Untersuchungen zur Temperaturverteilung in Steckverbindungen im Drehstromsystem bei kurzzeitiger Strombelastung

Abstract:
Der Ausbau erneuerbarer Energiequellen und der Elektromobilität führt zu neuen Anforderungen für elektrische Betriebsmittel. Insbesondere Steckverbindungen für Hochstromanwendungen müssen gegenüber bisherigen Anwendungen steigenden Nenn- und Kurzschlussströmen standhalten und gleichzeitig eine geringere Baugröße aufweisen. Zuverlässige Informationen über die Belastungsgrenzen dieser Komponenten sind entscheidend für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb. Bisher wurde die Belastbarkeit der Steckverbindungen mit Kurzzeitstrom durch aufwändige Messungen in Laborversuchen mit einphasigen Anordnungen ermittelt. In der Praxis werden diese Steckverbindungen jedoch gleichermaßen in Drehstromsystemen eingesetzt. Der Proximity-Effekt im Drehstromsystem führt zu einer lokal im Kontaktelement erhöhten Stromdichte, was zu einer zusätzlichen lokalen Erwärmung und einer unsymmetrischen mechanischen Belastung führen kann. Dies wiederum kann zum Verschweißen und möglicherweise zum Ausfall der Kontakte führen. Auf-grund der komplexen Geometrien der Anordnungen ist eine analytische Berechnung der Verteilung der Stromdichte mit vertretbarem Aufwand nicht möglich. Für diesen Zweck wurde ein elektrisch-thermisches Finite-Elemente-Methode (FEM)-Modell entwickelt. Um das Modell abzugleichen, werden Messungen mit Gleichstrom und Drehstrom für verschiedene Zeiträume, Stromstärken und Abstände zwischen den Leitern durchgeführt. Die Berechnung der Erwärmung erfolgt ergänzend oder möglicherweise zum Ersatz aufwändiger Kurzschlussversuche, so dass ein Nachweis der Kurz-schlussfestigkeit der Steckverbindungen im Drehstromsystem durch die Berechnung erfolgen kann.