch bei Schaltvorgängen sicherzustellen. Durch das Platzieren von zwei oder mehreren Lücken in Serie kann das notwendige Spannungsaushalt-Niveau erreicht werden, wobei der gesamte Kontaktabstand kleiner ist als bei einer einzelnen Lücke. Dieser Ansatz nutzt das Prinzip der idealen Spannungsaufteilung zwischen den Lücken, wobei jede Lücke einen gleichen Anteil der Gesamtspannung trägt. Grading-Kondensatoren werden oft verwendet, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung über alle Kontakte hinweg zu gewährleisten, was die Zuverlässigkeit und Leistung des Systems weiter verbessert.

Vorteile der Mehrkontakt-Konfiguration:
Kürzerer Gesamtkontaktabstand: Erreicht die erforderliche dielektrische Festigkeit mit einem kürzeren Gesamtkontaktabstand im Vergleich zu einer Einzel-Lücken-Konfiguration.
Verbesserte Spannungsverteilung: Sorgt dafür, dass jede Lücke einen gleichen Anteil der Spannung trägt, reduziert den Belastung der einzelnen Kontakte und verbessert die Gesamtstabilität des Systems.
Erhöhte Zuverlässigkeit: Reduziert die Wahrscheinlichkeit eines Durchschlags, indem die Spannung auf mehrere Punkte verteilt wird, was das System robuster gegen transiente Überspannungen macht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erhöhung des Kontaktabstands in einer Zwei-Kontakt-Konfiguration die dielektrische Festigkeit im Vakuum verbessern kann, jedoch durch den Sättigungseffekt für längere Lücken begrenzt ist. Andererseits bietet das Platzieren mehrerer Lücken in Serie, insbesondere in Kombination mit Grading-Kondensatoren, eine effizientere und zuverlässigere Methode, um die notwendige dielektrische Festigkeit für Hochspannungsanwendungen zu erreichen. Diese Methode ermöglicht eine bessere Spannungsverteilung und kann den benötigten Gesamtkontaktabstand erheblich reduzieren, was sie zur bevorzugten Wahl für Hochspannungs-Isolation in Mehrkontakt-Schaltgeräten macht.