Widerstandsverteilung in Schaltlichtbögen von Selbstblasleistungsschaltern während der Stromnulldurchgangsphase

Tang, Ming-Chark; Schnettler, Armin (Thesis advisor)

Aachen / Mainz (2010) [Doktorarbeit]

Seite(n): III, 109 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

SF6-Selbstblasleistungsschalter sind wesentliche Schalt- und Sicherheitselemente im Hochspannungsnetz der elektrischen Energieversorgung. Während des Ausschaltvorganges des Selbstblasleistungsschalters wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen den sich öffnenden Schaltkontakten generiert, welcher den Strom im Schalter weiterführt. Erst eine Beblasung mit einem Löschgas und somit eine Kühlung dieses Schaltlichtbogens während der Stromnulldurchgangsphase überführt die Schaltstrecke vom leitfähigen in den isolierenden, ausgeschalteten Zustand. Die zeitliche Widerstandsentwicklung des Schaltlichtbogens ist hierbei ein für das Ausschaltvermögen charakteristischer Prozess. Die sich einstellende zeit- und ortsabhängige Widerstandsverteilung wird derzeit als Gesamtwert der Schaltstrecke verstanden, wobei die räumliche Verteilung des Widerstandes in der Stromnulldurchgangsphase bisher nicht genau bekannt ist. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine geeignete Messanordnung zur Bestimmung der Widerstandsverteilung innerhalb der Schaltstrecke während der Stromnulldurchgangsphase entwickelt und in eine Modellbildung für einen Selbstblasleistungsschalter integriert. Zur Analyse der physikalischen Vorgänge werden Computational Fluid Dynamics Simulationen durchgeführt, um die Kühlmechanismen des Schaltlichtbogens zu evaluieren und um diese Kühlprozesse der Widerstandsverteilung zuzuordnen. Aufgrund bestehender Tendenzen zum Ersatz des Treibhausgases SF6 gewinnen Substitute zunehmend an Bedeutung, so dass dieses Untersuchungskonzept auch auf das potentielle Alternativgas CO2 angewendet und im Vergleich mit SF6 diskutiert wird. Die durchgeführten Messungen liefern erstmals einen messtechnischen Einblick in die Widerstandsverteilung von Schaltlichtbögen in der Stromnulldurchgangsphase. Zusammen mit den Simulations-Untersuchungen lassen sich innerhalb der Schaltstrecke des Selbstblasleistungsschaltermodells zwei charakteristische Bereiche feststellen, deren Widerstände für den Ausschaltprozess relevant werden. Diese Bereiche werden zum einen durch konvektive und zum anderen durch turbulente Kühlvorgänge geprägt. Während beide Kühlmechanismen zum Widerstandsaufbau des SF6-Schaltlichtbogens wesentlich beitragen, dominiert der konvektive Kühlvorgang beim CO2-Selbstblasleistungsschaltermodell. Insgesamt führt das höhere Kühlvermögen in SF6-Leistungsschaltern zu höheren Widerständen und somit auch zu einem besseren Ausschaltverhalten als bei CO2-Leistungsschaltern. Durch eine detaillierte Kenntnis über die Widerstandsentwicklung wird das Verständnis der Vorgänge während der Stromnulldurchgangsphase verbessert. Hierdurch wird eine weitere Optimierung von Gasleistungsschaltern möglich.

Identifikationsnummern

  • ISBN: 3-86130-676-X
  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-32028
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-113707