Untersuchung von Einflussgrößen auf die Druckentwicklung in elektrischen Anlagen im Störlichtbogenfall

Störlichtbögen in elektrischen Anlagen verursachen einen schnellen Temperatur- und Druck anstieg in ihrer Umgebung und i. d. R. im Aufstellungsraum der Anlage, die Personen und selbst das Schaltanlagengebäude gefährden können. Gekapselte Mittelspannungsschaltanlagen können zwar mehreren hundert Millibar Überdruck standhalten, das Anlagengebäude kann jedoch je nach Beschaffenheit der Wände bereits ab wenigen Millibar Schaden nehmen. Die Bestimmung des Überdrucks infolge von Störlichtbögen erfolgt durch Prüfungen in Hoch leistungsprüffeldern oder - wo dieses nicht möglich oder praktikabel ist - über Druckberechnungen. Die vorhandenen Berechnungsverfahren sind jedoch von unterschiedlicher Güte, unterliegen verschiedenen Einschränkungen bei der Berücksichtigung von Randbedingungen und bedürfen daher der Weiterentwicklung. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfl uss von alternativen Isoliergasen (CO² und einem SF6/N²-Gasgemisch), von Kunststoffverdampfung sowie von Energieabsorbern auf die Druckentwicklung untersucht. Bei den alternativen Isoliergasen werden die Lichtbogenspannung und der thermische Transferkoeffi zient - der Anteil der elektrischen Energie, der zur Aufheizung des Gases aufgewendet wird - experimentell bestimmt. Anhand der gewonnen Daten sowie bei Verwendung druck- und temperatur abhängiger Gasdaten ist es nun möglich, zuverlässig Druckberechnungen mit CO² und dem SF6/N²-Gemisch durchzuführen. Da insbesondere in metallgekapselten Schaltanlagen Kunststoffe verwendet werden, z. B. als Trennwände, Stützer oder bei Wandlern, können diese unter Lichtbogeneinwirkung verdampfen und die Druckentwicklung beeinfl ussen. Die Verdampfung bewirkt eine Erhöhung des Drucks. Die Veränderung des thermischen Transferkoeffi zientens infolge von Kunststoffverdampfung wird für luftisolierte Schaltanlagen und bestimmte Kunststoffe sowie Kunststoffkombinationen ermittelt. Bei der Verwendung von alternativen Isoliergasen tritt ein ähnliches Verhalten auf. In vorangegangenen Arbeiten wurden Modelle zur Beschreibung der Wirkung von Energieabsorbern entwickelt. Diese beruhen auf Kenngrößen, die nur ungenau bzw. unbekannt sind. Um hier Abhilfe zu schaffen, werden der thermische Wirkungsgrad und die effektive Öffnung (ein Maß für den Strömungswiderstand) verschiedener Absorberanordnungen experimentell bestimmt. Die Ergebnisse zum thermischen Wirkungsgrad können bei der Auslegung von Absorberanordnungen hinsichtlich Aufbau und Einbauort dienen. Bei der effektiven Öffnung wird für Absorber aus Streckmetall ein allgemeiner Zusammenhang zwischen effektiver Öffnung und Lagenanzahl sowie -abstand gefunden.