Wie funktioniert ein Vakuumleistungsschalter? Kammer, Lichtbogen, Nulldurchgang

2026-10-27 12:39 XIAOPAI

Wie funktioniert ein Vakuumleistungsschalter? Kammer, Lichtbogen, Stromnulldurchgang

Ein Vakuumleistungsschalter ist ein Mittelspannungsschalter, der den Fehlerstrom nicht in Öl und nicht in Gas unterbricht, sondern in einer evakuierten Keramikkammer. Weil Vakuum ein ausgezeichnetes Dielektrikum ist, erlischt der Lichtbogen im Bruchteil einer Millisekunde. Genau das erklärt, warum diese Bauart in Netzen von 12 bis 40,5 kV den Ton angibt – in Umspannwerken, Industrieanlagen und bei der Einspeisung von Solar- und Windparks.

Dieser Beitrag beschreibt den Ablauf in einfachen Worten: was in dem Moment passiert, in dem ein Fehler auftritt, wie der Lichtbogen gelöscht wird und warum daraus der geringe Wartungsaufwand folgt. Für die Auswahl der Nennwerte steht der Beschaffungsleitfaden für Vakuumleistungsschalter bereit.

Das Herzstück: die Vakuumkammer

Die Vakuumkammer ist ein dicht verschlossener Keramikkörper, in dem zwei Kontaktstücke in einer Hochvakuumumgebung mit einem Druck unter 10⁻⁴ Pa liegen. Dieser Aufbau leistet drei Dinge gleichzeitig:

Er verhindert die Wiederzündung nach dem Stromnulldurchgang, weil das Vakuum seine Spannungsfestigkeit nahezu sofort zurückgewinnt.
Er braucht keine Gasnachfüllung und keinen Ölwechsel – die Kammer ist für ihre Lebensdauer verschlossen.
Er hält die Schaltstrecke kompakt, weshalb Schaltanlagen mit dieser Technik deutlich kleiner bauen als öl- oder gasgefüllte Bauarten.

Für den Einkauf ist vor allem der zweite Punkt relevant: Es gibt kein Betriebsmittel, das nachgefüllt, geprüft oder entsorgt werden müsste. Wartung reduziert sich auf Mechanik, Antrieb und Hilfskreise.

Was beim Fehler passiert – Schritt für Schritt

Der Ablauf ist kurz, lässt sich aber in fünf klar trennbare Phasen zerlegen. Wer sie kennt, versteht auch, welche Prüfungen bei der Abnahme überhaupt etwas aussagen.

Erkennung. Der Überstromschutz erkennt den Fehler und gibt den Auslösebefehl. Bis hierher ist der Schalter ein passives Betriebsmittel.
Kontakttrennung. Der Federspeicherantrieb zieht den Beweglichkontakt vom Festkontakt weg. Zwischen den Kontakten entsteht ein Spalt, der zunächst noch leitfähig bleibt.
Lichtbogenbildung. Der Strom geht über Metalldampf weiter, der aus den Kontaktoberflächen verdampft. Dieser Metalldampf ist der Lichtbogen – kein Gas, sondern plasmaförmiges Kontaktmaterial.
Löschung im Stromnulldurchgang. Beim natürlichen Nulldurchgang des Wechselstroms bricht die Energiezufuhr ab. Das Plasma kondensiert auf den Kontakten, der Dampf wird wieder fest, und das Vakuum ist innerhalb von Mikrosekunden wieder isolierend.
Spannungsfestigkeit. Der Spalt hält die Netzwechselspannung dauerhaft. Der Fehler ist unterbrochen, ohne dass ein Löschmittel verbraucht wurde.

Der entscheidende Punkt ist der dritte: Das Löschprinzip beruht darauf, dass der Lichtbogen sein eigenes Löschmittel mitbringt und beim Nulldurchgang schlagartig verschwindet. Deshalb braucht diese Bauart keine Löschkammer mit Gasströmung und keine Ölwanne.

Warum Vakuum und nicht SF6 oder Luft

Die drei Medien unterscheiden sich nicht in der grundsätzlichen Fähigkeit, einen Strom zu unterbrechen, sondern in den Folgekosten. Die Gegenüberstellung zeigt, wo die Unterschiede liegen:

Medium	Umweltwirkung	Wartung	Typischer Einsatz
Vakuum	Keine Treibhauswirkung, sauber	Sehr gering	Mittelspannung 12–40,5 kV
SF6	Starkes Treibhausgas	Gas-handling, Dichtheit, Entsorgung	Ältere Mittel- und Hochspannungsanlagen
Luft	Sauber	Mittel	Niederspannung

Für die meisten Mittelspannungsanwendungen ist Vakuum damit die Wahl mit dem geringsten Risiko und dem geringsten Folgeaufwand. Wer heute eine Anlage plant, sollte allerdings nicht nur das Schaltmedium betrachten, sondern auch die Frage, wie viele Schaltungen die Anlage im Jahr tatsächlich sieht – dazu steht der Vergleich der Nennwerte bei 12 kV und 24 kV bereit.

Was die Lebensdauer begrenzt

Die Kammer selbst ist nicht das Verschleißteil. Begrenzend wirkt der Kontaktabbrand: Jede Schaltung entnimmt den Kontakten eine kleine Menge Material, und mit dem Material verändert sich die Kontaktgeometrie. Deshalb wird die Lebensdauer üblicherweise in Schaltspielen angegeben und nicht in Jahren.

Für die Auslegung heißt das: Bei einer Anlage mit wenigen Schaltungen pro Jahr ist die Mechanik des Antriebs der kritische Punkt, bei einer Anlage mit häufigem Lastschaltbetrieb der Kontaktabbrand. Beide Größen gehören in die Ausschreibung, weil sie unterschiedliche Bauteile betreffen.

Wo diese Bauart im Programm von XIAOPAI liegt

Die Innenraumgeräte und die Freiluft-Aufbauvarianten arbeiten mit demselben Prinzip über den gesamten Bereich von 12 bis 40,5 kV. Für die Nennwerte sind die jeweiligen Produktseiten maßgeblich:

Vakuumleistungsschalter 12–40,5 kV als Übersicht der Baureihe
VSG-12 Vakuumleistungsschalter für die Innenraum-Anwendung
ZW32-12 Vakuumleistungsschalter 12 kV und ZW32-24 für 24 kV für die Freiluftaufstellung auf Mast

Welche Baugruppe innerhalb des Schalters über die Qualität entscheidet, beschreibt der Beitrag zur Vakuumkammer als kritischstem Bauteil. Wer zusätzlich wissen will, wie sich Automatik und Wiederzuschaltung davon abgrenzen, findet die Nennwerte des automatischen Wiedereinschalters an anderer Stelle.

Häufige Fragen

Frage 1: Wie lange hält eine Vakuumkammer?
Die Auslegung liegt üblicherweise bei 10 000 bis 30 000 mechanischen Schaltspielen. Begrenzend ist der Kontaktabbrand, nicht das Vakuum selbst.

Frage 2: Muss Gas nachgefüllt werden?
Nein. Die Kammer ist für ihre Lebensdauer verschlossen. Genau darin liegt der wesentliche Unterschied zu gasgefüllten Schaltern, bei denen Dichtheit und Gasdruck über die Jahre überwacht werden müssen.

Frage 3: Woran erkennt man bei der Abnahme, ob die Kammer in Ordnung ist?
An der Isolationsprüfung und am Widerstand der Hauptstrombahn. Beide Werte werden gegen die Werkseinstellung verglichen und im Protokoll mit Seriennummer festgehalten. Eine Sichtprüfung der Kammer ersetzt diese Messungen nicht.

Frage 4: Ist ein Vakuumschalter für häufige Lastschaltungen geeignet?
Ja, aber die Angabe zur mechanischen und zur elektrischen Lebensdauer muss getrennt vorliegen. Wer nur eine Zahl bekommt, kann nicht beurteilen, ob der Verschleiß beim eigenen Schaltregime zulässig ist.

Frage 5: Ändert die Spannung das Prinzip?
Nein, nur die Abmessungen und die Isolationspegel. Warum dabei fünf Werte mitwandern und zwei nicht, steht im Beitrag zu den Zahlen bei 12 kV und 24 kV.

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