Die Vakuumunterbrechertechnologie wurde erstmals im Jahr 1960 eingeführt. Dennoch handelt es sich um eine sich entwickelnde Technologie. Im Laufe der Zeit hat sich die Größe des Vakuumunterbrechers gegenüber der Größe der frühen 1960er Jahre aufgrund unterschiedlicher technischer Entwicklungen auf diesem Gebiet der Technik verringert. Ein Leistungsschalter ist eine Vorrichtung, die einen Stromkreis unterbricht, um ungerechtfertigten Strom zu verhindern, der durch einen Kurzschluss verursacht wird, der typischerweise aus einer Überlast resultiert. Die Grundfunktion besteht darin, den Stromfluss zu unterbrechen, nachdem ein Fehler erkannt wurde. Dieser Artikel beschreibt einen Überblick über den Vakuum-Leistungsschalter und seine Funktionsweise. Um mehr über Leistungsschalter zu erfahren, lesen Sie diesen Artikel Arten von Leistungsschaltern und ihre Bedeutung .

Was ist ein Vakuum-Leistungsschalter?

Ein Vakuum-Leistungsschalter ist eine Art Leistungsschalter, bei dem das Lichtbogenlöschen in einem Vakuummedium stattfindet. Das Einschalten und Schließen stromführender Kontakte und die damit verbundene Lichtbogenunterbrechung erfolgt in einer Vakuumkammer im Leistungsschalter, die als Vakuumunterbrecher bezeichnet wird.

Vakuum-Leistungsschalter

Ein Vakuum, das als Lichtbogenlöschmedium in einem Leistungsschalter verwendet wird, ist als Vakuumleistungsschalter bekannt, da Vakuum aufgrund überlegener Lichtbogenlöscheigenschaften eine hohe Isolationsfestigkeit ergibt. Dies ist für die meisten Standardspannungsanwendungen geeignet, da für höhere Spannungen eine Vakuumtechnologie entwickelt wurde, die jedoch kommerziell nicht realisierbar ist.

Der Betrieb von stromführenden Kontakten und die damit verbundene Lichtbogenunterbrechung finden in einer Vakuumkammer des Leistungsschalters statt, die als Vakuumunterbrecher bekannt ist. Dieser Unterbrecher enthält eine Stahllichtbogenkammer in der Mitte symmetrisch angeordneter Keramikisolatoren. Die Aufrechterhaltung des Vakuumdrucks in einem Vakuumunterbrecher kann bei 10–6 bar erfolgen. Die Leistung des Vakuum-Leistungsschalters hängt hauptsächlich von dem Material ab, das für stromführende Kontakte wie Cu / Cr verwendet wird.

Arbeitsprinzip

Das Funktionsprinzip des Vakuum-Leistungsschalters Sobald die Leistungsschalterkontakte innerhalb des Vakuums geöffnet sind, kann durch die Ionisierung der Metalldämpfe in den Kontakten ein Lichtbogen zwischen den Kontakten erzeugt werden. Der Lichtbogen kann jedoch leicht gelöscht werden, da die Elektronen, Ionen und Metalldämpfe, die im gesamten Lichtbogen erzeugt werden, schnell über die Außenseiten der CB-Kontakte kondensieren, so dass die Spannungsfestigkeit schnell wiederhergestellt werden kann.

Das wichtigste Merkmal eines Vakuums ist, dass der Lichtbogen, sobald er innerhalb des Vakuums erzeugt ist, aufgrund der schnellen Verbesserungsrate der Durchschlagfestigkeit des Vakuums schnell gelöscht werden kann.

Materialien kontaktieren

Das Kontaktmaterial von VCBs muss die folgenden Eigenschaften aufweisen.

Hohe Dichte
Der Kontaktwiderstand muss geringer sein
Die elektrische Leitfähigkeit ist hoch, um übliche Lastströme ohne Überhitzung durchzulassen.
Die Wärmeleitfähigkeit ist hoch, um die große Wärme, die während des Lichtbogens erzeugt wird, schnell abzuleiten.
Die thermionische Funktion muss hoch sein, um eine frühzeitige Zerstörung des Lichtbogens zu ermöglichen.
Die Neigung zum Schweißen muss gering sein
Weniger aktuelle Hackstufe
Hohe Lichtbogenbeständigkeit
Ein Siedepunkt muss hoch sein, um die Lichtbogenerosion zu verringern.
Der Gasgehalt muss unten angegeben werden, um eine längere Lebensdauer zu gewährleisten
Ein niedriger Dampfdruck muss ausreichen, um die Menge an unteilbarem Metalldampf in der Kammer zu verringern.

Bau eines Vakuum-Leistungsschalters

Der Vakuum-Leistungsschalter umfasst eine Stahllichtbogenkammer in den mittelsymmetrisch angeordneten Keramikisolatoren. Der Druck im Inneren des Vakuumunterbrechers wird unter 10 ^ -4 Torr gehalten.

Das für stromführende Kontakte verwendete Material spielt eine wichtige Rolle für die Leistung des Vakuum-Leistungsschalters. Legierungen wie Kupfer-Wismut oder Kupfer-Chrom sind das ideale Material für VCB-Kontakte.

Aufbau eines Vakuum-Leistungsschalters

Aus der obigen Abbildung geht hervor, dass der Vakuum-Leistungsschalter aus einem festen Kontakt, einem beweglichen Kontakt und einem Vakuum-Unterbrecher besteht. Der bewegliche Kontakt ist über einen Edelstahlbalg mit dem Steuermechanismus verbunden. Die Lichtbogenabschirmungen werden so vom Isoliergehäuse getragen, dass sie diese Abschirmungen abdecken und nicht auf dem Isoliergehäuse kondensieren. Die Möglichkeit eines Lecks wird aufgrund der dauerhaften Abdichtung der Vakuumkammer ausgeschlossen, da ein Glasgefäß oder ein Keramikgefäß als äußerer Isolierkörper verwendet wird.

Funktionsweise des Vakuum-Leistungsschalters

Die Schnittansicht eines Vakuum-Leistungsschalters ist in der folgenden Abbildung dargestellt, wenn die Kontakte aufgrund abnormaler Bedingungen getrennt werden, ein Lichtbogen zwischen den Kontakten ausgelöst wird, der Lichtbogen aufgrund der Ionisierung von Metallionen erzeugt wird und sehr stark vom Material abhängt von Kontakten.

Die Lichtbogenunterbrechung bei Vakuumunterbrechern unterscheidet sich von anderen Arten von Leistungsschalter . Die Trennung der Kontakte bewirkt die Freisetzung von Dampf, der in den Kontaktraum gefüllt wird. Es besteht aus positiven Ionen, die aus dem Kontaktmaterial freigesetzt werden. Die Dampfdichte hängt vom Strom im Lichtbogen ab. Wenn der Strom abnimmt, nimmt die Geschwindigkeit der Dampffreisetzung ab, und nach dem Strom Null gewinnt das Medium seine Spannungsfestigkeit zurück, wenn die Dampfdichte verringert wird.

Wenn der zu unterbrechende Strom im Vakuum sehr klein ist, hat der Lichtbogen mehrere parallele Pfade. Der Gesamtstrom ist in viele parallele Bögen unterteilt, die sich gegenseitig abstoßen und sich über die Kontaktfläche ausbreiten. Dies wird als diffuser Lichtbogen bezeichnet, der leicht unterbrochen werden kann.

Bei hohen Stromwerten konzentriert sich der Lichtbogen in einem kleinen Bereich. Es bewirkt eine schnelle Verdampfung der Kontaktfläche. Die Unterbrechung des Lichtbogens ist möglich, wenn der Lichtbogen in einem diffusen Zustand bleibt. Wenn es schnell von der Kontaktfläche entfernt wird, schlägt der Lichtbogen erneut zu.

Die Lichtbogenlöschung in Vakuumschaltern wird stark vom Material und der Form der Kontakte sowie von der Technik zur Berücksichtigung von Metalldampf beeinflusst. Der Pfad des Lichtbogens wird in Bewegung gehalten, so dass die Temperatur an einem Punkt nicht hoch ist.

Nach der letzten Lichtbogenunterbrechung baut sich schnell eine Spannungsfestigkeit auf, die für den Vakuumschalter typisch ist. Sie eignen sich zum Schalten von Kondensatoren, da sie eine schlagfreie Leistung bieten. Der kleine Strom wird vor dem Eigenstrom Null unterbrochen, was zu einem Zerhacken führen kann, dessen Pegel vom Kontaktmaterial abhängt.

Aktuelles Hacken

Das Stromunterbrechung im Vakuum-Leistungsschalter tritt aufgrund der Instabilität der Lichtbogensäule hauptsächlich in Ölleistungsschaltern sowie in Luft auf. Bei Vakuum-Leistungsschaltern hängt die Stromunterbrechung hauptsächlich vom Dampfdruck sowie von den Eigenschaften der Elektronenemission im Kontaktmaterial ab. Das Zerhackungsniveau wird also auch von der Wärmeleitfähigkeit beeinflusst. Wenn die Wärmeleitfähigkeit geringer ist, wird das Zerhackungsniveau darunter liegen.

Es ist möglich, das gegenwärtige Niveau, bei dem das Zerkleinern auftritt, zu verringern, indem ein Kontaktmaterial ausgewählt wird, um reichlich Metalldampf bereitzustellen, damit sich der Strom einem extrem niedrigen Wert nähert. Dies wird jedoch nicht oft durchgeführt, da dies die dielektrische Leistung stark beeinflusst.

Eigenschaften von Vakuum-Leistungsschaltern

Das Isoliermedium des Vakuum-Leistungsschalters ist im Vergleich zu anderen Arten von Leistungsschaltern für die Lichtbogenlöschung hoch. Der Druck im Vakuumunterbrecher beträgt etwa 10-4 Torrent, der nur sehr wenige Moleküle im Unterbrecher enthält. Dieser Leistungsschalter hat meist zwei außergewöhnliche Eigenschaften wie die folgenden.

Im Vergleich zu anderen in den Leistungsschaltern verwendeten Isoliermedien ist dieser Leistungsschalter ein überlegenes dielektrisches Medium. Es ist im Vergleich zu anderen Medien außer SF6 und Luft überlegen, da diese bei hohem Druck verwendet werden.

Sobald ein Lichtbogen durch Bewegen der Kontakte innerhalb eines Vakuums separat geöffnet wird, tritt beim Hauptstrom Null eine Unterbrechung auf. Durch die Unterbrechung dieses Lichtbogens erhöht sich ihre Durchschlagfestigkeit im Vergleich zu anderen Arten von Unterbrechern um das Tausendfache.

Diese Eigenschaften machen die Leistungsschalter leistungsfähiger, weniger Gewicht und weniger Kosten. Die Lebensdauer dieser Leistungsschalter ist im Vergleich zu anderen Leistungsschaltern hoch und sie benötigen keine Wartung.

“Wie baue ich eine variable Stromversorgung? ”

Teile des Vakuum-Leistungsschalters sind Vakuum-Unterbrecher, Klemmen, flexible Verbindungen, Stützisolatoren, Betätigungsstange, Zugstange, gemeinsame Betriebsschaltung, Betätigungsmais, Verriegelungsnocken, Herstellung einer Feder, Bruchfeder, Ladefeder und Hauptverbindung.

Es gibt verschiedene Arten von Vakuum-Leistungsschaltern sind basierend auf den Herstellern erhältlich, die unten diskutiert werden.

Mitsubishi Vakuum-Leistungsschalter

Diese Leistungsschalter werden von Mitsubishi Electric hergestellt. Sie bieten hohe Sicherheit, Zuverlässigkeit und Umweltschutz. Mitsubishi VCBs verfügen über die folgenden Funktionen.

Die Produktpalette ist breit
Keine Anforderung für die sechs besonders gefährlichen Materialien.
Der Materialname ist über den Hauptkunststoffteilen abgebildet
Die Struktur ist faltbar, um den Rahmen zu montieren
Einfache Wartung

Siemens Vakuum-Leistungsschalter

Die Siemens-Vakuum-Leistungsschalter sind SION 3AE5, die in allen typischen Schaltanwendungen wie industriellen Netzen und Mittelspannungs-Stromverteilungen eingesetzt werden, die von Kurzschlussströmen und Schaltlasten bis hin zu Sammelschienenabschnitten oder Verbindungsnetzwerken reichen. Ihre solide Struktur mit den geringsten Tiefen- und Breitenabmessungen trägt dazu bei, die Notwendigkeit unterschiedlicher Paneele zu verringern.

Diese Leistungsschalter sind also über einen optionalen Erdungsschalter für Steckversionen und feste Montage erhältlich. Zu den Hauptmerkmalen dieses Leistungsschalters gehören die folgenden.

Sehr einfach in luftisolierten Mittelspannungsschaltanlagen zu installieren
Die Zuverlässigkeit ist hoch
Design ist kompakt
Fernschaltung über die Fernbedienung
Die Planungskosten sind niedrig
Die Lebensdauer ist lang
Die Wartung ist einfach

Vakuum-Leistungsschalterprüfung

Im Allgemeinen werden Leistungsschaltertests hauptsächlich verwendet, um sowohl die Leistung der einzelnen Schaltmechanismen als auch das Timing des gesamten Auslösesystems zu testen. Sobald Vakuumunterbrecher so konstruiert sind, dass sie im Infield anderweitig verwendet werden, werden hauptsächlich drei Arten von Tests verwendet, um ihre Funktion zu authentifizieren, wie z. B. Kontaktwiderstand, Hochpotentialbeständigkeit und Leckratentest.

Unterschied zwischen Vakuumschützeinheit und Vakuumleistungsschalter

Ein Vakuum-Leistungsschalter löst einen Fehler wie einen Erdschluss, einen Kurzschluss oder eine Über- / Unterspannung aus. Ein Schütz wird normalerweise in Reihe über eine Sicherung betrieben, die einen Fehlerstrom vermeidet. Der Hauptunterschied zwischen der Vakuumschützeinheit und dem Vakuumleistungsschalter ist nachstehend anhand verschiedener Eigenschaften aufgeführt.

Vakuum-Leistungsschalter	Vakuumschützeinheit
Schaltkapazität ist, es schaltet Ströme von niedrigen Werten auf kompletter Systemkurzschlussstrom	Schalten Sie die Ströme von sehr niedrigen Werten auf Unterbrechung der Kapazität des Vakuumschützes ohne Sicherungen. Sicherungen arbeiten für höhere Ströme im Vergleich zur Unterbrechungsfähigkeit des Vakuumschützes nur bis zum Unterbrechungsfähigkeit der Sicherung
Die Ausdauer ist mechanisch hoch	Die Lebensdauer ist für mechanische Prozesse wie 1.000.000 Prozesse für bis zu 630 A extrem hoch
Die Lebensdauer ist hoch, da die elektrische Leistung hoch ist wie bei einem Vakuum, das bei einem Dauernennstrom von 10.000 bis 50.000 Einwirkungen reicht. Für Vakuum sind es 30 bis 100 Operationen bei voller Kurzschlussfestigkeit.	Der extrem hohe Dauerschaltstrom reicht von 450.000 bis 1.000.000 Aktionen für bis zu 630 A. Schaltkurzschlussstrom, Dauerdaten nicht im Kurzschluss festgelegt Stromunterbrechung, bei der die Sicherungen ausgetauscht werden müssen
Diese gelten nicht für Anwendungen mit extrem hoher Lebensdauer.	Diese werden für den Betrieb extrem häufiger Schaltvorgänge verwendet
Es wird elektrisch betrieben	Es arbeitet nur elektrisch
Es ist mechanisch verriegelt, da der Leistungsschalter bei Systemspannungsverlust geschlossen bleibt.	Normalerweise wird das Vakuumschütz einmal entriegelt Systemspannung geht verloren Das Vakuumschütz blockiert, sobald die Systemspannung zurückkommt
Es werden Schutzrelais verwendet	Es werden Schutzrelais zum Überlastschutz und Sicherungen zum Kurzschlussschutz verwendet
Der Kurzschluss der durchgelassenen Energie ist gering	Der Kurzschluss der durchgelassenen Energie ist gering
Fernbedienung ist geeignet	Fernbedienung ist geeignet
Die Steuerleistung wird für den Betrieb von Leistungsschaltern, Schutzrelais und Raumheizgeräten verwendet	Die Steuerleistung wird für den Betrieb von Schützen, Schutzrelais und Raumheizgeräten verwendet
Es verwendet eine größere Fläche	Es verbraucht weniger Fläche
Die Kosten sind hoch	Die Kosten sind moderat
Die Wartung ist mittelgroß	Die Wartung ist gering.

Vorteile von VCB

Vakuum bietet höchste Isolationsfestigkeit. Es hat also extrem überlegene Lichtbogenlöscheigenschaften als jedes andere Medium.

Der Vakuum-Leistungsschalter hat eine lange Lebensdauer.
Im Gegensatz zu Oil Circuit Breaker (OCB) oder Air Blast Circuit Breaker (ABCB) wird die Explosion von VCB vermieden. Dies erhöht die Sicherheit des Bedienpersonals.
Keine Brandgefahr
Der Vakuum-Leistungsschalter ist schnell in Betrieb und daher ideal für die Fehlerbehebung. VCB ist für den wiederholten Betrieb geeignet.
Vakuum-Leistungsschalter sind nahezu wartungsfrei.
Kein Abgasen von Gas in die Atmosphäre und geräuschloser Betrieb.

Nachteile von VCB

Der Hauptnachteil von VCB besteht darin, dass es bei Spannungen über 38 kV unwirtschaftlich ist.
Die Kosten des Leistungsschalters werden bei höheren Spannungen zu hoch. Dies liegt daran, dass bei hohen Spannungen (über 38 kV) mehr als zwei Nummern des Leistungsschalters in Reihe geschaltet werden müssen.
Darüber hinaus ist die Herstellung von VCBs unwirtschaftlich, wenn sie in kleinen Mengen hergestellt werden.

Anwendungen von Vakuum-Leistungsschaltern

Der Vakuum-Leistungsschalter gilt heute als die zuverlässigste Stromunterbrechungstechnologie für Mittelspannungsschaltanlagen. Es erfordert im Vergleich zu anderen Leistungsschaltertechnologien nur minimale Wartung.

Die Technologie ist hauptsächlich für Mittelspannungsanwendungen geeignet. Für die Hochspannung wurde eine Vakuumtechnologie entwickelt, die jedoch kommerziell nicht realisierbar ist. Vakuum-Leistungsschalter werden in metallbeschichteten Schaltanlagen sowie in Leistungsschaltern mit Porzellangehäuse verwendet.

Das ist also alles über Vakuum-Leistungsschalter (VCB) funktioniert und Anwendungen. Wir hoffen, dass Sie dieses Konzept besser verstehen. Darüber hinaus bestehen Zweifel an diesem Konzept oder an der Umsetzung Ideen für Elektro- und Elektronikprojekte Bitte geben Sie Ihr Feedback, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben. Hier ist eine Frage an Sie, Was ist das Arbeitsprinzip von VCB ?