Vakuumschalter

Vakuumschalter: Funktionsweise, Typen und Anwendungsbereiche

Ein Vakuumschalter ist ein elektrisches Schaltgerät, das in einem Vakuum verwendet wird, um elektrische Schaltvorgänge sicher und effizient durchzuführen. Vakuumschalter finden hauptsächlich Anwendung in der Energieverteilung und in industriellen Anwendungen, bei denen hohe Spannungen und Ströme unterbrechungsfrei geschaltet werden müssen. In diesem Artikel erfahren Sie alles über die Funktionsweise, Typen, Vorteile und typischen Anwendungsgebiete von Vakuumschaltern.

Was ist ein Vakuumschalter?

Ein Vakuumschalter ist ein Schaltgerät, das elektrische Stromkreise durch Öffnen und Schließen von Kontakten unterbrechen oder herstellen kann, wobei der Schaltvorgang in einer Vakuumkammer erfolgt. Das Vakuum dient als Isoliermedium, das die Entstehung eines Lichtbogens verhindert oder stark einschränkt, sobald die Schaltkontakte geöffnet werden. Dadurch wird der Schaltvorgang sicherer und die Lebensdauer des Schalters verlängert.

Hauptkomponenten eines Vakuumschalters

• Vakuumkammer: Dies ist das Herzstück des Schalters, in dem die Kontakte angeordnet sind. Das Vakuum verhindert das Entstehen eines Lichtbogens.
• Kontakte: Die metallischen Kontakte schließen oder öffnen den Stromkreis. Beim Öffnen der Kontakte unterbricht das Vakuum die elektrische Leitung und verhindert die Bildung eines kontinuierlichen Lichtbogens.
• Betätigungssystem: Ein mechanisches oder elektrisches System, das die Bewegung der Kontakte steuert.
• Isoliermaterial: Das Vakuum sowie die äußere Hülle dienen als Isolierung, um eine sichere Trennung zwischen den stromführenden Teilen zu gewährleisten.

Funktionsweise von Vakuumschaltern

Ein Vakuumschalter funktioniert, indem die Kontakte in einer Vakuumkammer geöffnet oder geschlossen werden. Wenn der Schalter in den Ausschaltmodus versetzt wird, öffnet das Betätigungssystem die Kontakte. Normalerweise würde ein Lichtbogen zwischen den Kontakten entstehen, der die Leitung für den Strom offenhält. Allerdings verhindert das Vakuum in der Schaltkammer die Bildung eines Lichtbogens oder löscht ihn innerhalb von Millisekunden. Dadurch wird die Stromverbindung unterbrochen und der Schaltvorgang sicher abgeschlossen.

Beim Schließen des Schalters werden die Kontakte wieder miteinander verbunden, wodurch der elektrische Strom erneut fließen kann.

Vorteile von Vakuumschaltern

1. Hohe Schaltleistung

Dank der Fähigkeit, einen Lichtbogen in einem Vakuum schnell zu löschen, können Vakuumschalter hohe Schaltströme sicher unterbrechen. Das macht sie ideal für Hochspannungsanwendungen.

2. Lange Lebensdauer

Da die Kontakte in einer Vakuumumgebung betrieben werden, gibt es weniger Materialabnutzung durch Lichtbogenbildung. Dies führt zu einer deutlich verlängerten Lebensdauer des Schalters im Vergleich zu anderen Schaltertypen.

3. Wartungsarm

Durch die Verwendung eines Vakuums als Isoliermedium benötigt ein Vakuumschalter nur sehr wenig Wartung. Es gibt keine Verschleißteile wie Dichtungen, die regelmäßig ausgetauscht werden müssen, und die Korrosionsgefahr ist minimal.

4. Schnelles Schalten

Vakuumschalter können sehr schnell schalten, was bei Anwendungen, bei denen eine schnelle Stromunterbrechung erforderlich ist, von Vorteil ist. Dies trägt dazu bei, Schäden an Anlagen oder Überlastungen des Stromnetzes zu verhindern.

5. Hohe Betriebssicherheit

Vakuumschalter sind besonders sicher, da sie Lichtbögen effektiv löschen können und ihre Kontaktoberflächen keinen Verbrennungsprodukten ausgesetzt sind. Das Vakuum selbst verhindert elektrische Entladungen und minimiert das Risiko von Kurzschlüssen.

Typen von Vakuumschaltern

1. Vakuum-Leistungsschalter

Der Vakuum-Leistungsschalter ist der am häufigsten verwendete Typ und wird in Mittelspannungsnetzen eingesetzt. Er ist in der Lage, hohe Schaltlasten sicher zu unterbrechen und wird häufig in Umspannwerken, Industrieanlagen und Verteilnetzen verwendet.

2. Vakuum-Trennschalter

Ein Vakuum-Trennschalter ist für das Unterbrechen und Verbinden von Stromkreisen vorgesehen, wenn diese spannungsfrei sind. Er wird hauptsächlich für Wartungsarbeiten oder in Situationen verwendet, in denen bestimmte Bereiche des Stromnetzes sicher abgeschaltet werden müssen.

3. Vakuum-Magnetschalter

Diese Schalterart nutzt Magnetfelder, um den Schaltvorgang zu unterstützen. Vakuum-Magnetschalter finden Anwendung in Anlagen mit hohen Strömen und bieten zusätzliche Sicherheit, indem sie auch bei Fehlströmen zuverlässig funktionieren.

Anwendungsbereiche von Vakuumschaltern

1. Energieverteilung

Vakuumschalter spielen eine zentrale Rolle in der Stromverteilung und werden häufig in Umspannwerken, Schaltanlagen und Verteilerstationen verwendet. Sie bieten eine zuverlässige Methode, um Stromkreise sicher zu unterbrechen und zu schalten, insbesondere in Mittel- und Hochspannungsnetzen.

2. Industrieanlagen

In Industrieanlagen, in denen große Maschinen und Geräte hohe Stromstärken erfordern, sind Vakuumschalter ideal, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu gewährleisten. Sie verhindern Überlastungen und ermöglichen einen reibungslosen Betrieb der elektrischen Anlagen.

3. Züge und Bahninfrastruktur

Im Bereich des Bahnverkehrs werden Vakuumschalter in den Schaltanlagen von Zügen und Bahninfrastrukturen eingesetzt, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten. Sie bieten hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit, was für den Betrieb elektrischer Züge unerlässlich ist.

4. Kraftwerke

Kraftwerke setzen auf Vakuumschalter, um ihre Anlagen vor Schäden durch Kurzschlüsse und Überlastungen zu schützen. Durch ihre hohe Schaltleistung und schnelle Reaktionsfähigkeit sind sie ideal für den Einsatz in elektrischen Schaltkreisen von Kraftwerksanlagen.

5. Elektrofahrzeuge

Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen finden Vakuumschalter auch in den Ladesystemen und Batteriemanagementsystemen dieser Fahrzeuge Anwendung. Sie ermöglichen eine sichere und effiziente Trennung der elektrischen Stromkreise, was zu einer längeren Lebensdauer der Batterien beiträgt.

Fazit

Vakuumschalter sind eine unverzichtbare Komponente in vielen Anwendungen, die hohe Zuverlässigkeit, Sicherheit und eine lange Lebensdauer erfordern. Sie bieten eine effektive Lösung für das Schalten und Unterbrechen von Stromkreisen in Hochspannungs- und Industrieanwendungen, und dank ihrer wartungsarmen Konstruktion und hohen Schaltgeschwindigkeit sind sie eine bevorzugte Wahl für viele Branchen. Die richtige Auswahl eines Vakuumschalters hängt von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab, sei es in der Energieverteilung, Industrie oder Infrastruktur.