Lichtbogensimulation für Niederspannungsschaltgeräte

Inhalt der vorliegenden Arbeit ist die Simulation des Schaltlichtbogens für die Anwendung in Niederspannungsschaltgeräten. Die zu Grunde liegenden MHD-Gleichungen werden in einem gekoppelten Ansatz gelöst. Für die verbesserte Abbildung des wichtigen Energietransportmechanismus Strahlung wird ein nicht-graues P1-Modell implementiert und an einfachen Anordnungen verifiziert. Die Berechnungsergebnisse für einzelne Frequenzbänder liefern weitergehende Informationen über das optische Verhalten. Unter Lichtbogenbelastung wird Elektrodenmaterial freigesetzt, welches die Eigenschaften des Plasmas beeinflusst. Daher wird der Transport von Metalldampf ebenfalls im Modell berücksichtigt. Das Einlaufen des Lichtbogens in Löschbleche wird insbesondere durch die Fallspannungen an Anode und Kathode bestimmt. Hierfür wird ein einfach anzuwendendes Element für die Finite-Elemente-Berechnung entwickelt, welches die Fallspannungen als nichtlineare Widerstände abbildet. Verifikationsrechnungen an einer messtechnisch untersuchten Elektrodenanordnung zeigen, dass nur bei Berücksichtigung von Metalldampf die Bogenspannung richtig wiedergegeben wird. Berechnungen an einer Laufschienenanordnung mit einem Löschblech zeigen die Anwendbarkeit der Modelle für eine schalterähnliche Geometrie.