Welche Arten und Arten von Leistungsschaltern gibt es in Stromnetzen?

Der Hauptunterschied zwischen diesen Schaltgeräten und allen anderen ähnlichen Geräten ist die komplexe Kombination von Funktionen:

1. die Nennlast im System aufgrund der zuverlässigen Übertragung starker Stromströme über seine Kontakte über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten;

2. Betriebsmittel vor unbeabsichtigter Beschädigung im Stromkreis durch schnelles Trennen der Stromversorgung zu schützen.

Unter normalen Betriebsbedingungen der Ausrüstung kann der Bediener die Last manuell mit den Leistungsschaltern schalten und bietet so Folgendes:

• verschiedene Energieschemata;

• die Netzwerkkonfiguration ändern;

• Außerbetriebnahme der Anlage.

Notfallsituationen in elektrischen Anlagen treten sofort und spontan auf. Eine Person ist nicht in der Lage, schnell auf ihr Aussehen zu reagieren und Maßnahmen zu ergreifen, um sie zu beseitigen. Diese Funktion wird automatischen Geräten zugewiesen, die in den Leistungsschalter eingebaut sind.

In der Elektrizitätswirtschaft wird die Einteilung elektrischer Anlagen nach Stromart akzeptiert:

• dauerhaft;

• abwechselnd sinusförmig.

Darüber hinaus gibt es eine Einteilung der Betriebsmittel nach der Höhe der Spannung für:

• Niederspannung – weniger als tausend Volt;

• Hochspannung – alles andere.

Für alle Arten dieser Systeme wurden eigene Leistungsschalter geschaffen, die für den wiederholten Betrieb ausgelegt sind.

Wechselstromkreise

In dieser Schlüsselkategorie gibt es eine große Auswahl an Modellen moderner Hersteller. Die Klassifizierung erfolgt nach Netzspannung und Strombelastung.

Elektrische Geräte bis 1000 Volt

Abhängig von der Leistung des übertragenen Stroms werden automatische Schalter in Wechselstromkreisen herkömmlicherweise unterteilt in:

1. modular;

2. in einem geformten Gehäuse;

3. Power-Luft.

Modulare Designs

Die spezifische Bauform in Form von kleinen Standardmodulen mit einer Breite von 17,5 mm bestimmt ihren Namen und ihr Design mit der Möglichkeit der Montage auf einer DIN-Schiene.

Der innere Aufbau eines dieser Leistungsschalter ist auf dem Foto dargestellt. Sein Körper besteht vollständig aus einem haltbaren dielektrischen Material, das eliminiert Stromschlag für eine Person.

Die Versorgungs- und Ausgangskabel werden jeweils an den oberen und unteren Klemmenblock angeschlossen. Zur manuellen Steuerung des Schaltzustandes ist ein Hebel mit zwei festen Positionen verbaut:

• der obere dient zur Stromzufuhr über einen geschlossenen Stromversorgungskontakt;

• unten – sorgt für eine Unterbrechung des Stromkreises.

Jede dieser Maschinen ist für den Dauerbetrieb bei einem bestimmten Wert ausgelegt Nennstrom (Yin). Wird die Belastung größer, wird der Powerkontakt unterbrochen. Zu diesem Zweck sind im Inneren der Box zwei Schutzarten angebracht:

1. thermische Freisetzung;

2. Aktueller Interrupt.

Ihr Funktionsprinzip ermöglicht es, die Zeitstromkennlinie zu erklären, die die Abhängigkeit der Schutzauslösezeit vom durch sie fließenden Last- oder Fehlerstrom ausdrückt.

Das auf dem Foto gezeigte Diagramm gilt für einen bestimmten Leistungsschalter, wenn der Grenzbetriebsbereich auf das 5- bis 10-fache des Nennstroms eingestellt ist.

Bei anfänglicher Überlastung erfolgt thermische Auslösung Bimetallplatte, das sich bei erhöhtem Strom allmählich erwärmt, verbiegt und nicht sofort, sondern mit einiger Zeitverzögerung auf den Abschaltmechanismus einwirkt.

Dadurch können kleine Überlastungen, die mit einer kurzfristigen Verbindung von Benutzern einhergehen, selbst behoben und unnötige Abschaltungen vermieden werden. Wenn die Last eine kritische Erwärmung der Verkabelung und Isolierung verursacht, ist der Leistungskontakt unterbrochen.

Wenn im geschützten Stromkreis ein Notstrom auftritt, der das Gerät mit seiner Energie verbrennen kann, wird eine elektromagnetische Spule aktiviert. Mit einem Impuls, aufgrund der aufgetretenen Lasterhöhung, wirft es den Kern auf den Auslösemechanismus, um den Out-of-Bounds-Modus sofort zu stoppen.

Aus der Grafik geht hervor, dass die Kurzschlussströme umso schneller durch den elektromagnetischen Auslöser ausgelöst werden, je höher sie sind.

Der automatische Dampfschutz für den Haushalt funktioniert nach den gleichen Prinzipien.

Bei der Unterbrechung großer Ströme entsteht ein Lichtbogen, dessen Energie die Kontakte verbrennen kann. Um seine Wirkung zu beseitigen, wird in Leistungsschaltern eine Lichtbogenlöschkammer eingesetzt, die die Lichtbogenentladung in kleine Ströme aufteilt und diese durch Abkühlung löscht.

Mehrere Ausschnitte modularer Strukturen

Magnetische Auslöser sind auf die Arbeit mit bestimmten Lasten abgestimmt und abgestimmt, da sie beim Starten unterschiedliche Transienten erzeugen. Beispielsweise kann beim Einschalten verschiedener Beleuchtungskörper der kurzzeitige Einschaltstrom aufgrund des sich ändernden Widerstands der Glühwendel das Dreifache des Nennwerts erreichen.

Daher ist es üblich, für die Steckdosengruppe von Wohnungen und Beleuchtungskreisen automatische Schalter mit einer Strom-Zeit-Kennlinie vom Typ „B“ zu wählen. Das sind 3 ÷ 5 Zoll.

Induktionsmotoren verursachen beim Drehen eines angetriebenen Rotors größere Überlastströme. Wählen Sie für sie Maschinen mit der Charakteristik „C“ oder — 5 ÷ 10 Zoll. Aufgrund der geschaffenen Zeit- und Stromreserve ermöglichen sie die Drehung des Motors und gehen garantiert ohne unnötige Abschaltungen in den Betriebsmodus.

In der industriellen Produktion gibt es an Metallschneidemaschinen und -mechanismen belastete Antriebe, die mit Motoren verbunden sind, die zu stärkeren Überlastungen führen. Für solche Zwecke werden automatische Schalter mit der Charakteristik „D“ mit einer Nennleistung von 10 ÷ 20 In verwendet. Sie haben sich beim Einsatz in Stromkreisen mit aktiv-induktiven Lasten bestens bewährt.

Darüber hinaus verfügen Maschinen über drei weitere Arten von Standard-Zeit-Strom-Kennlinien, die für spezielle Zwecke verwendet werden:

1. „A“ – für lange Leitungen mit aktiver Last oder zum Schutz von Halbleiterbauelementen mit einem Wert von 2 ÷ 3 In;

2. „K“ – für ausgeprägte induktive Lasten;

3. „Z“ – für elektronische Geräte.

In den technischen Unterlagen verschiedener Hersteller können die Grenzwerte für die letzten beiden Typen geringfügig abweichen.

Geformte Leistungsschalter

Diese Geräteklasse kann höhere Ströme schalten als modulare Bauformen. Ihre Belastung kann Werte bis zu 3,2 Kiloampere erreichen.

Sie werden nach den gleichen Prinzipien wie Modulkonstruktionen hergestellt, versuchen jedoch angesichts der gestiegenen Anforderungen an die Übertragung der erhöhten Last, ihnen relativ kleine Abmessungen und eine hohe technische Qualität zu verleihen.

Diese Maschinen sind für den sicheren Betrieb in Industrieanlagen konzipiert. Entsprechend der Höhe des Nennstroms werden sie bedingt in drei Gruppen eingeteilt, mit der Möglichkeit, Lasten bis 250, 1000 und 3200 Ampere zu schalten.

Struktureller Aufbau ihres Körpers: drei- oder vierpolige Modelle.

Leistungsluftschalter

Sie arbeiten in Industrieanlagen und halten sehr starken Strömen bis zu 6,3 Kiloampere stand.

Dabei handelt es sich um die komplexesten Geräte zum Schalten von Niederspannungsgeräten. Sie werden zum Betrieb und Schutz elektrischer Anlagen als Ein- und Ausgabegeräte für Hochleistungsverteilungssysteme sowie zum Anschluss von Generatoren, Transformatoren, Kondensatoren oder leistungsstarken Elektromotoren eingesetzt.

Eine schematische Darstellung ihrer inneren Struktur ist auf dem Foto dargestellt.

Hier wird jetzt eine doppelte Trennung des Versorgungskontakts verwendet und auf jeder Seite der Trennung sind Lichtbogenlöschkammern mit Gittern installiert.

Der Betriebsalgorithmus umfasst die Schließspule, die Schließfeder, den motorischen Antrieb der Federladung und die Automatisierungselemente. Zur Überwachung der Strombelastungen ist ein Stromwandler mit Schutz- und Messspule integriert.

Elektrische Geräte über 1000 Volt

Leistungsschalter für Hochspannungsanlagen sind sehr komplexe technische Geräte und werden für jede Spannungsklasse streng individuell gefertigt. Sie werden häufig verwendet von Umspannwerken.

An sie werden Anforderungen gestellt:

• hohe Zuverlässigkeit;

• Sicherheit;

• Produktivität;

• Benutzerfreundlichkeit;

• relative Stille während des Betriebs;

• optimaler Preis.

Die Lasten, die kaputt gehen Hochspannungs-Leistungsschalter im Falle einer Notbremsung, begleitet von einem sehr starken Lichtbogen. Um es zu löschen, werden verschiedene Methoden verwendet, einschließlich der Unterbrechung des Stromkreises in einer speziellen Umgebung.

Dieser Schalter beinhaltet:

• Kontaktsystem;

• Lichtbogenlöschgerät;

• spannungsführende Teile;

• isoliertes Gehäuse;

• Fahrmechanismus.

Eines dieser Schaltgeräte ist auf dem Foto abgebildet.

Für einen qualitativ hochwertigen Betrieb der Schaltung in solchen Strukturen ist neben der Betriebsspannung Folgendes zu berücksichtigen:

• der Nennwert des Laststroms für seine zuverlässige Übertragung im eingeschalteten Zustand;

• maximaler Kurzschlussstrom bei eff. Wert, dem der Abschaltmechanismus standhalten kann;

• zulässiger Anteil des aperiodischen Stroms zum Zeitpunkt des Stromkreisausfalls;

• automatische Wiedereinschaltung und zwei AR-Zyklen.

Entsprechend den Methoden zum Löschen des Lichtbogens während der Auslösung werden Schalter in folgende Kategorien eingeteilt:

• Butter;

• Vakuum;

• Luft;

• SF6-Gas;

• Autogas;

• elektromagnetisch;

• autopneumatisch.

Für einen zuverlässigen und komfortablen Betrieb sind sie mit einem Antriebsmechanismus ausgestattet, der eine oder mehrere Energiearten oder deren Kombinationen nutzen kann:

• erhöhte Feder;

• angehobene Last;

• Druckluftdruck;

• elektromagnetischer Impuls vom Magneten.

Abhängig von den Einsatzbedingungen können sie mit Spannungen von einem bis einschließlich 750 Kilovolt betrieben werden. Natürlich haben sie ein anderes Design. Abmessungen, Automatik- und Fernsteuerungsmöglichkeiten, Schutzeinstellungen für sicheren Betrieb.

Hilfssysteme solcher Leistungsschalter können eine sehr komplexe verzweigte Struktur aufweisen und auf zusätzlichen Schalttafeln in speziellen technischen Gebäuden untergebracht sein.

Gleichstromkreise

Diese Netzwerke verfügen auch über eine große Anzahl von Switches mit unterschiedlichen Fähigkeiten.

Elektrische Geräte bis 1000 Volt

Moderne Reiheneinbaugeräte werden hier umfangreich präsentiert.

Sie ergänzen erfolgreich die Klassen alter Maschinen dieses Typs AP-50, AE und dergleichen, die mit Schraubverbindungen an den Wänden der Paneele befestigt wurden.

DC-Modulardesigns haben den gleichen Aufbau und das gleiche Funktionsprinzip wie ihre AC-Pendants. Sie können von einer oder mehreren Einheiten durchgeführt werden und werden je nach Belastung ausgewählt.

Elektrische Geräte über 1000 Volt

Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter werden in Elektrolyseanlagen, metallurgischen Industrieanlagen, Eisenbahn- und städtischen elektrifizierten Transport- und Kraftwerken eingesetzt.

Die wesentlichen technischen Anforderungen für den Betrieb solcher Geräte entsprechen denen ihrer Wechselstromgeräte.

Hybrid-Leistungsschalter

Wissenschaftlern des schwedisch-schweizerischen Unternehmens ABB ist es gelungen, einen Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter zu entwickeln, der in seinem Gerät zwei Leistungsstrukturen vereint:

1.SF6-Gas;

2. Vakuum.

Es heißt Hybrid (HGÜ) und nutzt die Technologie der sequentiellen Lichtbogenlöschung in zwei Medien gleichzeitig: Schwefelhexafluorid und Vakuum. Zu diesem Zweck wird das folgende Gerät zusammengebaut.

Spannung wird an die obere Schiene des Hybrid-Vakuum-Leistungsschalters angelegt und von der unteren Schiene des SF6-Leistungsschalters entfernt.

Die Stromversorgungen der beiden Schaltgeräte sind in Reihe geschaltet und werden von ihren separaten Antrieben gesteuert. Damit sie gleichzeitig arbeiten können, wurde ein synchronisiertes Koordinatenbetriebssteuergerät geschaffen, das Befehle über einen optischen Kanal an einen unabhängig angetriebenen Steuermechanismus überträgt.

Durch den Einsatz hochpräziser Technologien gelang es den Konstrukteuren, eine Koordinierung der Aktionen der beiden Antriebe zu erreichen, die in ein Zeitintervall von weniger als einer Mikrosekunde passt.

Der Leistungsschalter wird von einer in die Stromleitung eingebauten Relaisschutzeinheit über einen Repeater gesteuert.

Der Hybrid-Leistungsschalter ermöglichte es, die Effizienz von SF6- und Vakuum-Verbundstrukturen durch Ausnutzung ihrer kombinierten Eigenschaften deutlich zu steigern. Gleichzeitig konnten die Vorteile gegenüber anderen Analoga erkannt werden:

1. die Fähigkeit, Kurzschlussströme bei hoher Spannung zuverlässig abzuschalten;

2. die Möglichkeit eines geringen Aufwands zum Schalten der Leistungselemente, wodurch die Abmessungen und damit der Preis der Ausrüstung erheblich reduziert werden konnten;

3. die Verfügbarkeit unterschiedlicher Standards für die Erstellung von Strukturen, die als Teil eines separaten Leistungsschalters oder kompakter Geräte einer Umspannstation arbeiten;

4.die Fähigkeit, die Auswirkungen von schnell zunehmendem Stress während der Genesung zu beseitigen;

5. Fähigkeit, ein Grundmodul für den Betrieb mit Spannungen bis 145 Kilovolt und mehr zu bilden.

Ein besonderes Merkmal des Designs ist die Fähigkeit, einen Stromkreis in 5 Millisekunden zu unterbrechen, was mit Leistungsgeräten eines anderen Designs fast unmöglich ist.

Der Hybrid-Leistungsschalter wurde vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) Technology Review zu den zehn besten Entwicklungen des Jahres gezählt.

Andere Hersteller von Elektrogeräten betreiben ähnliche Forschungen. Sie haben auch bestimmte Ergebnisse erzielt. Aber ABB ist ihnen in dieser Angelegenheit voraus. Das Management geht davon aus, dass die Wechselstromübertragung für die hohen Verluste verantwortlich ist. Diese können durch den Einsatz von Gleichspannungs-Hochspannungskreisen stark reduziert werden.