ISBN 978-3-8439-5501-0

978-3-8439-5501-0, Reihe Energietechnik

Stefan Jugelt
Wirkung dielektrischer Flüssigkeiten bei der Unterbrechung von Hochspannungs-Gleichströmen

212 Seiten, Dissertation Technische Universität Ilmenau (2024), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der Arbeit wird ein Ansatz zur Unterbrechung von Mittelspannungs-Gleichstrom (MVDC) untersucht. Die Anforderungen sind grundsätzlich anders als in Wechselstromnetzen, da in MVDC-Netzen kein natürlicher Stromnulldurchgang auftritt um den Schaltlichtbogen zu löschen. Daher muss durch das Schaltgerät selbst eine Spannung größer der Netzspannung aufgebracht werden, um den Stromfluss zu null zu führen.

Wesentliche Einflussfaktoren auf das Schaltvermögen sind die Kühlleistung, mit welcher dem Lichtbogen Wärmeenergie entzogen wird, und die Verlängerungsgeschwindigkeit des Lichtbogens. In dieser Arbeit wird die Kühlleistung erhöht, indem ergänzend zu den natürlichen Wärmetransportmechanismen die zusätzliche Kühlung mittels einer Flüssigkeit erfolgt.

Durch vereinfachende Experimente wird die Verdampfungskühlung bei der Wechselwirkung von Flüssigkeiten mit Gleichstromlichtbögen untersucht. Entscheidend für die Verdampfungskühlung ist, die entstehende Dampfmenge durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit schnell abzuführen und so eine thermisch isolierende Dampfschicht zu verhindern. Des Weiteren wird gezeigt, dass bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten die dielektrische Festigkeit der Flüssigkeiten, als Folge von Blasenentstehung, herabgesetzt wird.

Ausgehend von theoretischen und experimentellen Vorüberlegungen, wird ein Konzept für die Erzeugung der Flüssigkeitsströmung und eine Lichtbogenlöscheinrichtung erarbeitet, mit welchen in einem synthetischen MVDC-Netz (10 kV) Untersuchungen zur Lichtbogenlöschung und damit Gleichstromunterbrechung durchgeführt werden.

Besondere Bedeutung kommt bei der Studie organischen Flüssigkeiten zu, welche sowohl eine hohe Verdampfungswärme als auch entsprechende dielektrische Eigenschaften aufweisen. Zusätzlich werden auch Untersuchungen mit reinem Wasser durchgeführt, wobei gezeigt wird, dass hiermit, bedingt durch die herabgesetzte dielektrische Festigkeit aufgrund von Blasenbildung, keine Lichtbogenlöschung herbeigeführt werden kann.