Experimentelle Untersuchung der Lichtbogenaufteilung an Löschblechen

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Durch die immer kürzer werdenden Entwicklungszeiten gehen die Hersteller von Schaltgeräten dazu über, den Entwicklungsprozess von mechanischen Prototypen hin zu computergestützten FEM-Simulationsmodellen umzustellen. Daher gewinnt der Anteil von Simulationswerkzeugen in der Entwicklung von Niederspannungsschaltgeräten zunehmend an Bedeutung. Der Bedeutungszuwachs wird durch den Trend, immer mehr Leistung auf immer weniger Raum zu beherrschen, verstärkt. Die aus den Simulationen gewonnenen Ergebnisse bedürfen zurzeit noch der Überprüfung durch experimentelle Untersuchungen. Ein Vergleich liefert hierbei Rückschlüsse auf die Richtigkeit der Simulationen, lässt Fehler erkennen und fehlende Parameter ermitteln.
Die am häufigsten eingesetzte Variante zur Lichtbogenlöschung in Niederspannungsschaltgeräten ist die Unterteilung des nach der Kontaktöffnung entstehenden, entlang der Elektroden wandernden Schaltlichtbogens an ferromagnetischen Löschblechen. Die Nachbildung dieses Verhaltens in dreidimensionalen Simulationsmodellen setzt eine genaue Kenntnis über das Lichtbogenverhalten und die damit verbundenen physikalischen Prozesse voraus.
In dieser Arbeit werden experimentelle Untersuchungen der Lichtbogenaufteilung an einem Löschblech in Modellschaltkammern mit parallelen und mit divergierenden Laufschienen präsentiert. Die Kammergröße orientiert sich an der Größe von Leitungsschutzschaltern oder kleinen Motorschutzschaltern und entspricht den stark vereinfachten, simulierten Kammern.
Es wurde die Einflüsse des Kammervolumens, der Öffnungen in der Verdämmung und des prospektiven Stromes auf die Lichtbogenunterteilung am Löschblech untersucht. Ausgewertet wurden der Teilstrom durch das Löschblech, die Positionen der Fußpunkte auf dem Löschblech, die Form des Lichtbogens während des Aufteilungsvorgangs, die Fußpunktstromdichte auf dem Löschblech und die Aufschmelzungsspuren auf den Löschblechoberflächen. In allen Versuchen erfolgte eine optische Aufzeichnung des Lichtbogens mit einer digitalen Schnellfilmkamera.
Die in den Messungen gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend mit am Institut (Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen, TU Braunschweig) durchgeführten Simulationen an parallelen Laufschienen verglichen. Anhand der verschiedenen Simulationsmodelle wird der Einfluss eines Fußpunktmodells auf die Lichtbogenunterteilung aufgezeigt.