Alexander Feilbach

Dipl.-Ing. Alexander Feilbach

Materialeinflüsse in der Vakuumschalttechnik

+49 6151 16-20439
+49 6151 16-20434

Fraunhoferstr. 4
64283 Darmstadt

Raum: S3|21 403

Forschungsschwerpunkt

Optimierung von Kontaktwerkstoffen für den Einsatz in Vakuumleistungsschaltern

Bachelor- und Masterarbeiten

Offene Themen

Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Plasma-Phänomene eines Modell-Vakuumschalters bei der Unterbrechung von Kurzschlussströmen (Masterarbeit)

Untersuchung der Nachstromphase eines Modell-Vakuumschalters bei der Unterbrechung von Kurzschlussströmen (Bachelorarbeit)

Abgeschlossen

  • Ausschaltversuche zur Steigerung des Schaltvermögens eines Prototyp-Vakuumleistungsschalters (Masterarbeit)
  • Evaluierung metallurgischer Einflussgrößen für die Steigerung des Ausschaltvermögens von Vakuumleistungsschaltern (Bachelorarbeit)
  • Simulation thermischer Ausgleichvorgänge nach adiabaten Energieeinträgen in Schaltkontakte von Vakuumleistungsschaltern (Bachelorarbeit)
  • Untersuchung des Einflusses der Prüfkreisumgebung auf das Ausschaltvermögen eines Modell-Vakuumschalters (Masterarbeit)

Projektbeschreibung

Schematische Darstellung der Schaltsäule
Schematische Darstellung der Schaltsäule

Wie in vielen technischen Bereichen ist auch in der Energietechnik eine zunehmende Miniaturisierung und, damit einhergehend, eine stetige Erhöhung der Leistungsdichten zu beobachten. Die Kombination der in modernen Energieversorgungsnetzen an einen Schalter gestellten Anforderungen, wie beispielsweise gutes Abbrandverhalten, hohes Ausschaltvermögen, geringe Rückzündwahrscheinlichkeit sowie kleine Abreißströme variieren in Abhängigkeit der konkreten Anwendung und können mitunter sogar in Widerspruch stehen. Zur Optimierung eines Kontaktwerkstoffes für ein konkretes Anwendungsgebiet ist eine Steigerung des Materialbewusstseins erforderlich. So sind neben einer rein elektrotechnischen Beurteilung des Schaltverhaltens durch äußerlich erfassbare Messgrößen auch metallurgische Untersuchungen an den Schaltkontakten notwendig, die in der Regel mit der Zerstörung der keramischen Schaltkammer einhergehen.

Anstelle der Verwendung einer kommerziellen, hartverlöteten Vakuumröhre wurde daher ein auf CF-Komponenten basierender UHV-Rezipient entworfen, der einen zerstörungsfreien Kontaktwechsel mit anschließender metallurgischer Untersuchung erlaubt. So kann ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung hergestellt werden.

Modellröhre mit Federspeicherantrieb als Vakuumleistungsschalter
Modellröhre mit Federspeicherantrieb als Vakuumleistungsschalter

In einem ersten Projektabschnitt wurde eine Modellkammer als Vakuumleistungsschalter für Versuchszwecke ausgelegt, konstruiert und in Betrieb genommen.

Durch eine Kombination aus Drehschieber- und Turbomolekularpumpe erreicht die Versuchskammer innerhalb einer Auspumpzeit von 2 Stunden Absolutdrücke im Bereich des UltraHochVakuums (UHV). Zur Bereitstellung einer möglichst realitätsnahen Kontakt-Öffnungsbewegung und gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit wurde die Versuchskammer mit einem kommerziellen Federspeicherantrieb mit hohem Energieinhalt kombiniert.

In einem Folgeabschnitt wurde das Löschvermögen eins Standardmaterials unter den konkreten Testbedingungen des Modellschalters und des Prüfkreises ermittelt und statistisch abgesichert. Die Erkenntnisse zum Löschvermögen dieses Materials sollen im Anschluss als Referenz und Bezugsnormal für jede weitere Materialoptimierung dienen.

Schliffbild der Mikrostruktur eines Anodenflecks, Quelle: IAM, KIT
Schliffbild der Mikrostruktur eines Anodenflecks, Quelle: IAM, KIT

Derzeit stehen metallurgische Aspekte wie

  • Gasgehalt,
  • Mikrostruktur und
  • Morphologie

des Materials im Fokus. Aktuelle Ergebnisse legen mitunter erhebliche Einflüsse auf das Schaltverhalten nahe.

Das Projekt wird im Rahmen einer interdisziplinären Arbeitsgruppe bearbeitet. Die langfristige Zielsetzung besteht in der Schaffung eines Verständnisses für die grundlegenden Korrelationen zwischen den Eigenschaften des Kontaktmaterials und deren elektrotechnischen Auswirkungen auf die Schalteigenschaften. Die Steigerung des Ausschaltvermögens, eine der zentralen Anforderungen an Leistungsschalter, stellt ein unmittelbares Forschungsziel dar.

Publikationen

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Springe zu: 2016
Anzahl der Einträge: 2.

2016

Hauf, U. ; Feilbach, A. ; Böning, M. ; Heilmaier, M. ; Hinrichsen, V. ; Müller, F. E. H. :
Investigation of the Heat Affected Volume of CuCr Contact Material for Vacuum Interrupters.
In: XXVIIth Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 18. - 23. September 2016, Suzhou, China.
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2016)

Feilbach, A. ; Hauf, U. ; Böning, M. ; Hinrichsen, V. ; Heilmaier, M. ; Müller, F. E. H. :
Investigation of Current Breaking Capacity of Vacuum Interrupters with Focus on Contact Material Properties with the Help of a Reference Model Vacuum Circuit Breaker.
In: XXVIIth Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 18. - 23. September 2016, Suzhou, China.
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2016)

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