Leistungsschalter

Viele Klassifizierungen von Leistungsschaltern können basierend auf ihren Merkmalen wie Spannungsklasse, Konstruktionstyp, Unterbrechungstyp vorgenommen werden und strukturelle Merkmale.

Low-VoltageEdit

Niederspannungstypen (weniger als 1.000 VAC) sind in Haushalts-, Gewerbe- und Industrieanwendungen üblich und umfassen:

• Leitungsschutzschalter (MCB) – Nennstrom bis 125 A. Auslösecharakteristik normalerweise nicht einstellbar. Thermischer oder thermomagnetischer Betrieb. Die oben abgebildeten Leistungsschalter gehören zu dieser Kategorie.
• Kompaktleistungsschalter (MCCB) – Nennstrom bis 1.600 A. Thermischer oder thermomagnetischer Betrieb. Der Auslösestrom kann in größeren Nennwerten einstellbar sein.
• Leistungsschalter mit niedriger Spannung können in mehreren Ebenen in Niederspannungsschalttafeln oder Schaltanlagenschränken montiert werden.

Die Die Eigenschaften von Niederspannungs-Leistungsschaltern werden durch internationale Normen wie IEC 947 festgelegt. Diese Leistungsschalter werden häufig in ausziehbaren Gehäusen installiert, die das Entfernen und Austauschen ermöglichen, ohne die Schaltanlage zu zerlegen.

Große Niederspannungsformteile Leistungsschalter für Gehäuse und Leistungsschalter können Elektromotoren haben, damit sie ferngesteuert öffnen und schließen können. Diese können Teil eines automatischen Übertragungsschaltersystems für die Standby-Stromversorgung sein.

Niederspannungs-Leistungsschalter werden auch für Gleichstromanwendungen wie Gleichstrom für U-Bahn-Leitungen hergestellt. Gleichstrom erfordert spezielle Unterbrecher, da der Lichtbogen kontinuierlich ist. Im Gegensatz zu einem Wechselstromlichtbogen, der bei jeder Halbwelle ausfällt, verfügt der Gleichstromschutzschalter über Ausblasspulen, die ein Magnetfeld erzeugen, das den Lichtbogen schnell ausdehnt. Kleine Leistungsschalter werden entweder direkt in Geräte eingebaut oder in einem Leistungsschalterfeld angeordnet.

Der thermisch-magnetische Miniatur-Leistungsschalter an der DIN-Schiene ist europaweit der gebräuchlichste Stil in modernen Haushaltsgeräten und gewerblichen Stromverteilern. Das Design umfasst die folgenden Komponenten:

1. Betätigungshebel – dient zum manuellen Auslösen und Zurücksetzen des Leistungsschalters. Zeigt auch den Status des Leistungsschalters an (Ein oder Aus / Ausgelöst). Die meisten Unterbrecher sind so konstruiert, dass sie auch dann noch auslösen können, wenn der Hebel in der Position „Ein“ gehalten oder verriegelt ist. Dies wird manchmal als „freie Auslösung“ oder „positive Auslösung“ bezeichnet.
2. Aktuatormechanismus – drückt die Kontakte zusammen oder auseinander.
3. Kontakte – lassen Strom beim Berühren und Unterbrechen der Strom, wenn er auseinander bewegt wird.
4. Klemmen
5. Bimetallstreifen – trennt Kontakte als Reaktion auf kleinere, längerfristige Überströme
6. Kalibrierschraube – ermöglicht dem Hersteller eine präzise Einstellung Der Auslösestrom des Geräts nach dem Zusammenbau.
7. Magnet – Trennt Kontakte schnell als Reaktion auf hohe Überströme.
8. Lichtbogenteiler / Feuerlöscher

Solid StateEdit

Halbleiterschalter, auch als digitale Leistungsschalter bekannt, sind eine technologische Innovation, die eine fortschrittliche Leistungsschaltertechnologie von der mechanischen Ebene in die elektrische verspricht. Dies verspricht mehrere Vorteile, wie das Abschalten des Stromkreises in Bruchteilen von Mikrosekunden, eine bessere Überwachung der Stromkreislasten und längere Lebensdauern.

MagneticEdit

Magnetische Leistungsschalter verwenden einen Magneten (Elektromagneten), dessen Zug Kraft nimmt mit dem Strom zu. Bestimmte Konstruktionen verwenden zusätzlich zu denen des Magneten elektromagnetische Kräfte. Die Leistungsschalterkontakte werden durch eine Verriegelung geschlossen gehalten. Wenn der Strom im Solenoid über die Nennleistung des Leistungsschalters hinaus ansteigt, löst der Zug des Solenoids die Verriegelung, wodurch die Kontakte durch Federkraft geöffnet werden. Sie sind die am häufigsten verwendeten Leistungsschalter in den USA.

Thermomagnetische Bearbeitung

Thermomagnetische Leistungsschalter, wie sie in den meisten Verteilern in Europa und Ländern mit ähnlichen Verdrahtungsanordnungen zu finden sind, umfassen beide Techniken, bei denen der Elektromagnet sofort auf große Stromstöße (Kurzschlüsse) und der Bimetallstreifen reagiert Der thermische Teil des Leistungsschalters bietet eine Zeitreaktionsfunktion, die den Leistungsschalter bei größeren Überströmen früher auslöst, kleinere Überlastungen jedoch länger bestehen lässt. Dies ermöglicht einen kurzen Strom Spitzen wie sie entstehen, wenn ein Motor o r andere ohmsche Last ist eingeschaltet.Bei sehr großen Überströmen während eines Kurzschlusses löst das magnetische Element den Leistungsschalter ohne beabsichtigte zusätzliche Verzögerung aus.

Magnetisch-hydraulische Bearbeitung

Ein magnetisch-hydraulischer Leistungsschalter verwendet einen Magneten Spule zur Bereitstellung einer Betätigungskraft zum Öffnen der Kontakte. Magnetisch-hydraulische Unterbrecher enthalten eine hydraulische Zeitverzögerungsfunktion unter Verwendung einer viskosen Flüssigkeit. Eine Feder hält den Kern fest, bis der Strom die Leistungsschalterleistung überschreitet. Während einer Überlastung wird die Geschwindigkeit der Magnetbewegung durch die Flüssigkeit begrenzt. Die Verzögerung ermöglicht kurze Stromstöße über den normalen Betriebsstrom hinaus zum Starten des Motors, zum Erregen von Geräten usw. Kurzschlussströme sorgen für eine ausreichende Magnetkraft, um die Verriegelung unabhängig von der Kernposition zu lösen, wodurch die Verzögerungsfunktion umgangen wird. Die Umgebungstemperatur beeinflusst die Zeitverzögerung, hat jedoch keinen Einfluss auf die Nennstromstärke eines Magnetschalters.

Große Leistungsschalter, die in Stromkreisen mit mehr als 1000 Volt eingesetzt werden, können Hydraulikelemente in den Kontaktbetriebsmechanismus einbeziehen. Hydraulische Energie kann von einer Pumpe geliefert oder in Akkumulatoren gespeichert werden. Diese bilden einen anderen Typ als ölgefüllte Leistungsschalter, bei denen Öl das Lichtbogenlöschmedium ist.

Gemeinsame Auslöseschalter (Ganged Breaker) >

Dreipoliger gemeinsamer Auslöseschalter zur Versorgung eines dreiphasigen Geräts. Dieser Leistungsschalter hat eine Nennleistung von 2 A.

Um ein gleichzeitiges Unterbrechen mehrerer Stromkreise aufgrund eines Fehlers an einem Stromkreis zu ermöglichen, können Leistungsschalter als zusammengesetzte Baugruppe hergestellt werden. Dies ist eine sehr häufige Anforderung für 3-Phasen-Systeme, bei denen das Brechen entweder 3- oder 4-polig (massiv oder neutral geschaltet) sein kann. Einige Hersteller stellen Ganging-Kits her, mit denen Gruppen von Einphasenunterbrechern nach Bedarf miteinander verbunden werden können.

In den USA, wo Split-Phase-Versorgungen üblich sind, muss in Zweigstromkreisen mit mehr als einem stromführenden Leiter jeder stromführende Leiter durch eine Unterbrecherstange geschützt sein. Um sicherzustellen, dass alle stromführenden Leiter unterbrochen werden, wenn ein Pol auslöst, muss ein „gemeinsamer Auslöser“ verwendet werden. Diese können entweder zwei oder drei Auslösemechanismen in einem Fall enthalten oder bei kleinen Leistungsschaltern die Pole von außen über ihre Betätigungsgriffe miteinander verbinden. Zweipolige gemeinsame Auslöseschalter sind bei 120/240-Volt-Systemen üblich, bei denen 240-Volt-Lasten (einschließlich Großgeräte oder weiterer Verteiler) die beiden stromführenden Drähte überspannen. Dreipolige gemeinsame Auslöseschalter werden normalerweise verwendet, um große Motoren oder weitere Verteiler mit dreiphasigem Strom zu versorgen.

Separate Leistungsschalter dürfen niemals für stromführenden und neutralen Stromkreis verwendet werden, da der Neutralleiter währenddessen nicht angeschlossen ist Wenn der stromführende Leiter angeschlossen bleibt, tritt ein sehr gefährlicher Zustand auf: Der Stromkreis scheint stromlos zu sein (Geräte funktionieren nicht), aber die Drähte bleiben unter Spannung und einige Fehlerstromschutzschalter (RCDs) können möglicherweise nicht auslösen, wenn jemand den stromführenden Draht berührt (weil Einige FI-Schutzschalter benötigen Strom zum Auslösen. Aus diesem Grund müssen nur übliche Auslöseschalter verwendet werden, wenn eine Neutralleiterumschaltung erforderlich ist.

Shunt-AuslöseeinheitenEdit

Eine Shunt-Auslöseeinheit sieht ähnlich aus zu einem normalen Unterbrecher und die beweglichen Aktuatoren werden zu einem normalen Unterbrechermechanismus „geschaltet“, um auf ähnliche Weise zusammenzuarbeiten, aber die Nebenschlussauslösung ist ein Magnet, der dazu bestimmt ist, durch ein externes Konstantspannungssignal und nicht durch einen Strom betrieben zu werden, üblicherweise der lokale Netzspannung oder Gleichstrom. Dies sind oft wir um die Stromversorgung zu unterbrechen, wenn ein Ereignis mit hohem Risiko auftritt, z. B. ein Feuer- oder Hochwasseralarm oder ein anderer elektrischer Zustand, z. B. eine Überspannungserkennung. Shunt-Auslösungen können ein vom Benutzer angebrachtes Zubehör für einen Standardschalter sein oder als integraler Bestandteil des Leistungsschalters geliefert werden.

Mittelspannungs-Bearbeitung

Mittelspannungs-Leistungsschalter mit einer Nennleistung zwischen 1 und 72 kV können für den Innenbereich in metallgekapselte Schaltanlagen eingebaut werden oder können einzelne Komponenten sein, die im Freien in einem Umspannwerk installiert sind. Leistungsschalter mit Luftunterbrechung ersetzten ölgefüllte Einheiten für Innenanwendungen, werden jetzt jedoch selbst durch Vakuum-Leistungsschalter (bis zu etwa 40,5 kV) ersetzt. Wie die nachstehend beschriebenen Hochspannungs-Leistungsschalter werden auch diese von Stromerfassungsschutzrelais betrieben, die über Stromwandler betrieben werden. Die Eigenschaften von MV-Leistungsschaltern werden durch internationale Normen wie IEC 62271 vorgegeben. Mittelspannungs-Leistungsschalter verwenden fast immer separate Stromsensoren und Schutzrelais, anstatt sich auf eingebaute thermische oder magnetische Überstromsensoren zu verlassen.

Mittelspannungs-Leistungsschalter können nach dem Medium klassifiziert werden, das zum Löschen des Lichtbogens verwendet wird:

• Vakuum-Leistungsschalter – Mit einem Nennstrom von bis zu 6.300 A und höher für die Anwendung von Generator-Leistungsschaltern (bis zu 16.000) A & 140 kA).Diese Unterbrecher unterbrechen den Strom, indem sie den Lichtbogen in einem Vakuumbehälter – auch „Flasche“ genannt – erzeugen und löschen. Langlebige Bälge sind für die 6–10 mm ausgelegt, die die Kontakte trennen müssen. Diese werden in der Regel für Spannungen bis ca. 40.500 V angelegt, was in etwa dem Mittelspannungsbereich von Stromversorgungssystemen entspricht. Vakuum-Leistungsschalter haben zwischen den Überholungen eine längere Lebensdauer als andere Leistungsschalter. Darüber hinaus ist ihr globales Erwärmungspotential weitaus geringer als das des SF6-Leistungsschalters.
• Leistungsschalter – Nennstrom bis zu 6.300 A und höher für Generatorleistungsschalter. Die Auslöseeigenschaften sind häufig vollständig einstellbar, einschließlich konfigurierbarer Auslöseschwellen und Verzögerungen. Normalerweise elektronisch gesteuert, obwohl einige Modelle über eine integrierte elektronische Auslöseeinheit mikroprozessorgesteuert sind. Wird häufig für die Hauptstromverteilung in großen Industrieanlagen verwendet, in denen die Leistungsschalter zur Erleichterung der Wartung in ausziehbaren Gehäusen angeordnet sind.
• SF6-Leistungsschalter löschen den Lichtbogen in einer mit Schwefelhexafluoridgas gefüllten Kammer.

Mittelspannungs-Leistungsschalter können durch Schraubverbindungen an Sammelschienen oder Drähten an den Stromkreis angeschlossen werden, insbesondere in Schaltanlagen im Freien. Mittelspannungs-Leistungsschalter in Schaltanlagen sind häufig mit einer Ausziehkonstruktion ausgestattet, die das Entfernen des Leistungsschalters ermöglicht, ohne die Stromkreisverbindungen zu stören, und einen motorbetriebenen oder handgekurbelten Mechanismus verwendet, um den Leistungsschalter von seinem Gehäuse zu trennen.

High-VoltageEdit

Stromübertragungsnetze werden durch Hochspannungsschalter geschützt und gesteuert. Die Definition von Hochspannung variiert, aber bei Stromübertragungsarbeiten wird nach einer aktuellen Definition der International Electrotechnical Commission (IEC) normalerweise von 72,5 kV oder mehr ausgegangen. Hochspannungsschalter werden fast immer magnetisch betätigt, wobei Schutzrelais zur Stromerfassung über Stromwandler betrieben werden. In Umspannwerken kann das Schutzrelaisschema komplex sein und Geräte und Busse vor verschiedenen Arten von Überlast oder Erd- / Erdschluss schützen.

Hochspannungsschalter werden weitgehend nach dem zum Löschen des Lichtbogens verwendeten Medium klassifiziert:

• Massenöl
• Mindestöl
• Luftstoß
• Vakuum
• SF6
• CO2

Aufgrund von Umwelt- und Kostenbedenken hinsichtlich der Isolierung von Ölverschmutzungen verwenden die meisten neuen Leistungsschalter SF6-Gas, um den Lichtbogen zu löschen.

Leistungsschalter können als unter Spannung stehender Tank klassifiziert werden , wenn das Gehäuse, das den Unterbrechungsmechanismus enthält, auf Leitungspotential liegt, oder der tote Tank mit dem Gehäuse auf Erdpotential. Hochspannungs-Wechselstromschutzschalter sind routinemäßig mit Nennleistungen bis zu 765 kV erhältlich. 1.200-kV-Leistungsschalter wurden von Siemens im November 2011 auf den Markt gebracht, gefolgt von ABB im April des folgenden Jahres.

Hochspannungs-Leistungsschalter, die in Übertragungssystemen verwendet werden, können so angeordnet werden, dass sie einen einzelnen Pol einer dreiphasigen Leitung ermöglichen stolpern, anstatt alle drei Pole auszulösen; Für einige Fehlerklassen verbessert dies die Systemstabilität und -verfügbarkeit.

Hochspannungs-Gleichstromschutzschalter sind ab 2015 noch ein Forschungsgebiet. Solche Leistungsschalter wären nützlich, um HGÜ-Übertragungssysteme miteinander zu verbinden.

Schwefelhexafluorid (SF6) HochspannungEdit

Ein Schwefelhexafluorid-Leistungsschalter verwendet Kontakte, die von Schwefelhexafluoridgas umgeben sind, um den Lichtbogen zu löschen . Sie werden am häufigsten für Spannungen auf Übertragungsebene verwendet und können in kompakte gasisolierte Schaltanlagen eingebaut werden. In kalten Klimazonen kann aufgrund der Verflüssigung des SF6-Gases eine zusätzliche Erwärmung oder Leistungsreduzierung der Leistungsschalter erforderlich sein.

Trennschalter (DCB) Bearbeiten

Der Trennschalter (DCB) wurde im Jahr 2000 eingeführt und ist ein Hochspannungs-Leistungsschalter, der dem SF6-Leistungsschalter nachempfunden ist. Es stellt eine technische Lösung vor, bei der die Trennfunktion in die Schaltkammer integriert ist, sodass keine separaten Trennschalter erforderlich sind. Dies erhöht die Verfügbarkeit, da die Hauptkontakte des Trennschalters im Freien alle 2 bis 6 Jahre gewartet werden müssen, während moderne Leistungsschalter Wartungsintervalle von 15 Jahren haben. Die Implementierung einer DCB-Lösung reduziert auch den Platzbedarf innerhalb der Unterstation und erhöht die Zuverlässigkeit aufgrund des Fehlens separater Trennschalter.

Um den erforderlichen Platz in der Unterstation weiter zu reduzieren und das Design zu vereinfachen Beim Engineering des Umspannwerks kann ein Glasfaser-Stromsensor (FOCS) in den DCB integriert werden.Ein 420-kV-DCB mit integriertem FOCS kann den Platzbedarf eines Umspannwerks im Vergleich zu einer herkömmlichen Lösung von unter Spannung stehenden Tankschaltern mit Trennschaltern und Stromwandlern aufgrund des reduzierten Materials und ohne zusätzliches Isolationsmedium um über 50% reduzieren.

Kohlendioxid (CO2) -Hochspannungs-Edit

Im Jahr 2012 stellte ABB einen 75-kV-Hochspannungsschalter vor, der Kohlendioxid als Medium zum Löschen des Lichtbogens verwendet. Der Kohlendioxidschalter arbeitet nach den gleichen Prinzipien wie ein SF6-Leistungsschalter und kann auch als Trennschalter hergestellt werden. Durch die Umstellung von SF6 auf CO2 ist es möglich, die CO2-Emissionen während des Produktlebenszyklus um 10 Tonnen zu reduzieren.