Verbesserte Modellierung der gekoppelten Prozesse in Niederspannungs-Schaltlichtbögen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Manfred Lindmayer
• Subject Area: Electrical Energy Systems, Power Management, Power Electronics, Electrical Machines and Drives
• Term: from 1998 to 2004
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5114896

Ziel des Vorhabens ist es, ein Simulationsmodell für die komplexen plasmadynamischen Zusammenhänge in NiederspannungsSchaltlichtbögen zu verbessern und weiterzuentwickeln. Dabei sollen insbesondere die Berechnung ferromagnetischer Werkstoffe einbezogen sowie die Bogenunterteilung und Fußpunktbildung an Löschblechen durch ein vereinfachtes physikalischmathematisches Modell nachgebildet werden. Ein solches Modell gestattet einerseits Vorabaussagen über Wanderungsvorgänge, Strömungsvorgänge, Druckverläufe, Kommutierungsvorgänge, Bogenspannung etc.. Andererseits ermöglicht es die bessere physikalische Interpretation der bei Schaltungen beobachteten Vorgänge. Letztlich läßt sich damit der außerordentlich hohe experimentelle Aufwand bei der Schaltgeräteentwicklung reduzieren. Die Simulation basiert auf der numerischen Lösung der gekoppelten partiellen Differentialgleichungen für Plasmaströmung, Temperaturfeld, Stromfluss, Magnetfeld, wobei sowohl der Gasraum als auch die Elektroden und Wände einbezogen sind. Im bisherigen Verlauf des Vorhabens wurde die Berücksichtigung von Ferromagnetika in das verwendete kommerzielle Finite-Volumina-Strömungsprogramm eingebunden und damit plausible Simulationsergebnisse erzielt. Der Einfluss von Symmetriebedingungen und von geringen Unsymmetrien auf das Bogenverhalten wurde untersucht. Die Nachbildung der Fußpunktbildung auf Elektroden und Löschblechen musste zunächst zurückgestellt werden, weil mit dem verwendeten Programmpaket beim Übergang zu einem Modell, welches statt mehrerer, miteinander gekoppelter Blöcke nur einen einzigen enthält, unvorhersehbare Konvergenzprobleme auftraten. Im beantragten Verlängerungszeitraum soll nach Lösung dieses Problems hauptsächlich die Modellierung der Fußpunktbildung vorangetrieben werden.. Bei allen Simulationen soll stets Austausch mit einer parallel laufenden experimentellen Arbeit erfolgen.

• DFG Programme: Research Grants