Funktionsweise der Lichtbogenlöschung in Leistungsschaltern
Arten von Lichtbogenlöschgeräten in Leistungsschaltern
Der Leistungsschalter muss unter allen möglichen Netzbedingungen eine Lichtbogenlöschung gewährleisten.
In Leistungsschaltern haben zwei Versionen von Lichtbogenlöschgeräten Anwendung gefunden – halbgeschlossen und offen.
In der halbgeschlossenen Ausführung ist der Leistungsschalter von einem Gehäuse mit Öffnungen zum Austritt heißer Gase abgedeckt. Das Gehäusevolumen ist groß genug, um große Überdrücke im Gehäuseinneren zu vermeiden. Bei der halbgeschlossenen Variante liegt die Emissionszone des heißen und ionisierten Gases meist nur wenige Zentimeter von den Auslassöffnungen entfernt. Diese Konstruktionslösung wird in automatischen Leistungsschaltern verwendet, die neben anderen Geräten installiert sind, in Schaltanlagen und in handbetriebenen Maschinen. Ein strombegrenzender Schutzschalter überschreitet nicht 50 kA.
Bei Strömen von 100 kA und höher werden in Leistungsschaltern offene Kammern mit großer Entladungsfläche eingesetzt.Die halbgeschlossene Bauweise kommt in der Regel in Montage- und Universalautomaten zum Einsatz, die offene Ausführung in Schnell- und Automaten für hohe Grenzströme (100 kA und mehr) oder hohe Spannungen (über 1000 V).
Methoden zum Löschen eines Lichtbogens in Installations- und Universalleistungsschaltern
In Leistungsschaltern für den Massengebrauch (Installation und Universal) wird häufig ein deionisches Lichtbogengitter aus Stahlplatten verwendet. Sofern Leistungsschalter für den Betrieb sowohl mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom erforderlich sind, wird die Anzahl der Platten durch die Auslösebedingung ausgewählt Konstantstromkreis... Jedes Plattenpaar muss eine Spannung von weniger als 25 V haben.
In Wechselstromkreisen mit einer Spannung von 660 V sorgen solche Lichtbogengeräte für eine Lichtbogenlöschung mit einem Strom von bis zu 50 kA. Bei Gleichstrom arbeiten diese Geräte mit Spannungen bis 440 V und schneiden Ströme bis 55 kA. Mit Stahlplatten-Lichtbogenlöschern erfolgt die Löschung geräuschlos und die Freisetzung ionisierter und erhitzter Gase aus dem Lichtbogenlöscher ist minimal.
Arten von Lichtbogenkammern für Leistungsschalter
Für hohe Ströme werden Kammern mit Labyrinthschlitzen und gerade Längsschlitzkammern eingesetzt. Der Lichtbogen wird durch magnetisches Anblasen mit einer Stromspule in den Schlitz gezogen.
Eine Längsschlitzkammer kann mehrere parallele Schlitze mit konstantem Querschnitt aufweisen. Dies verringert den Luftwiderstand der Kammer und erleichtert dem Hochstromlichtbogen das Eindringen in die Schlitze. Zunächst wird der Lichtbogen in eine Reihe paralleler Fasern unterteilt. Doch dann bleibt von allen Parallelzweigen nur noch einer übrig, in dem es schließlich zum Aussterben kommt. Kammerwände und Trennwände bestehen aus Asbestzement.
In der Labyrinth-Schlitzkammer erzeugt der allmähliche Eintritt des Lichtbogens in den Zick-Zack-Schlitz bei hohen Strömungen keinen hohen Widerstand. Ein schmaler Spalt erhöht den Spannungsgradienten im Lichtbogen, wodurch sich die erforderliche Lichtbogenlänge zum Löschen verringert. Die Zickzackform des Schlitzes reduziert die Größe der Maschine.
In der Kammer mit Labyrinthspalt wird der Lichtbogen durch die Wände der Kammer intensiv gekühlt. Da der Lichtbogen viel Wärme an die Wände des Spalts abgibt, muss das Material der Kammer eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen Leitfähigkeit und Schmelzpunkt.
Um zu verhindern, dass die Kammer durch hohe Temperaturen zerstört wird, ist es notwendig, den Lichtbogen kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit zu bewegen. Dies erfordert die Erzeugung eines starken Magnetfeldes entlang der gesamten Lichtbogenbahn im Schlitz. Bei unzureichender Geschwindigkeit wird die Lichtbogenlöscheinrichtung zerstört.
Als Kammermaterial wird Cordierit verwendet. Gasbildende Materialien wie Fasern und organisches Glas werden aufgrund des erhöhten Luftwiderstands nicht verwendet.
Um das Design zu vereinfachen (und leistungsstarke und komplexe magnetische Detonationssysteme abzulehnen), kehren sie derzeit zur Idee eines Deion-Stahlgitters zurück. Stahlplatten mit einer Nut für Lichtbogenkontakte erzeugen eine Kraft, die den Lichtbogen bewegt. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Gitter steht der Lichtbogen in Kontakt mit isolierten Stahlplatten: Die Löschung erfolgt auf die gleiche Weise wie in einer Kammer mit quer verlaufenden Isolierwänden, jedoch ohne ein spezielles Magnetsystem, das den Lichtbogen bewegt.
Der Einfluss eines Lichtbogens auf automatische Kontaktschalter
Der kritischste Teil eines automatischen Leistungsschalters sind die Kontakte.Bei Nennströmen bis 200 A im Automatikbetrieb nutzen die Leistungsschalter ein Kontaktpaar, das zur Erhöhung der Lichtbogenfestigkeit mit Metallkeramik ausgekleidet werden kann.
Große Nennströme erfordern den automatischen Einsatz von zweistufigen Kontaktunterbrechern mit beweglicher Brücke oder einem Paar Haupt- und Lichtbogenkontakten. Die Hauptkontakte der Leistungsschalter sind mit Silber oder Metallkeramik (Silber, Nickel, Graphit) ausgekleidet. Der feste Lichtbogenkontakt ist mit SV-50-Metallkeramik (Silber, Wolfram) und abnehmbarem SN-29GZ bedeckt. Cermet und andere Marken werden in automatischen Schaltern verwendet.
Bei Leistungsschaltern für hohe Nennströme kommt die Einbeziehung mehrerer paralleler Hauptkontaktpaare zum Einsatz.
Bei Schnellschaltern werden zur Verkürzung der Eigenzeit nur Endkontakte mit geringer Eintauchtiefe verwendet. Die Kontakte bestehen aus Kupfer und die Kontaktflächen sind aus Silber. Aufgrund der Erhöhung des Nennstroms und des relativ hohen Kontaktwiderstands automatischer Schalter wird derzeit an der künstlichen Kühlung der Kontakte mittels einer Flüssigkeit gearbeitet. Diese Lösung des Problems ermöglicht es Ihnen, ein geringes Gewicht und eine geringe Leistung beizubehalten. Leistungsschalter und erhöhen den Dauerstrom von 2500 auf 10000 A.
Stabilität der Kontakte automatischer Schalter im Kurzschlussfall
Stabilität der Unterbrecherkontakte beim Einschalten für Kurzschluss hängt von der Geschwindigkeit des Druckanstiegs in den Kontakten ab. Wenn die Amplitude des eingeschlossenen Stroms mehr als 30–40 kA beträgt, werden Momentmaschinen verwendet, bei denen die Bewegungsgeschwindigkeit der Kontakte und der Druck in ihnen nicht von der Bewegungsgeschwindigkeit des Schaltergriffs abhängen.
Bei selektiven Universal-Leistungsschaltern wird beim Fließen eines Kurzschlussstroms eine bewusste Zeitverzögerung erzeugt.
Um ein Verschweißen der Unterbrecherkontakte zu vermeiden, muss eine elektrodynamische Kompensation angewendet werden. Wenn Strom in einem Lichtbogenstromkreis zu einem Leiter fließt, der einen festen Lichtbogenkontaktunterbrecher trägt, wirkt eine elektrodynamische Kraft, die den Druck auf die Kontakte erhöht.