Elektrisch-thermisches Betriebsverhalten von Kontaktelementen für Hochstromanwendungen bei Kurzzeitstrombelastung

Abstract:
In der Elektroenergietechnik werden für die Geräte und Anlagen der Verteil- und Übertragungsnetze sowie für Hochstromanwendungen in der Industrie Steck- und Gleitverbindungen benötigt. Der elektrische und thermische Kontakt der zu verbindenden Leiter wird mit federnden Kontaktelementen hergestellt. Es werden Bemessungs-Betriebsströme bis zu einigen Kiloampere gefordert. Im Fehlerfall müssen Bemessungs-Kurzzeitströme getragen werden, die nochmals eine Größenordnung, oft Faktor 20, größer sind. Insbesondere in den Kontaktelementen und den Kontaktstellen selbst treten aufgrund des im Vergleich mit den zu verbindenden Leitern kleinen stromtragenden Querschnitts große Strom- und Verlustleistungsdichten auf, zudem steht gerade dort wenig Wärmekapazität zur Verfügung. Es wird erwartet, dass die Temperatur in Kontaktelement und Kontakten daher deutlich schneller größer wird als in den massiven Leitern. In der vorliegenden Arbeit wird ein numerisches Rechenmodell entwickelt, das es erlaubt die transiente Erwärmung von Steck- und Gleitverbindungen und der zugehörigen Kontakte zu bestimmen. Die Funktionalität der elektrisch-thermischen Kontakte des Finite-Elemente-Programm ANSYS wird erweitert, um die theoretisch erwarteten elektrischen und thermischen Effekte in Kontakten bei großer Strombelastung abzubilden. Die transiente Erwärmung eines Beispielsteckverbinders mit Multilam-Kontaktsystem wird berechnet und diskutiert.