Vakuumunterbrecher für Leistungsschalter

Die Einführung der Vakuumtechnologie zum Schalten elektrischer Ströme wurde durch die Erkenntnis vorangetrieben, dass ein Spalt von einem Zentimeter innerhalb einer Röntgenröhre Spannungen in der Größenordnung von Zehntausenden aushalten kann. Während im 19. Jahrhundert erste Patente für Vakuumschaltgeräte entstanden, wurden diese Innovationen nicht sofort in kommerzielle Produkte umgesetzt. Erst 1926 führte ein Team unter der Leitung von Royal Sorensen am California Institute of Technology bahnbrechende Forschungen zum Vakuumschalten durch, experimentierte mit mehreren Geräten und vertiefte sich in die grundlegenden Mechanismen der Lichtbogenunterbrechung in einer Vakuumumgebung. Sorensen teilte seine Erkenntnisse im selben Jahr auf einer Konferenz des American Institute of Electrical Engineers (AIEE) und prognostizierte die letztendliche kommerzielle Realisierbarkeit von Vakuumschaltern.

Ermutigt durch diese Fortschritte erwarb General Electric 1927 die entsprechenden Patentrechte und begann mit der kommerziellen Entwicklung der Vakuumschalttechnologie. Der Beginn der Weltwirtschaftskrise und der damit einhergehende Aufstieg ölgefüllter Schaltanlagen führten jedoch zu einem Rückgang der Entwicklungsanstrengungen, und bedeutende Fortschritte bei der Kommerzialisierung von Vakuum-Leistungsschaltanlagen blieben bis in die 1950er Jahre weitgehend inaktiv.

Ein Wendepunkt kam 1956, als Hugh C. Ross von der Jennings Radio Manufacturing Corporation einen revolutionären Hochfrequenz-Vakuumschalter vorstellte, der 15 kV bei 200 A verarbeiten konnte. Aufbauend auf dieser Grundlage stellte Thomas H. Lee von General Electric den ersten vor Vakuum-Leistungsschalter im Jahr 1961 mit einer Nennspannung von 15 kV und einem Kurzschlussausschaltvermögen von 12,5 kA. Bis 1966 war die Technologie so weit fortgeschritten, dass sie Geräte mit einer Nennspannung von 15 kV und Kurzschlussausschaltströmen von 25 und 31,5 kA unterstützte.

Ab den 1970er Jahren begannen Vakuumschalter die ölarmen Schalter in Mittelspannungsschaltanlagen zu ersetzen, was einen bedeutenden Wandel in der Branche bedeutete. In den frühen 1980er Jahren wurden SF6-Schalter und -Leistungsschalter in Mittelspannungsanwendungen schrittweise durch Vakuumtechnologie ersetzt, was die Position von Vakuum-Schaltkammern auf dem Markt weiter festigte.

Bis 2018 wurden die Fähigkeiten von Vakuum-Leistungsschaltern auf Spannungen von bis zu 145 kV und Ausschaltströme von bis zu 200 kA erweitert, was die kontinuierliche Weiterentwicklung und Verbesserung dieser Technologie widerspiegelt.

Ein typischer dreiphasiger Mittelspannungs-Vakuum-Leistungsschalter umfasst drei Vakuum-Unterbrechergehäuse, die jeweils für die Bewältigung des Strombedarfs einer einzelnen Phase ausgelegt sind. Vakuumschaltröhren können nach Gehäusetyp, Anwendung und Spannungsklasse kategorisiert werden. Frühe Versuchs-, Hochfrequenz- und Leistungsschalt-Vakuumunterbrecher verfügten über Glasgehäuse, während moderne Modelle für Leistungsschaltanlagen mit Keramikhüllen ausgestattet sind, was eine verbesserte Haltbarkeit und Leistung bietet.

Diese Geräte finden Anwendung in einer Vielzahl elektrischer Systeme, einschließlich Leistungsschaltern, Generatorleistungsschaltern, Lastschaltern, Motorschützen und Wiedereinschaltvorrichtungen. Für Nischenanwendungen wie Transformatorstufenschalter und Lichtbogenöfen werden auch spezielle Vakuumschaltröhren hergestellt, was die Anpassungsfähigkeit und den breiten Nutzen dieser Technologie in der modernen Elektrotechnik unterstreicht.

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