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Vakuum-Leistungsschalter (VCB) für den Innenbereich

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VCB

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Ein Vakuum-Leistungsschalter (VCB) für den Innenbereich ist ein Mittelspannungs-Schaltgerät, das Vakuumunterbrecher nutzt, um normale Lastströme und Fehlerströme in elektrischen Verteilungsnetzen im Innenbereich zu unterbrechen. Da der Lichtbogen in einer versiegelten Vakuumflasche gelöscht wird, zeichnen sich VCBs durch hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und sehr geringen Wartungsaufwand aus.

VCBs für den Innenbereich werden üblicherweise in metallgekapselten Schaltanlagen, metallumschlossenen Schaltanlagen und Ringhauptschaltanlagen (RMUs) für Systeme installiert, die typischerweise mit Spannungen von 3,3 kV bis 36 kV betrieben werden.

Aufbau
Zu den Hauptkomponenten gehören:
·Vakuumunterbrecher – Hermetisch verschlossene Vakuumflaschen, die feste und bewegliche Kontakte enthalten.
·Hauptkontakte – Leiten den Laststrom im Normalbetrieb.
·Betätigungsmechanismus – Federbetätigter oder magnetischer Antrieb zum Öffnen und Schließen des Leistungsschalters.
·Isolierpole – Epoxidharz oder eine andere feste Isolierung, die die Unterbrecher trägt.
·Schalterrahmen – Mechanische Konstruktion, die die Unterbrecher und den Betätigungsmechanismus trägt.
·Primäre Trennkontakte – Verbinden den Schalter mit den Sammelschienen der Schaltanlage und den Kabelkreisen (bei ausziehbaren Ausführungen).
·Sekundärstecker – Verbindet Steuer- und Schutzkreise.
·Hilfskontakte – Dienen der Zustandsanzeige und zur Verriegelung.
·Steuereinheit – Umfasst Auslösespule, Einschaltspule, Motorladesystem und Stellungsanzeiger.

Funktionsprinzip
1. Im Normalbetrieb bleiben die Kontakte geschlossen und führen den Laststrom.
2. Wird ein Fehler erkannt, erregt das Schutzrelais die Auslösespule.
3.Der Betätigungsmechanismus trennt die Kontakte im Inneren des Vakuumunterbrechers schnell voneinander.
4. Zwischen den Kontakten bildet sich ein kurzlebiger Metalldampfbogen.
5. Beim nächsten Nulldurchgang des Wechselstroms löscht das Vakuum den Lichtbogen, da kein Gas vorhanden ist, das die Ionisierung aufrechterhalten könnte.
6. Das Vakuum stellt die Durchschlagfestigkeit fast augenblicklich wieder her und verhindert so ein Wiedereinschlagen.
7. Der fehlerhafte Stromkreis wird sicher isoliert.

Typen von Vakuum-Leistungsschaltern für den Innenbereich

1. Fest eingebaute Ausführung
·Fest in der Schaltanlage montiert.
·Geringere Installationskosten.
·Wird dort eingesetzt, wo ein häufiges Herausnehmen nicht erforderlich ist.

2. Ausziehbare Ausführung
·Auf einem beweglichen Fahrgestell montiert.
·Kann zur Inspektion oder Wartung herausgezogen werden, ohne dass die Schaltanlage demontiert werden muss.
·Verfügt über die Positionen „Betrieb“, „Prüfung“ und „Trennung“ mit mechanischen Verriegelungen.
·Weit verbreitet in Industrieanlagen und Umspannwerken.

Hauptmerkmale
·Einbau: Innenbereich
·Spannungsbereich: Typischerweise 3,3–36 kV
·Unterbrechungsmedium: Vakuum
·Lichtbogenlöschung: Bei Nulllage des Stroms im Vakuum
·Betätigungsmechanismus: Feder- oder Magnetantrieb
·Wartungsaufwand: Sehr gering
·Umweltverträglichkeit: Kein SF₆-Gas erforderlich

Vorteile
·Hervorragende Lichtbogenlöschleistung.
·Lange elektrische und mechanische Lebensdauer.
·Minimaler Wartungsaufwand.
·Kompakte Bauweise.
·Hohe Betriebssicherheit.
·Schnelle Unterbrechung und dielektrische Erholung.
·Keine Brandgefahr durch Isolieröl.
·Umweltfreundlich aufgrund des Verzichts auf treibhausgasbildende Isoliergase.
·Geeignet für häufige Schaltvorgänge.

Nachteile
·In erster Linie für Mittelspannungssysteme vorgesehen.
·Vakuumunterbrecher sind versiegelte Einheiten und werden in der Regel ausgetauscht statt repariert.
·Höhere Anschaffungskosten als bei einigen älteren Luft- oder Öl-Leistungsschaltern, wobei die Lebenszykluskosten im Allgemeinen niedriger sind.

Typische Anwendungsbereiche
·Innenraum-Schaltanlagen
·Industrielle Stromverteilung
·Gewerbegebäude
·Produktionsstätten
·Bergbauanlagen
·Rechenzentren
·Krankenhäuser
·Flughäfen
·Anlagen für erneuerbare Energien
·Verteilerstationen von Energieversorgern

Typische Nennwerte
·Nennspannung: 3,3–36 kV
·Nennfrequenz: 50/60 Hz
·Nennstrom: 630–4.000 A
·Kurzschluss-Ausschaltstrom: 16–50 kA
·Mechanische Lebensdauer: 10.000–30.000 Schaltzyklen oder mehr
·Schaltmedium: Vakuum

Gängige Spannungsklassen
·3,3 kV
·6,6 kV
·7,2 kV
·11 kV
·12 kV
·15 kV
·17,5 kV
·24 kV
·33 kV
·36 kV

Relevante Normen
·IEC 62271-100 – Legt Anforderungen und Prüfverfahren für Wechselstrom-Hochspannungs-Leistungsschalter fest, einschließlich Vakuum-Leistungsschalter.
·IEC 62271-200 – Bezieht sich auf Mittelspannungs-Schaltanlagen für den Innenbereich, die Vakuum-Leistungsschalter enthalten.
·IEEE C37.04 – Definiert Nennwerte und Leistungsanforderungen.
·IEEE C37.09 – Legt Prüfverfahren für Leistungsschalter fest.

Typische Installation
Ein ausziehbarer VCB für den Innenbereich wird in der Regel in einer metallgekapselten Schaltanlage installiert, wo er ein eigenes Leistungsschalterfach einnimmt. Der Ausziehmechanismus ermöglicht es, den Leistungsschalter sicher zwischen den Positionen „eingeschaltet“, „Prüfbetrieb“ und „getrennt“ zu bewegen, wodurch Wartungsarbeiten durchgeführt werden können, während die Beeinträchtigung des restlichen Schaltanlagenbereichs auf ein Minimum reduziert wird.

Zusammenfassung
Ein Vakuum-Leistungsschalter (VCB) für den Innenbereich ist die bevorzugte Schaltertechnologie für Mittelspannungs-Stromverteilungssysteme im Innenbereich. Durch den Einsatz von versiegelten Vakuumunterbrechern bietet er eine schnelle Fehlerunterbrechung, lange Lebensdauer, geringen Wartungsaufwand, hohe Zuverlässigkeit und einen umweltfreundlichen Betrieb, was ihn zur Standardwahl für moderne Schaltanlagen in Industrie, Gewerbe und Energieversorgungsunternehmen macht.