Schlüsselwort: CFD-Simulationen

Auf die dielektrische Wiederverfestigung eines Hochspannungsleistungsschalters wirken verschiedene Effekte ein. Eine wesentliche Rolle übernimmt hier das verwendete Lösch- und Isoliergas. Während derzeit fast ausschließlich Schwefelhexafluorid (SF6) eingesetzt wird, wächst das Bestreben, dieses Gas zukünftig durch alternative Gase mit einem geringeren umweltschädlichen Potential zu ersetzen. Die Interaktion dieser Gase mit der Isolierstoffdüse des Leistungsschalters, aus der auch einige Millisekunden nach dem Verlöschen des Lichtbogens noch Gas ausdampft, ist jedoch bislang nur wenig erforscht. Daher wird im Rahmen dieser Arbeit eine Modellanordnung konzipiert, die eine Untersuchung des beschriebenen Effekts unter der Variation der Strombelastung ermöglicht. Als weitere Parameter werden während der Untersuchungen der Elektrodenabstand und die Beblasungsgeschwindigkeit betrachtet. Zur Bestimmung der dielektrischen Wiederverfestigung wird die Durchschlagspannung der Anordnungen zum Stromnulldurchgang zeitlich verzögert bestimmt. Als ein wesentliches Resultat können verschiedene Phasen der Wiederverfestigung definiert werden. Innerhalb dieser Phasen erfolgt eine Translation des Durchschlagpfades aus dem Düsenzentrum zur inneren Düsenoberfläche. Es kann weiter gezeigt werden, unter welchen Rahmenbedingungen diese Translation auf die Temperatur der inneren Düsenoberfläche zurückzuführen ist. Abschließend erfolgt eine Modellierung der dielektrischen Wiederverfestigung der Gasstrecke innerhalb der Isolierstoffdüsen. Dazu werden die erforderlichen Eingangsparameter (Temperatur, Gasdichte, Gaskonzentration etc.) mit Hilfe von Computational Fluid Dynamics Simulationen bestimmt und finden Eingang in die Bestimmung der entsprechenden Charakteristik. Der abschließende Vergleich zwischen den experimentell gewonnenen und den berechneten charakteristischen Verläufen bestätigt die zur Erklärung der physikalischen Vorgänge durchgeführten Überlegungen. Damit können wichtige Kriterien für das Design von Leistungsschaltern unter der Verwendung alternativer Lösch- und Isoliergase definiert werden.