Messungen an strombegrenzenden Schaltkammern zum Vergleich mit Simulationen (PDF)

Zur Optimierung des Entwicklungsprozesses von Niederspannungsschaltgeräten wurden in den letzten Jahren Simulationswerkzeuge entwickelt, die die komplexen Prozesse, die sich beim Abschalten eines Kurzschlussstromes im Inneren eines strombegrenzenden Schaltgerätes abspielen, nachbilden. Neben den elektrischen und mechanischen Vorgängen ist das Verhalten des Schaltlichtbogens von besonderem Interesse. Der Schaltlichtbogen entsteht beim Öffnen der Kontakte, er wandert von der Zündstelle ab, verlängert sich und teilt sich an den ferromagnetischen Löschblechen auf. Die Wechselwirkungen zwischen Kammergeometrie, Wärmetransport, Gasströmung, Stromfluss und magnetischen Kräften sind in einem dreidimensionalen Simulationsmodell integriert. Zur Überprüfung der Simulationsergebnisse werden Messungen an strombegrenzenden Schaltkammern benötigt. Aus dem Vergleich von Messungen und Simulationen lassen sich Rückschlüsse auf die Richtigkeit der Simulationen schließen, es können Fehler erkannt und fehlende Parameter ermittelt werden.
Die hier vorgestellte Arbeit beschäftigt sich mit Messungen an Schaltkammern sowohl mit parallelen als auch divergierenden Laufschienen. Die Kammergröße orientiert sich an der Größe von Leitungsschutzschaltern oder kleinen Motorschutzschaltern und entspricht den stark vereinfachten simulierten Kammern. Es wurden die Einflüsse des Kammervolumens, Öffnungen in der Verdämmung und des prospektiven Stromes untersucht. In die Schaltkammern wurden Löschbleche, Löschbarrieren und ferromagnetische Materialien integriert. Ausgewertet wurden die Positionen der Fußpunkte, die Form des Lichtbogens, die Lichtbogenspannung, der Druck am Boden der Schaltkammer, der Strom durch ein Löschblech und die elektrischen Potentiale im Plasma.
Die Messungen werden mit bereits erstellten Simulationen verglichen. Übereinstimmungen, aber auch Unterschiede und deren mögliche Ursachen werden in der Arbeit aufgezeigt.