Schaltgeräte, -vorgänge und -anlagen und Lichtbogenentstehung und -löschung

Question 1

Erläutern Sie die physikalischen Prinzipien der sog. Paschen-Kurve.

Answer 1

Anhand der Paschen-Kurve kann die Durchschlagsspannung Uz in Abhän- gigkeit von Druck p*Elektronenabstand d bestimmt wer- den.

Das Minimum der Paschen-Kurve be- schreibt, die niedrigste Durchschlags- spannung bei konstanten Druck und
Elektronenabstand.

Aus der Paschen-Kurve geht hervor, dass sowohl für hohe Drücke als auch für niedrige eine hohe Zündspannung
erforderlich ist.

Bei kleinen Drücken gibt es nicht genügend Ladungsträger um eine Stoßionisation zu bewirken. Bei großen Drücken sind die aufgrund der vielen Ladungsträger die Stoße zu kurz um genügend Energie aufzunehmen.

Question 2

Was ist (elektrisches) Plasma?

Answer 2

Plasma entsteht, indem man einem Gas so viel Energie zuführt, dass eine kritische
Anzahl von Elektronen die Atomhüllen verlässt. Das Ergebnis sind positiv geladene Ionen, umgeben von freien Elektronen. Ein solches ionisiertes Gas ist elektrisch leit- fähig. Um den permanenten Verlust ionisierter Teilchen zu kompensieren, müssen diese immer wieder neu erzeugt werden, was durch Stoßionisation geschieht. Dieser Vorgang kann unter geeigneten Bedingungen als Lawineneffekt ablaufen. Ein teil- weise oder vollständig ionisiertes Gas heißt Plasma

Question 3

Wie funktioniert die Lichtbogenlöschung in einem Leistungsschalter im Hochspan- nungsbereich?

Answer 3

Im Hochspannungsbereich wird durch Druck oder Kühlung der Lichtbogen ge- löscht. In SF6-Leistungsschaltern wird SF6-Gas als Löschmedium eingesetzt. Es kühlt den Lichtbogen und entzieht im die Energie, so dass er erlischt.

Question 4

Inwieweit gibt es für die Lichtbogenlöschung Unterschiede zum Mittel- und Nieder- spannungsbereich?

Answer 4

Im Niederspannungsbereich wird z.B.

die Verlängerung des Lichtbogens mittels Auseinanderreißen der Schaltstücke, Wanderung an den Leitblechen der Außenwand und Verwindung an den Iso- lierstoffkeilen.
 magnetische Krafteinwirkung auf den Lichtbogen
 oder Aufteilung des Lichtbogens die Löschung bewirkt.
Im Mittelspannungsbereich wird der Lichtbogen durch Druck bei gleichzeitiger Kühlung gelöscht. Als Kühlmedium werden Öl, Druckluft oder SF6 eingesetzt.