Umfassende Analyse von Vakuum-Leistungsschaltern: Funktionsprinzipien und Anwendungen

Vakuum-Schutzschalter ist eine Art Schaltgerät, das auf Stromversorgungssysteme spezialisiert ist und den Strom bei einer Störung des Stromkreises schnell unterbrechen kann, um den Stromkreis und die zugehörigen Geräte zu schützen. In diesem Artikel werden wir das Funktionsprinzip und die Konstruktionsmerkmale von Vakuum-Leistungsschaltern sowie ihre Bedeutung in modernen Stromversorgungssystemen im Detail besprechen.

Was ist ein Vakuum-Leistungsschalter?

Vakuum-Leistungsschalter, auch als Leistungsschalter mit Vakuum-Unterbrecher bezeichnet, der in einem Vakuummedium arbeitet, um eine effiziente Stromabschaltung und -einschaltung zu erreichen. Dank dieser Konstruktion verfügen Vakuum-Leistungsschalter über hervorragende Isolations- und Lichtbogenlöschungseigenschaften bei hohen Spannungen.

Funktionsprinzip von Vakuum-Leistungsschaltern

Das Hauptprinzip von Vakuum-Leistungsschaltern ist die Beseitigung der Lichtbogenenergie in den Kontakten (beweglich und statisch). Wenn die Kontakte des Leistungsschalters im Vakuum geöffnet werden, entsteht ein Lichtbogen zwischen den Kontakten. Da Ionen und Metalldämpfe jedoch schnell an den Kontaktflächen kondensieren, kann der Lichtbogen schnell gelöscht werden, wodurch die Festigkeit des Dielektrikums erhöht wird. Aufgrund dieser Eigenschaft sind Vakuum-Leistungsschalter ideal für Hochspannungsanlagen geeignet.

Merkmale von Vakuum-Leistungsschaltern

Das isolierende Dielektrikum von Vakuum-Leistungsschaltern weist eine hervorragende Lichtbogenlöschfähigkeit auf, die mit der von Luft- und SF6-Leistungsschaltern vergleichbar ist. Die Kontakte arbeiten in einer Vakuumumgebung und sind in der Lage, den Anfangsstrom unter Null zu unterbrechen, was die Festigkeit des Dielektrikums deutlich erhöht. Diese Konstruktion macht Vakuum-Leistungsschalter effizient, leicht und kostengünstig und erfordert keine teure Wartung.

Art von Vakuum-Leistungsschaltern

Der Kontaktöffnungsabstand ist gering. Der Öffnungsabstand von Vakuum-Leistungsschalterkontakten ist gering. Ein 10-kV-Leistungsschalter benötigt zum Beispiel nur einen Öffnungsabstand von etwa 10 mm, mit einer geringen Betriebsleistung und einer langen mechanischen Lebensdauer.
Die Lichtbogenbrennzeit ist kurz: Die Lichtbogenbrennzeit eines Vakuum-Leistungsschalters ist sehr kurz, in der Regel etwa eine halbe Wochenwelle - ca. 10 ms; sie ist unabhängig von der Stromstärke.
Hinzu kommen die besseren dielektrischen Eigenschaften des Vakuums, die es für die Abschaltung von Fehlern in der Umgebung geeignet machen.
Längere Betriebszeit: Da die Abnutzung zum Zeitpunkt des Kontakteingriffs zu gering ist, ist die elektrische Lebensdauer eines Vakuum-Leistungsschalters lang. Mit diesem Gerät können 30 bis 50 Ausschaltungen mit voller Kapazität durchgeführt werden, und der erreichte Nennstrom kann 5000 Zyklen oder mehr betragen.
Bei Vakuum-Leistungsschaltern sind Größe und Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Leistungsschaltern geringer; daher sind Installation und Wartung einfach.
Kompatibel mit kapazitiver Last: kann den Strom von kapazitiver Last abschalten; kompatibel mit der Anwendung von Hochspannungsnetzen.

Typ des Vakuum-Leistungsschalters

Eine typische Modellbezeichnung für einen Vakuum-Leistungsschalter besteht aus mehreren Buchstaben, gefolgt von einer Zahl, deren Kombination die Konstruktions- und Leistungsmerkmale definiert. Es folgen einige spezifische Interpretationen:
Produktcode: Buchstaben für verschiedene Arten von Leistungsschaltern, "Z" für Vakuum-Leistungsschalter, andere sind "S" - ölfreier Leistungsschalter, "K" - Luft-Leistungsschalter, "L" - Schwefelhexafluorid-Leistungsschalter, und so weiter.
Code für den Installationsort: "N" bedeutet Inneninstallation und "W" bedeutet Außeninstallation.
Musterserie Nr.: 1, 2, 3 usw. sind einige Zahlen, die eine Musterserie bezeichnen.
Bemessungsspannung kV, d. h. die Bemessungsspannungsstufe des Leistungsschalters kann 10 kV oder 12 kV betragen.
Nennstrom in A: Wert des Stroms, den der Schalter sicher übertragen kann, z. B. 630 A, 1250 A usw.
Bemessungsausschaltstrom: Höchstwert des Stroms, den ein Leistungsschalter im Kurzschlussfall ausschalten kann, z. B. 20kA, 25kA usw.
Die Bedeutung des Vakuum-Leistungsschalters ZN12-10 ist zum Beispiel
"Z" für Vakuum-Leistungsschalter
"N" = Installation im Innenbereich
"12" steht für die Musterseriennummer.
"10" bedeutet, dass die Nennspannung 10 kV beträgt.

Anwendungen von Vakuum-Leistungsschaltern

Vakuum-Leistungsschalter werden in Stromnetzen mit Spannungen zwischen 11 kV und 33 kV eingesetzt. Während ihres Betriebs sind die Kontakte vollständig in einem Vakuumzylinder eingeschlossen, so dass sie ohne Lichtbogenbildung getrennt werden. Zu den Vorteilen dieser Bauart gehören ein geringer Wartungsaufwand, keine Gasemissionen, eine lange Lebensdauer und ein niedriger Geräuschpegel, was sie ideal für Innenräume macht.

Auswahltechnik bei Vakuum-Leistungsschaltern

Bei der Auswahl des geeigneten Vakuum-Leistungsschalters sind folgende Kriterien zu beachten:

Die Auswahl erfolgt nach dem Schaltanlagentyp:
In ortsfesten Schaltanlagen für den Innenbereich, wie z. B. 10-kV-Schaltanlagen, ist dieser Typ von ZN28-Schaltern am besten geeignet, da er über einen Federmechanismus Eigenschaften für elektrische und manuelle Betätigung besitzt.
In Innenraum-Schaltanlagen mit beweglichem Antrieb, wie z. B. dem Typ KYN mit integriertem Federmechanismus, kann der Leistungsschalter des Typs VS1 gewählt werden.
Auswahl des Nennstroms: Der normale Nennstrom beträgt 630A, 1000A, 1250A, 1600A, usw. Er muss in Übereinstimmung mit der Berechnung des Laststroms ausgewählt werden.
Zum Beispiel würde ein 2000kVA Transformator mit einem Nennstrom von 115,5A einen 630A Schutzschalter wählen als:.
Kalibrierung des Ausschaltstroms Der Nennausschaltstrom des Leistungsschalters muss höher sein als der Spitzenwert des Kurzschlussstroms am Installationsort.
Wenn zum Beispiel der maximale Kurzschlussstrom 26kA beträgt, kann die folgende Spezifikation gewählt werden: der Leistungsschalter, dessen Öffnungsstrom 31,5kA beträgt.
Weitere Kalibrierungsvariablen sind ein relativer Abstand der Phasen, installationsabhängige Parameter, Verriegelungsbedingungen, das Vorhandensein einer Überstromspule oder einer Spannungsausfallspule und andere Faktoren für die Systemkompatibilität.

Funktionsprinzip von Hochspannungs-Vakuum-Leistungsschaltern

Hochspannungs-Vakuum-Leistungsschalter sind Schaltgeräte für Hochspannungsnetze, die Vakuum als Isolations- und Lichtbogenlöschmedium verwenden und sich durch geringe Größe, geringes Gewicht und einfache Wartung auszeichnen.

Komponenten von Vakuum-Leistungsschaltern

Wichtige Bestandteile eines Vakuum-Leistungsschalters sind Zugstangen, flexible Anschlüsse, Klemmen, Vakuumanzeiger, Betätigungshebel, Verriegelungsnocken und Unterbrecherfedern.

Zu den Hauptkomponenten eines Vakuum-Leistungsschalters gehören:

VakuumflascheKernkomponente, die zur Isolierung und Lichtbogenabschreckung verwendet wird. Sie besteht in der Regel aus Keramik oder Glas und ist hochtemperatur- und hochdruckbeständig.
Kontakte: die wichtigsten elektrischen Verbindungsteile, die in der Regel aus Kupfer bestehen und eine gute elektrische Leitfähigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen.
Festkontakte: Festkontakte, die sich im Körper der Vakuumflasche befinden, um die Stabilität und Sicherheit des Stromkreises zu gewährleisten.
Feder: die Hauptkraftquelle, die die Trennung zwischen der Vakuumflasche und dem beweglichen Kontakt bewirkt.
Betätigungshebel: Vorrichtung zur Steuerung des Schaltzustands des Vakuumschalters, die von Hand oder mit einem Elektromotor angetrieben werden kann.
Leitfähiger Stab: das elektrische Bauteil, das die externe Stromversorgung mit den internen Kontakten des Vakuumschalters verbindet.
Auslösemechanismus: Mechanismus, der die schnelle Öffnung des Vakuumschalters unter anormalen Bedingungen gewährleistet.

Vakuumschaltröhre: das Herzstück, die interne Hochvakuumumgebung.
Antriebsmechanismus: Steuerung des Ein- und Ausschaltens des Leistungsschalters.
Isolierstützteile: stützen die Teile und sorgen für die Isolierung.
Leitende Anschlüsse: verbinden die verschiedenen Teile des Stromkreises.
Hülle: Schützt die inneren Komponenten vor der äußeren Umgebung.

Mechanismus der Bedienung

In der Vakuumschaltkammer herrscht normalerweise ein Hochvakuum unter 10^-4 Pa, eine Umgebung, die den Stromfluss wirksam verhindert. Wenn der Stromkreis unterbrochen werden muss, trennen sich die beweglichen und statischen Kontakte schnell, und der Lichtbogen wird aufgrund der fehlenden Gasunterstützung schnell gelöscht, wodurch die Unterbrechung abgeschlossen wird.

Der Antriebsmechanismus ist für das Öffnen und Schließen des Leistungsschalters verantwortlich und enthält in der Regel einen federbelasteten Energiespeicher, der die Kontakte durch Freisetzung der gespeicherten Energie trennt. Der Mechanismus kann manuell oder aus der Ferne gesteuert werden.

Wartung und Anwendungen

Die Wartung von Hochspannungs-Vakuum-Leistungsschaltern ist relativ einfach und besteht hauptsächlich in der regelmäßigen Überprüfung von Aussehen, Vakuum und Kontaktverschleiß. Sie werden häufig in Umspannwerken, in der industriellen Energieverteilung und in städtischen Netzen eingesetzt, um den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Hochspannungsnetzen zu gewährleisten.

Schlussfolgerung

Hochspannungs-Vakuum-Leistungsschalter werden wegen ihrer hohen Zuverlässigkeit, langen Lebensdauer und einfachen Wartung häufig in Hochspannungsnetzen eingesetzt. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technik und der Entwicklung eines intelligenten Stromnetzes werden Vakuum-Leistungsschalter in Zukunft eine immer wichtigere Rolle für ein effizientes Energiemanagement und eine nachhaltige Entwicklung spielen.