Analyse der ortsabhängigen Widerstandsverteilung von Schaltlichtbögen mittels Computational Fluid Dynamics Simulationen

Schwerpunkte: Entwicklung, Modellierung, Simulation, Leistungsschalter

Die physikalischen Prozesse, die in Leistungsschaltern während des Abschaltvorgangs ablaufen, sind messtechnisch nicht oder nur mit großem Aufwand erfassbar. Zur Nachbildung dieser Prozesse werden deshalb CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) eingesetzt. Die hierbei verwendeten kommerziellen Softwaretools werden durch komplexe hausinterne Software-Routinen ergänzt.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen vorhandenen Quellcodes optimiert und um weitere physikalische Modelle ergänzt werden, um insbesondere die ortsabhängige Widerstandsverteilung in einem Schaltlichtbogen im Bereich des Stromnulldurchgangs zu analysieren.

Michael Vukas, M.Sc.
Telefon: +49 241 80-92945
vukas@ifht.rwth-aachen.de

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Schaltlichtbögen

Schaltlichtbögen treten u.a. in Hochspannungs-Leistungsschaltern auf. Die hierbei abzuschaltenden Ströme von bis zu 60 kA sorgen für Temperaturen des Schaltlichtbogenplasmas von über 20.000 K und hohe Drücke von einigen 10 bar. Dieses elektrisch leitfähige Gas muss vom Leistungsschalter beherrscht und zum Abschalten des Stroms gekühlt werden. Aktuelle Forschungen haben zum Ziel, die auftretenden physikalischen Phänomene der komplexen Interaktion zwischen heißem Plasma, den umgebenden Materialien und dem elektrischen Netzwerk besser zu verstehen und mathematisch zu modellieren. Dies ermöglicht langfristig z.B. die Optimierung vorhandener Schalter oder den Austausch des heutzutage verwendeten klimaschädlichen Gases SF6. Am IFHT stehen hierzu verschiedene Laboraufbauten zur Erzeugung hoher Ströme und Spannungen sowie die notwendige Transienten-Messtechnik zu Verfügung. Zur mathematischen Modellierung werden sowohl CFD-Software-Tools als auch selbstentwickelte Programme verwendet.

Allgemeine Informationen

Die von uns angebotenen Arbeiten haben alle einen engen Bezug zu aktuell laufenden Forschungsprojekten die in Kooperation mit der Industrie und/oder der öffentlichen Hand (z.B. EU, Bund, Land) durchgeführt werden. Daher sind die hier veröffentlichten Themenbeschreibungen als Beispiele zu verstehen, die eine mögliche, grobe Richtung vorgeben. Es gilt grundsätzlich:

  • wenn euch ein Themengebiet allgemein anspricht, ihr aber keine Arbeit aufgelistet findet die euch gefällt,
  • wenn ihr eigene Ideen und Vorschläge für ein entsprechendes Thema habt oder
  • wenn ihr zusätzlich gerne eure speziellen Fähigkeiten gezielt in eure Abschlussarbeit einbringen möchtet

versuchen wir gerne, genau dies nach euren Vorstellungen zu realisieren. Sprecht hierzu bitte einfach den zum Themengebiet oder zur Aufgabenbeschreibung passenden Assistenten an.

Gerne zeigen wir euch bei Gelegenheit auch Labore, Versuchsaufbauten oder das Testzentrum direkt vor Ort.