Vakuumschalter: Gerät und Funktionsprinzip + Nuancen der Auswahl und Verbindung
Ein elektrisches Gerät, ein Vakuum-Leistungsschalter, ist ein Gerät, das zum Betrieb in elektrischen Hochspannungsnetzen bestimmt ist.Seinen Namen verdankt es einem Konstruktionsmerkmal – einer Vakuumkammer, dank der eine sofortige Löschung des Lichtbogens erreicht wird.
Das Gerät wird als Schalter zum Abschalten von Geräten in Notsituationen oder im Rahmen des Routinebetriebs eingesetzt. Schauen wir uns genauer an, was ein Vakuumkommutator ist und warum er benötigt wird.
Der Inhalt des Artikels:
Wie funktioniert ein Hochspannungsvakuumschalter?
Grundlage für die Funktionalität von Vakuumkammern, die bei der Konstruktion von Schaltern eingesetzt werden, sind die physikalischen Eigenschaften des Gases im entladenen Zustand. Unter solchen Bedingungen ändert sich die Gaseigenschaft, charakterisiert als elektrische Festigkeit, deutlich in Richtung einer Erhöhung.
Dieser Effekt einer stark verdünnten Umgebung (Bereich von 10-6 bis 10-8 N/cm2) wird erfolgreich in Schalterkonstruktionen eingesetzt, ergänzt durch Gasvakuumkammern, durch die elektrische Kontaktgruppen verlaufen.
Der durch die Kontaktgruppen fließende Strom (im Moment der Kontakttrennung) bildet eine elektrische Entladung – einen Lichtbogen.Die Lichtbogenverbrennung erfolgt aufgrund der teilweisen Ionisierung von Metalldämpfen, die zwangsläufig bei hohen Temperaturen entstehen. Der Stromfluss zwischen den Kontakten durch das gebildete Plasma wird aufrechterhalten, bis der Strom zum Nullbus übergeht.
Sobald der Moment des Übergangs durch „Null“ kommt, erlischt der Lichtbogen. Der Gesamtvorgang dauert nicht länger als 7–10 Mikrosekunden.
Design von Vakuumschaltern
Die Vielfalt der Vakuum-Leistungsschalter ist unter Berücksichtigung ihrer Bauart recht groß. Daher ist es schwierig, Eigenschaften dieser Geräte als Ganzes anzugeben. Trotz konstruktiver Unterschiede bleibt das Funktionsprinzip unverändert.
Betrachten wir allgemeine Informationen dreipoliger Vakuumschalter, ausgestattet mit einem Federmotorantrieb. Dieses Gerät ist für die Installation im Innen- oder Außenbereich konzipiert. In jedem Fall erfolgt die Installation in speziellen Verteilerkästen aus Metall.
Die Geräte können in den unterschiedlichsten Bereichen der Volkswirtschaft eingesetzt werden. Es gibt jedoch einige Einschränkungen.
Daher sind Vakuum-Leistungsschalter nicht für die Installation und den anschließenden Betrieb unter folgenden Bedingungen vorgesehen:
- Räume, in denen Feuer oder explosionsfähige Atmosphäre herrschen;
- Anlagen, die für häufiges Schalten ausgelegt sind;
- mobile (mobile) Anlagen;
- Energiesysteme von See- und Flussschiffen.
Vakuum-Leistungsschalter gibt es in der Regel in zwei Bauarten:
- Zur dauerhaften Installation.
- Zur Montage mit Hardware-Wagen.
Unabhängig von der Ausführung enthält der Körperbereich des Geräts drei Pole, die mit Lichtbogenlöschkammern ausgestattet sind.
In den Vakuumkammern befinden sich bewegliche Schütze, die von einem Federmotormechanismus angetrieben werden. Ergänzt wird der Gerätekörper durch eine Frontplatte, die Anzeigeelemente und Bediengeräte enthält.
Die drei Pole des Hauptstromkreises sind in Form von Säulen ausgeführt. Die Position der Stangen befindet sich normalerweise an der Rückseite des Federmotor-Antriebsgehäuses. Jeder Pol ist mit einer Lichtbogenlöschkammer ausgestattet, die in einem Polymerisolator eingeschlossen ist. Um die elektrische Festigkeit zu erhöhen, ist der Isolatorkörper gerippt.
In jeder Vakuumkammer ist eine Kontaktgruppe aus zwei Elementen montiert – beweglich und fest. Das bewegliche Kontaktelement ist über einen Zugisolator mit dem Schaltmechanismus verbunden. Als nächstes erfolgt die Verbindung mit dem unteren Kontaktstift. Und der Festkontakt wird durch eine konische Passung mit dem oberen Kontaktanschluss des Geräts verbunden.
Wie funktioniert der Schaltantrieb?
Die beweglichen Kontakte der Vakuumkammern sind mechanisch mit der Welle des Federmotorantriebs verbunden. Aufgrund der vorgespannten (in den Spannungszustand eingestellten) Kraftfeder kann der Antrieb einfach durch einfaches Drücken eines Bedienknopfes oder eines anderen Mechanismus aktiviert werden.
Die Feder (meist zwei Federn) wird über einen Kettenantrieb gespannt. Der normale Betriebsmodus des Geräts besteht darin, die Feder mithilfe eines Elektromotors zu laden, der mit einem Getriebe ausgestattet ist. Gleichzeitig gibt es einen manuellen Spanngriff, der bei Unfällen oder Stromausfall zum Einsatz kommt.
Die gespannte Feder wird durch den Abzugsmechanismus fixiert. Die Steuerung dieses Mechanismus erfolgt über einen elektromagnetischen Antrieb oder über einen Power-Knopf. Sobald der Aktivierungsmodus aktiviert ist, wird die Verriegelung gelöst, die Zugkraft der Feder aktiviert den Nockenmechanismus. Dies wiederum wirkt auf die Welle, die mechanisch mit dem Schaltmechanismus der beweglichen Kontakte der Vakuumkammern verbunden ist.
Das Ausschalten des Vakuum-Leistungsschalters erfolgt durch Aktivieren des „Aus“-Modus – mit einem Elektromagneten oder einem Knopf. Die Abfolge der Aktionen ist fast die gleiche wie im ersten Modus. Dabei handelt es sich auch um Auslösefedern, deren Zustand durch den Auslöser eingestellt wird.
Der Bedienkomfort und die Steuerung des Gerätebetriebs werden über das Bedienfeld gewährleistet. An der Vorderseite des Bedienfelds befinden sich folgende Elemente: ein Zyklenzähler, eine Statusanzeige für die Ladefeder und eine Statusanzeige für den Vakuumschalter.
Merkmale ausfahrbarer Strukturen
Die Zusammenstellung der Einschubgeräte erfolgt auf Basis eines speziellen Gerätewagens. Mit diesem Zubehör wird der Schalter in den Schrank ein- oder ausgefahren.
Der Hardware-Wagen dient nicht nur als Transportmittel für das Gerät, sondern fungiert auch als Steuerung, um das Gerät in den Testmodus oder in den Betriebsmodus zu schalten, sobald der Schalter in den Schrank geschoben wird.
Der Vakuumschalter ist direkt am beweglichen Teil des Wagens angebracht. Die Befestigung erfolgt mittels Schraubverbindungen. Mittlerweile verfügt der Beschlagwagen auch über einen stationären Teil, an dem der Antrieb des beweglichen Teils befestigt ist. Die Bewegung des beweglichen Moduls relativ zum stationären Modul erfolgt über die Schraube des Trolley-Bediengriffs.
Der bewegliche Teil ist eine Metallbasis auf vier Rädern, die mit einer galvanischen Beschichtung versehen ist. Es gibt eine äußere mechanische Verriegelung (Druckstange) der Masseelektrode, eine Antriebsschraubenverriegelung, Blockkontakte, einen Schalterverriegelungsmechanismus und andere Elemente, die eine Bewegung oder Fixierung gewährleisten.
Installation und Anschluss des Gerätes
Bevor mit der Installation eines Vakuum-Leistungsschalters begonnen wird, ist es notwendig, alle von außen zugänglichen Elemente zu überprüfen, um sicherzustellen, dass keine Schäden oder Mängel vorliegen. Anschließend werden die Isolierflächen der Masten mit einem trockenen, fusselfreien Tuch gereinigt.
Es ist nicht gestattet, Geräte in das System einzuführen, wenn sich auf den Isolierflächen Absplitterungen, Risse oder verformte Stellen befinden. Die Beschaltung der Sekundärkreise muss überprüft werden, ebenso der Anschluss des Chassis-Busses.
Vor der Installation sollte die Funktionalität des Schalters durch manuelles Einschalten (Leerlauf ohne Strom) überprüft werden und darauf geachtet werden, dass sich die Bedienfeldanzeigen in der richtigen Position befinden. Anschließend müssen Sie das Vorhandensein der Polabdeckungen überprüfen. Wenn Geräte mit einer Nennleistung von 1600 A und höher verwendet werden, müssen die Schutzabdeckungen vor der Installation entfernt werden.
Stellen Sie eine direkte Verbindung zum Netzwerk her
Die Anschlüsse der Kontaktspitzen der Stromkabelleiter müssen vor dem Anschluss an die Schalteranschlüsse gereinigt werden.
Der Abisoliervorgang unterscheidet sich je nach verwendetem Anschlussmaterial:
- Bei Kupfer- und Aluminiumanschlüssen ohne zusätzliche Beschichtung erfolgt die Reinigung mit Schleifpapier der Körnung M20 oder kleiner und anschließendes Entfetten der Metalloberfläche.
- Wenn die Anschlüsse aus Kupfer oder Aluminium bestehen und mit einer Silberschicht beschichtet sind, können sie einfach mit einem fusselfreien Tuch gereinigt werden.
Es ist nicht akzeptabel, Kabel zu verwenden, deren Silberbeschichtung an den Anschlüssen auf einer Fläche von mehr als 5 % beschädigt ist. In diesem Fall muss das beschädigte Element ersetzt werden. Weitere Informationen zu Klemmen zum Anschließen von Drähten finden Sie in dieses Material.
Außenleiter werden so an die Anschlüsse des Vakuumschalters angeschlossen, dass durch die Außenleiter keine mechanischen Kräfte auf die Anschlüsse des Gerätes ausgeübt werden. Die Verbindung erfolgt über eine Bolzenkupplung mit flachen elastischen Metallscheiben.
Wie erfolgt die Erdung?
Stationäre Geräte werden über eine Schraubverbindung (M12) direkt an der mit „Erdung“ gekennzeichneten Stelle mit der Plattform „Erde“ verbunden.
Der Bereich der Kontaktstelle „Erdung“ muss vor dem Anschluss entfettet werden. Der Erdungsleiter sollte eine Schiene mit ausreichendem Querschnitt (Elektroinstallationsvorschriften), ein flexibler Draht oder ein geflochtener Leiter sein. Bevor Sie den Leiter auf das Kontaktpad legen, schmieren Sie die Kontaktflächen mit einem speziellen Schmiermittel (CIATIM-203).
Bei der ausziehbaren Ausführung erfolgt die Erdung über die Elemente des Gerätewagens. Die Erdung des Vakuum-Leistungsschalters erfolgt über die Struktur des Hardware-Wagens, für den auch Befestigungselemente vorhanden sind.
Inbetriebnahme des Gerätes
Nach einer zusätzlichen Prüfung der installierten und vorbereiteten Geräte wird das Gerät in Betrieb genommen. Insbesondere werden die Zuverlässigkeit der Erdung, der Befestigungszustand der Montagekomponenten und der Zugang des Kühlmediums zu potenziell erhitzenden Elementen überprüft.
Die mit den Lamellen der Rosettenkontaktgruppen in Kontakt stehenden Oberflächen der stromführenden Stäbe müssen mit einer kleinen Menge CIATIM-Schmiermittel behandelt werden. Generell ist es erforderlich, bei Abnahmeprüfungen alle vom PES vorgesehenen Verfahren durchzuführen und sicherzustellen, dass die Betriebsspannung den zulässigen Grenzwerten entspricht.
Die Bedienung des Vakuum-Leistungsschalters ist Personen gestattet, die über eine Erlaubnis zur Wartung elektrischer Anlagen mit Spannungen über 1000 Volt verfügen. Die zugelassene Zutrittsgruppe für Servicepersonal darf nicht kleiner als ein Drittel sein. Vor Beginn der Arbeit mit der Ausrüstung durchläuft das Personal ein technisches Minimum, um die Feinheiten eines bestimmten Gerätemodells zu studieren.
Wie wählt man einen Vakuum-Leistungsschalter aus?
Die Auswahl des Geräts erfolgt unter Berücksichtigung seiner Nennparameter, die im Verhältnis zu den Parametern des vorhandenen Netzwerks am Installationsort berücksichtigt werden. Die Auswahl erfolgt nach dem Kriterium der für die Betriebsbedingungen zu erwartenden maximal belasteten Betriebsarten.
Die Nennspannung des Vakuum-Leistungsschalters darf im Verhältnis zur Nennspannung des durch den Leistungsschalter gespeisten Systems gleich sein (oder höher sein).
Der Bemessungsdauerstromparameter wird höher gewählt als der Bemessungsstrom der versorgten Anlage. Der Nennabschaltstromparameter wird oberhalb des Maximalwerts gewählt Nennstrom Kurzschluss (der Moment der Kontaktdivergenz wird berücksichtigt).
Im Hinblick auf mögliche Kurzschlussbedingungen wird die Auswahl unter Berücksichtigung der härtesten Bedingungen getroffen.
Der Wert der aperiodischen Komponente wird unter Berücksichtigung der Kurzschlussbedingungen mit Nullspannung in einer der Phasenleitungen berechnet. In diesem Fall sollten die vom Gerätehersteller eingestellten aperiodischen Stromparameter berücksichtigt werden.
Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Noch mehr Material über Gerät, Funktionsweise und Einbaubedingungen eines Vakuum-Leistungsschalters erfahren Sie im folgenden Video:
Vakuumschalter unterscheiden sich von anderen Gerätetypen durch ihren relativ einfachen und zuverlässigen Aufbau. Daher funktioniert diese Art von Ausrüstung lange Zeit ohne Beanstandungen. Die natürliche Verschleißlebensdauer wird durch die Anzahl der Betätigungen von mindestens 20.000 bestimmt. Bei rechtzeitiger Wartung erhöht sich diese Lebensdauer um 5-10 %.Mittlerweile ist die Wartung von Sprengstoffen auf eine kleine Anzahl leichter Arbeiten beschränkt.
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Können Sie genauer herausfinden, warum eine solche Erdung des Schalters erforderlich ist?
Guten Tag, Artem. Der Hauptzweck einer solchen Erdung besteht darin, die Arbeitssicherheit zu gewährleisten.
Das erste Bild ist ein Fragment eines Diagramms einer Außenschaltanlage. Was zu sehen scheint (die Buchstaben sind nicht klar), sind ein Vakuum-Leistungsschalter und Stromwandler. Letztere sind technologisch mit Sprengstoffen verwandt. Solche Schaltanlagenbereiche müssen mit stationären Erdungsmessern „eingezäunt“ sein, die die Sicherheit der Arbeit des Personals gewährleisten, das Sprengstoffe, Transformatoren und andere Elemente des Stromkreisabschnitts repariert und wartet. Diese Erdungsschalter unterliegen Abschnitt 4.2.28. PUE. Screenshot beigefügt.
Das zweite Bild ist ein Fragment einer komplett geschlossenen 10-kV-Schaltanlage. Der Zweck dieser Messer ist ähnlich. Während der Durchführung der Arbeiten verwendet das Personal Trennschalter, um den Arbeitsbereich zu isolieren (unterbricht die Stromversorgung von allen Seiten einer möglichen fehlerhaften Spannungsversorgung) und verwendet Erdungsmesser, um die zur Reparatur entnommenen Geräte mit der „Erde“ zu verbinden.