Lastschalter vs Unterbrecher vs Vakuumschaltgerät: Wesentliche Unterschiede & Funktionen

Was ist ein Lastschalter?

Ein Lastschalter ist ein Steuergerät mit einem einfachen Bögenlöschmechanismus, das in der Lage ist, Schaltkreise unter Last zu trennen und zu schließen. Er kann einen bestimmten Grad von Laststrom und Überstrom unterbrechen, jedoch nicht Kurzschlussströme. Daher muss er in Serie mit einer Hochspannungs-Sicherung verwendet werden, die auf die Beseitigung von Kurzschlussfehlern angewiesen ist.

Funktionen eines Lastschalters:

• Trennen- und Schaltenfunktion: Aufgrund seiner begrenzten Bögenlöschfähigkeit kann ein Lastschalter verwendet werden, um Lastströme und Überlasten bis zu einem bestimmten Vielfachen (in der Regel 3-4 Mal) zu trennen und zu schalten. Er kann auch unbelastete Transformatoren mit Kapazitäten über denen, die für Abschalter zulässig sind, längere unbelastete Leitungen und manchmal große Kondensatorenbänke betreiben.

• Ersatzfunktion: Eine Kombination aus Lastschalter und strombegrenzender Sicherung in Serie kann einen Leistungsschalter ersetzen. Der Lastschalter übernimmt das Trennen und Schalten kleinerer Überlasten, während die strombegrenzende Sicherung größere Überlasten und alle Kurzschlussströme abdeckt.

• Kombiniertes Gerät: Die integrierte Anordnung eines Lastschalters und einer strombegrenzenden Sicherung in Serie wird in nationalen Normen als "Schalter-Sicherungskombination" bezeichnet. Die Sicherung kann auf der Speise- oder der Lastseite des Schalters installiert sein. Wenn das Austauschen der Sicherung selten erforderlich ist, wird eine Installation auf der Speiseseite bevorzugt, wodurch der Lastschalter als Isolator fungieren kann und die auf die strombegrenzende Sicherung angewendete Spannung isoliert.

Was ist ein Abschalter (Isolator)?

Ein Abschalter ist ein Steuergerät ohne Bögenlöschmechanismus. Seine Hauptfunktion besteht darin, Energiequellen zu isolieren, um das sichere Warten anderer elektrischer Geräte zu gewährleisten; daher ist das Betreiben unter Last strengstens untersagt. Allerdings ist es unter bestimmten Bedingungen erlaubt, Niedrigleistungsschaltkreise zu verbinden oder zu trennen. Es ist eines der am häufigsten und weitest verbreiteten Geräte in Hochspannungsschaltanlagen.

Funktionen eines Abschalters:

• Erstellen eines sicheren Isolierungspunkts: Nach dem Öffnen schafft er einen zuverlässigen Isolationsabstand, der die Ausrüstung oder die Leitung, die gewartet wird, klar von der Energiequelle trennt und die Sicherheit von Personen und Ausrüstung gewährleistet.

• Schaltkreisumschaltung: Um Schaltkreisverbindungen gemäß den Betriebsanforderungen zu wechseln.

• Trennen kleiner Ströme: Er kann kleine Ströme in Schaltkreisen, wie zum Beispiel Ladespannungen von Buchsen, Busleitern, Verbindern und kurzen Kabeln, kapazitive Ströme von Schaltegleichrichterkondensatoren, Umlaufströme bei Doppelbusbar-Umschaltvorgängen und Anregungsströme von Spannungswandlern, unterbrechen.

• Trennen des Magnetisierungsstroms unbelasteter Transformatoren: Abhängig vom Bauarttyp kann er den Magnetisierungsstrom unbelasteter Transformatoren bis zu einer bestimmten Kapazität unterbrechen.

Klassifizierung:

• Nach Installationsort: Kann in Außenhochspannungsabschalter und Innenhochspannungsabschalter unterteilt werden.

• Außentyp: Ausgelegt, um harte Umweltbedingungen wie Wind, Regen, Schnee, Verschmutzung, Kondensation, Eis und starke Reifbildung zu überstehen und geeignet für Freiluftinstallationen.

• Nach Isolatorstabstruktur: Kann in Ein-, Doppel- und Dreistababschalter unterteilt werden. Der Einstababschalter nutzt den vertikalen Raum direkt unter den Freileitungsbusleitern als elektrische Isolation für den Unterbrechungspunkt, was signifikante Vorteile bietet: Landfläche sparen, Verbindungsführer reduzieren und klare visuelle Anzeige des geöffneten/geschlossenen Zustands. Bei EHV-Übertragungssystemen ist der Platzgewinn durch Einstababschalter in Umspannwerken besonders ausgeprägt.

Hinweis: Abschalter werden hauptsächlich in Niederspannungseinrichtungen, wie zum Beispiel in Wohn- und Gebäude-Niederspannungsverteilsystemen, verwendet. Die Beschreibung, dass seine Hauptfunktion das „Trennen und Schalten von Leitungen unter Last“ sei, ist falsch; seine Hauptfunktion ist die Isolierung der Energiequelle.

Was ist ein Vakuumschaltgerät?

Ein Vakuumschaltgerät verdankt seinen Namen der Verwendung eines hohen Vakuums sowohl als Bögenlöschermedium als auch als Isolationsmedium zwischen den Kontakten nach der Unterbrechung. Es zeichnet sich durch eine kompakte Größe, geringes Gewicht, Eignung für häufige Betätigung und wartungsfreie Bögenunterbrechung aus, was es in Verteilnetzen weit verbreitet macht.

Vakuumschaltgeräte werden hauptsächlich in Innenraum-Verteilinstallationsanlagen für 3–10 kV, 50 Hz dreiphasige Wechselstromsysteme eingesetzt. Sie dienen als Schutz- und Steuerelemente für elektrische Ausrüstungen in Industrie- und Bergbauunternehmen, Kraftwerken und Umspannwerken, insbesondere für Anwendungen, die ölfreies Arbeiten, minimale Wartung und häufige Betätigung erfordern. Sie können in Mittelrahmen-Schaltanlagen, Doppelstock-Schränken oder festen Schränken als Steuer- und Schutzschalter für Hochspannungselektronik installiert werden.

Arbeitsprinzip von Vakuumschaltgeräten

Wenn die beweglichen und festen Kontakte durch den Betriebsmechanismus geöffnet werden, bildet sich zwischen ihnen ein Bogen. Die Kontaktoberflächen verdampfen Metall unter hoher Temperatur. Aufgrund der speziell gestalteten Kontaktoberfläche erzeugt der Strom ein Magnetfeld, das den Bogen schnell entlang der Tangentialrichtung der Kontaktoberfläche treibt. Ein Teil des Metallverdampfungskondensats sammelt sich auf dem Metallschild (Schirm). Wenn der Strom natürlicherweise Null wird, erlischt der Bogen, und die dielektrische Festigkeit zwischen den Kontakten erholt sich schnell.

Funktion von Vakuumschaltgeräten

Schaltgeräte bieten Schutzfunktionen, einschließlich Überlast-, Kurzschluss- und Unterspannungsschutz, um Schaltkreise und Energiequellen effektiv zu schützen.

Unterschiede zwischen Lastschaltern und Abschaltern

• Unterbrechungsfähigkeit:

• Ein Abschalter hat keinen Bögenlöschmechanismus und kann nur Leerlaufströme unterbrechen, nicht aber Lastströme oder Kurzschlussströme. Das Betreiben muss nur dann erfolgen, wenn der Schaltkreis vollständig entladen und unbelastet ist; das Betreiben unter Last ist strengstens untersagt, um Unfälle zu vermeiden.

• Ein Lastschalter hat einen Bögenlöschmechanismus, der es ihm ermöglicht, nominelle Lastströme und Überlasten bis zu einem bestimmten Vielfachen zu unterbrechen, jedoch immer noch keine Kurzschlussströme.

• Anwesenheit eines Bögenlöschmechanismus:

• Dies ist der grundlegende Unterschied. Ein Bögenlöschmechanismus unterstützt die Öffnungs- und Schließoperationen des Schalters und begrenzt und löscht wirksam Bögen, was die Betriebssicherheit erhöht. Daher sind die meisten Schaltvorrichtungen (insbesondere diejenigen, die zum Unterbrechen von Strömen konzipiert sind) mit Bögenlöschmechanismen ausgestattet.

• Funktionszweck:

• Ein Abschalter wird hauptsächlich verwendet, um in Hochspannungsschaltkreisen einen klaren Trennpunkt zu schaffen, um energiegeladene und ungeladene Abschnitte voneinander zu trennen, um das Warten sicherzustellen und die Sicherheit des Personals zu gewährleisten.

• Ein Lastschalter wird in festen Hochspannungsanlagen verwendet, um Fehlerströme (Überlasten) und nominelle Betriebsströme der Ausrüstung zu unterbrechen. Obwohl beide in Hochspannungssystemen verwendet werden, unterscheiden sich ihre funktionalen Rollen.

Unterschiede zwischen Hochspannungs-Lastschaltern und Vakuumschaltgeräten

• Unterbrechungskapazität: Ein Hochspannungs-Lastschalter kann unter Last unterbrechen und hat eine Selbstlöschfähigkeit, jedoch ist seine Unterbrechungskapazität klein und begrenzt.

• Strukturelle Unterschiede: Hochspannungs-Abschalter können in der Regel nicht unter Last unterbrechen und haben in ihrer Struktur kein Bögenlöschrohr (einige speziell gestaltete Abschalter können kleine Lasten unterbrechen, aber ihre Struktur ist relativ einfach).

• Isolierungsfunktion: Sowohl Hochspannungs-Lastschalter als auch Hochspannungs-Abschalter können einen sichtbaren Trennpunkt schaffen, während die meisten Schaltgeräte diese Funktion nicht haben (außer wenige Schaltgeräte mit Isolierungsfähigkeit).

• Schutzfunktionen:

• Hochspannungs-Abschalter haben keine Schutzfunktionen.

• Der Schutz für Hochspannungs-Lastschalter beruht in der Regel auf in Serie geschalteten Hochspannungs-Sicherungen, die nur zeitliche und Überstromschutz bieten.

• Hochspannungs-Schaltgeräte (wie Vakuumschaltgeräte) können mit sehr hoher Unterbrechungskapazität konzipiert werden und werden hauptsächlich durch Stromwandler in Verbindung mit sekundären Schutzeinrichtungen geschützt, die mehrere Schutzfunktionen bieten, einschließlich Kurzschluss-, Überlast- und Erdleckschutz.

• Funktionspositionierung: Ein Hochspannungs-Lastschalter steht funktional zwischen einem Hochspannungs-Schaltgerät und einem Hochspannungs-Abschalter. Er wird oft in Serie mit einer Hochspannungs-Sicherung verwendet, um Starkstromtransformatoren zu steuern. Er kann Lastströme und Überlasten unterbrechen, jedoch aufgrund seiner Unfähigkeit, Kurzschlussströme zu unterbrechen, muss er auf Sicherungen angewiesen sein, um Kurzschlussprobleme zu lösen.