Grundlegendes zu Vakuum-Leistungsschaltern für den Außenbereich: Design, Nennwerte und Wartung

Die Funktion von Vakuum-Leistungsschaltern für den Außenbereich in der Stromverteilung

Vakuum-Leistungsschalter für den Außenbereich sind Schutzschaltgeräte, die in Mittel- und Hochspannungsverteilungsnetzen eingesetzt werden, um Fehlerströme zu unterbrechen und Teile des elektrischen Systems bei Überlastungen, Kurzschlüssen oder planmäßigen Wartungsarbeiten sicher zu isolieren. Im Gegensatz zu Innenschaltern, die in geschlossenen, vor Witterungseinflüssen geschützten Umspannwerken betrieben werden, sind Außengeräte so konstruiert, dass sie direktem Regen, extremen Temperaturen, Feuchtigkeit und UV-Strahlung standhalten und gleichzeitig über Jahrzehnte hinweg eine gleichbleibende Schaltleistung gewährleisten.

Der Begriff „Vakuum“ bezieht sich auf das Unterbrechungsmedium, das in der Kontaktkammer des Leistungsschalters verwendet wird. Wenn sich Kontakte trennen, um den Stromfluss zu unterbrechen, ermöglicht die Vakuumumgebung ein schnelles und sauberes Erlöschen des entstehenden Lichtbogens, ohne dass die bei älteren Leistungsschalterkonstruktionen verwendeten Unterbrechungsmethoden durch Öl, Gas oder Luftstoß erforderlich sind. Dies macht Vakuumschalter zu einer bevorzugten Wahl für Versorgungsunternehmen und Industrieanlagen, die eine wartungsarme, umweltfreundliche Alternative zu SF6-Gas- oder Öl-Leistungsschaltern suchen, insbesondere für Außeninstallationen, bei denen die Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten eingeschränkter ist.

So funktioniert die Vakuumunterbrechungstechnologie

Im Inneren eines Vakuum-Leistungsschalters enthält die Trennkammer einen festen und einen beweglichen Kontakt, die in einer Vakuumflasche versiegelt sind und typischerweise auf einem Druck unter 10⁻⁴ Pascal gehalten werden. Wenn der Leistungsschalter ein Auslösesignal empfängt, trennt sich der bewegliche Kontakt vom festen Kontakt und der entstehende Lichtbogen bleibt innerhalb der Vakuum-Schaltkammer begrenzt und breitet sich nicht in die umgebende Luft oder das Öl aus.

Lichtbogenlöschprozess

Da im Vakuum nur sehr wenige Gasmoleküle vorhanden sind, um die Ionisierung aufrechtzuerhalten, erlischt der Lichtbogen fast sofort, nachdem der Strom seinen natürlichen Nulldurchgangspunkt passiert hat, der zweimal pro Wechselstromzyklus auftritt. Diese schnelle Löschung verkürzt die Lichtbogendauer im Vergleich zu Luft- oder Ölbrechern erheblich, minimiert die Kontakterosion und verlängert die Lebensdauer der Schaltkontakte.

Dielektrische Wiederherstellung

Nachdem der Lichtbogen gelöscht ist, erlangt die Vakuumstrecke schnell wieder ihre Durchschlagsfestigkeit zurück, so dass sie der Wiederherstellungsspannung des Systems standhalten kann, ohne erneut zu zünden. Diese schnelle Wiederherstellung der Dielektrizitätskonstante ist einer der Hauptvorteile der Vakuumunterbrechung gegenüber anderen Schaltmedien, insbesondere bei Anwendungen, die häufige Schaltvorgänge erfordern.

Designmerkmale für den Widerstand gegen Umwelteinflüsse im Freien

Da Außenhämmer ständig dem Wetter ausgesetzt sind, sind mehrere Konstruktionsmerkmale integriert, um eine zuverlässige Leistung unter wechselnden Umgebungsbedingungen aufrechtzuerhalten.

• Wetterfeste Gehäuse aus korrosionsbeständigen Materialien wie verzinktem Stahl oder Edelstahl
• Buchsen aus Silikonkautschuk oder Porzellan, die Kriechstrom und Funkenüberschlägen unter nassen oder verschmutzten Bedingungen standhalten
• In Schaltschränken installierte Antikondensationsheizungen verhindern die Ansammlung von Feuchtigkeit an internen Komponenten
• Versiegelte Betätigungsmechanismen mit Schutzart IP54 oder höher, um das Eindringen von Staub und Wasser zu verhindern
• Große Betriebstemperaturbereiche, oft von -30 °C bis 50 °C, um saisonalen Extremen Rechnung zu tragen

Die Auswahl der Durchführung ist besonders wichtig in Küsten- oder Industriegebieten, wo sich Salzablagerungen oder Luftschadstoffe auf den Isolatoroberflächen ansammeln können, was das Risiko eines Oberflächenüberschlags erhöht. Aufgrund ihrer hydrophoben Oberflächeneigenschaften, die dazu führen, dass Wasser abperlt und abperlt, anstatt einen kontinuierlichen leitfähigen Film zu bilden, werden in diesen Umgebungen immer häufiger Silikonkautschuktüllen eingesetzt.

Wichtige zu berücksichtigende elektrische Nennwerte

Um den richtigen Vakuum-Leistungsschalter für den Außenbereich auszuwählen, müssen mehrere elektrische Nennwerte an die spezifische Anwendung und die Systembedingungen angepasst werden, in denen der Leistungsschalter installiert werden soll.

Energieversorger und Industrieingenieure wählen die Nennleistung von Leistungsschaltern in der Regel auf der Grundlage einer Systemfehlerstudie aus, die den maximal verfügbaren Fehlerstrom am Installationspunkt berechnet. Die Auswahl eines Leistungsschalters mit einer Kurzschlussleistung unterhalb dieses berechneten Werts stellt ein ernstes Sicherheitsrisiko dar, da der Leistungsschalter möglicherweise nicht in der Lage ist, einen Fehler über seine Nennkapazität hinaus sicher zu unterbrechen.

Häufige Anwendungen in Vertriebsnetzen

Vakuum-Leistungsschalter für den Außenbereich werden häufig in mehreren Segmenten des Stromnetzes eingesetzt, wobei jedes Segment leicht unterschiedliche Leistungsprioritäten aufweist.

Umspannwerke

Versorgungsunternehmen nutzen Vakuumschalter für den Außenbereich an Standorten von Mastspitzen und auf Unterstationen montierten Umspannwerken, um Einspeisestromkreise zu schützen und eine automatische Aufteilung bei Fehlerbedingungen zu ermöglichen. Dadurch können fehlerhafte Abschnitte isoliert und gleichzeitig die Versorgung nicht betroffener Bereiche des Verteilungsnetzes aufrechterhalten werden.

Verbindungen für erneuerbare Energien

In Solar- und Windparks werden häufig Außenvakuumschalter am Anschlusspunkt an das Versorgungsnetz eingesetzt, wo sie einen Fehlerschutz bieten und die sichere Trennung der erneuerbaren Anlage bei Netzstörungen oder geplanten Wartungsarbeiten ermöglichen.

Industrieanlagen

Schwere Industriestandorte, darunter Bergbaubetriebe und Produktionsanlagen mit Mittelspannungsverteilung vor Ort, sind auf Freiluftschalter angewiesen, um Transformatoren und Zuleitungen zu schützen, die zwischen separaten Gebäuden oder Verarbeitungsbereichen verlaufen, die Außenbedingungen ausgesetzt sind.

Wartungspraktiken, die die Lebensdauer verlängern

Obwohl Vakuum-Leistungsschalter deutlich weniger Wartung erfordern als Öl- oder Druckluft-Alternativen, sind regelmäßige Inspektionen weiterhin erforderlich, um die anhaltende Zuverlässigkeit sicherzustellen. Die Vakuumintegritätsprüfung, die mithilfe eines Hochspannungsfestigkeitstests an der offenen Kontaktlücke durchgeführt wird, stellt sicher, dass die Vakuumflasche im Laufe der Zeit ihre Dichtung nicht verloren hat, da eine beschädigte Vakuumflasche den Fehlerstrom nicht sicher unterbrechen kann.

Außerdem sollten in regelmäßigen Abständen Kontaktwiderstandsmessungen durchgeführt werden, um eine übermäßige Kontakterosion durch wiederholte Schaltvorgänge zu erkennen. Darüber hinaus sollten die Schmierstellen des Mechanismus, die Schaltschrankheizungen und die in der Nähe des Leistungsschalters angeschlossenen Überspannungsableiter bei geplanten Wartungsbesuchen überprüft werden, um sicherzustellen, dass das gesamte Schutzsystem während der erwarteten Lebensdauer des Außenschalters von 25 bis 30 Jahren weiterhin wie vorgesehen funktioniert.