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Numerisches Lichtbogenmodell zur Berechnung von Ein- und Ausschaltvorgängen

Hochspannungsschaltgeräte sind wichtige Teile in der elektrischen Energieversorgung. Dabei ist der Lichtbogen ein physikalisches Phänomen, das beim Schalten entsteht. Man kann den Lichtbogen daher als das Hauptschaltelement in einem Elektroenergieverteilungssystem betrachten. Ohne dieses Phänomen wäre es unmöglich z.B. die hohen Kurzschlussströme zu unterbrechen. In dieser Arbeit sind die wichtigsten Phänomene und physikalische Grundlagen des Lichtbogens beschrieben. Auch werden die Prinzipen der Stromlöschung und einige Konstruktionslösungen für die verschieden Schaltertypen erklärt. Es ist üblich die Lichtbogenmodelle in drei Gruppe zu teilen: physikalische Modelle, Black Box-Modelle und Hybrid-Modelle. Physikalische Modelle versuchen alle Prozesse, die in einem Lichtbogen entstehen, einzubinden und sind deswegen schwer verwendbar. Demgegenüber versuchen Black Box-Modelle nur mit passenden mathematischen Formulierungen den Lichtbogenstrom, die Spannung und den Widerstand in einen Zusammenhang zu bringen. Hybrid-Modelle vereinen Black Box-Modelle zusammen mit physikalischen Modellen. Die bekannteste klassische Lichtbogengleichung, die in Black Box-Modellen verwendet wird, ist die Cassie Mayer-Lichtbogengleichung. Das Ziel der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit ist ein praktisch verwendbares Lichtbogenmodell zu entwickeln, das zur Simulation und Berechnung von transienten elektromagnetischen Vorgängen dienen kann. Dabei sind in erster Reihe folgende Zwecke beabsichtigt: - Ausschalten kleiner induktiver Ströme, - Berechnung sehr steiler Überspannungen in einer SF6-Schaltanlage, - Schalten von Kurzschlussströmen im Nahbereich von einem Schalter, - Berechnung von Schaltspannungen.

Hochspannungsschalter; Lichtbogen; physikalische Phänomene; dielektrischer Durchbruch; thermischer Durchbruch; physikalische Modelle; Black Box-Modelle; Hybrid-Modelle; Cassie Mayer-Differentialengleichung; numerisches Lichtbogenmodell; Druckluftschalter; SF6- Schalter

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