Analyse und Bewertung von Schalterkonzepten hinsichtlich der Eignung des Einsatzes alternativer Isolier- und Löschgase

Schwerpunkte: Theoretisch / Simulativ, Literaturrecherche

Alternative Isolier- und Löschgase als Substitute für das heute überwiegend in der Hochspannungstechnik eingesetzte Schwefelhexafluorid (SF6) rücken immer mehr in den Fokus aktueller Forschungsthemen. Getrieben von den Weltklimakonferenzen von Kyoto und Paris und innerhalb Europas durch die F-Gas-Verordnung sowie dem öffentlichen Interesse nach klimafreundlichen Lösungen ist die Intensivierung der Forschung an natürlichen Gasen wie z.B. Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2) oder alternativen Mischgasen wie fluorierten Ketonen oder Nitrilen deutlich sichtbar. Der Schwerpunkt dieser Forschungsarbeiten liegt insbesondere auf der Untersuchung der physikalischen Prozesse in Leistungsschaltern und deren Auswirkungen auf Schaltvorgänge hinsichtlich des thermischen und dielektrischen Ausschaltermögens.

In Mittelspannungsschaltanlagen ist die Substitution durch alternative Gase beispielsweise in Schottungsräumen oder bei Schaltelementen wie Lasttrennschaltern ein zentraler Aspekt. Diese Schaltelemente werden zur Unterbrechung von Betriebs- bzw. Nennströmen und teilweise zur Erzeugung einer optisch sichtbaren Trennung eingesetzt. Dabei sind heutige Konzepte für solche Schalter je nach Anwendungsfall stark unterschiedlich und nicht zwingend für die Anwendung alternativer Gase geeignet. Daher sollen in dieser Arbeit verschiedene Lasttrennschalterkonzepte recherchiert, analysiert und hinsichtlich der Eignung der Anwendbarkeit bewertet werden. Zu diesem Zweck können beispielsweise Computational-Fluid-Dynamics (CFD) Simulationen genutzt werden, welche die numerische Modellierung physikalischer Prozesse erlauben. Mit Hilfe dieser Werkzeuge ist die Nachbildung beispielsweise von Schaltvorgängen möglich. Daher sollen im Rahmen dieser Arbeit Simulationsmodelle erstellt werden, die die Bewertung der Schaltkonzepte auf physikalisch analytischer Ebene zulassen.

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.