Auf ihrem Weg vom Erzeuger zum Verbraucher gelangt die elektrische Energie uber eine grosse Anzahl von Schaltgeraten, die in den Knotenpunkten der UEbertragungs- und Verteilungsnetze angeordnet sind. Von deren ein- wandfreier Funktion hangt die Zuverlassigkeit unserer Energieversorgung entscheidend ab. Bei der weitaus groessten Anzahl von Schaltgeraten handelt es sich um Schalter mit mechanisch betatigten, metallischen Kontaktstellen und Licht- bogenloeschsystemen zur Loeschung der beim Ausschalten entstehenden Licht- boegen. Trotz der enormen Fortschritte in der Leistungselektronik ist dieses an sich alte Prinzip, das sich auszeichnet durch geringe Verluste, Stoerunanfallig- keit, hohe UEberlastbarkeit und vergleichsweise niedrige Kosten, auch in absehbarer Zukunft fur die meisten Anwendungsfalle konkurrenzlos im Vergleich zu anderen Schaltprinzipien. Voraussetzung hierfur war und ist die stetige Optimierung und Weiterent- wicklung dieser Technik mit Hilfe moderner Forschungs-und Entwicklungs- methoden. Die dabei zu behandelnden Probleme liegen in einem weiten, facherubergreifenden Bereich, wobei besonders die Disziplinen Elektrotech- nik, Physik, Mechanik, Werkstofftechnik und Chemie zu nennen sind. Ziel des vorliegenden Buches ist es, einen UEberblick uber Funktionsweise und Einsatz der grossen Vielfalt an Schaltgeraten der Energietechnik zu geben. Zunachst werden die wesentlichen physikalischen Vorgange sowie ihre theoretische Deutung und mathematische Behandlung exemplarisch darge- stellt. Die Beanspruchungen der Schaltgerate bei ihrem Einsatz in Netzen schliessen sich an. Schliesslich werden Prinzipien und konstruktiver Aufbau der vielen Schaltgeratearten fur unterschiedliche Aufgaben anhand zahlrei- cher Konstruktionsbeispiele erlautert.

Contenuti

0 Einf�hrung.- 1 Physikalische Grundlagen.- 1.1 Der elektrische Lichtbogen.- 1.1.1 Die Bogens�ule.- 1.1.2 Elektrodengebiete.- 1.1.3 Materialdaten der Bogens�ule.- 1.1.4 N�herungen.- 1.1.4.1 Kanalmodell.- 1.1.4.2 Enthalpieflu�modelle.- 1.1.5 Die station�re Lichtbogenkennlinie.- 1.1.6 Der Wechselstrombogen.- 1.1.6.1 Grunds�tzliches.- 1.1.6.2 Theorie des dynamischen Bogens. Wechselwirkung Bogen-Netz.- 1.1.7 Bogenbewegung unter dem Einflu� �u�erer Kr�fte.- 1.1.7.1 Str�mungskr�fte.- 1.1.7.2 Bogenbewegung im Magnetfeld*.- 1.1.7.3 Plasmastrahlen, magnetischer Druck.- 1.1.8 Bogenverhalten in D�sen von Hochspannungs-Hochleistungsschaltern. Wechselwirkung mit Str�mung und Antrieb.- 1.1.8.1 D�senverstopfung, R�ckstau.- 1.1.8.2 Wechselwirkung mit dem Antrieb.- 1.1.9 Elektrodeneffekte*.- 1.1.9.1 Bogenspannung*.- 1.1.9.2 L�schung durch Elektrodeneffekte (Selbstl�schung, Sofortverfestigung)*.- 1.1.10 Vakuumbogen.- 1.1.10.1 Entladungsarten im Vakuum.- 1.1.10.2 Wirkung von Magnetfeldern.- 1.1.10.3 Einflu� des Kontaktmaterials.- 1.1.11 Dielektrische Wiederverfestigung.- 1.1.12 Der Lichtbogen als Schaltelement. Zum L�schvorgang in verschiedenen Schaltern.- 1.1.12.1 Gasschalter.- 1.1.12.2 Schalter mit selbsterzeugtem L�schmittel (�lschalter, Wasserschalter, Hartgasschalter, Sicherungen).- 1.1.12.3 Vakuumschalter.- 1.1.12.4 Niederspannungsschalter*.- 1.2 Kontaktphysik.- 1.2.1 Scheinbare und wirkliche Ber�hrungsfl�che.- 1.2.1.1 Fl�chenkontakte.- 1.2.1.2 Punktkontakte.- 1.2.2 Kontaktwiderstand.- 1.2.2.1 Metallischer Kontakt.- 1.2.2.2 Quasimetallischer Kontakt.- 1.2.2.3 Kontaktstellen mit st�renden Fremdschichten.- 1.2.3 Engewiderstand.- 1.2.3.1 Elektrischer Widerstand einer Stromenge.- 1.2.3.2 Erw�rmung von Stromengen.- 1.2.4 Die Kontaktkraft.- 1.2.4.1 Aufgaben der Kontaktkraft.- 1.2.4.2 Abh�ngigkeit des Kontaktwiderstandes von der Kontaktkraft.- 1.2.5 Erw�rmung von Kontakten (und W�nden) durch stromstarke Lichtb�gen.- 1.2.6 Kontaktwerkstoffe*.- 1.2.6.1 Anforderungen an Kontaktwerkstoffe der Energietechnik*.- 1.2.6.2 Kontaktwerkstoffe der Energietechnik und ihre Anwendung*.- Literatur zu Kapitel 1.- 2 Beanspruchung und Anforderungen.- 2.1 Schaltvorg�nge.- 2.1.1 Anforderungen an Schaltger�te.- 2.1.2 Einschalten eines Kurzschlu�kreises.- 2.1.3 Ausschalten eines Kurzschlusses.- 2.1.3.1 Einphasiger Klemmenkurzschlu�.- 2.1.3.2 Klemmenkurzschlu� in Drehstromkreisen.- 2.1.3.3 Abstandskurzschlu� in Hoch- und Mittelspannungsnetzen.- 2.1.3.4 Kurzunterbrechung.- 2.1.3.5 Phasenopposition.- 2.1.4 Ausschalten kleiner induktiver Str�me.- 2.1.5 Kapazitiver Stromkreis.- 2.1.5.1 Einpolige Ausschaltung, R�ckz�ndung und Wiederz�ndung.- 2.1.5.2 Dreipolige Ausschaltung.- 2.1.5.3 Einschalten einer Kapazit�t.- 2.1.5.4 Parallelschalten von Kondensatoren.- 2.1.6 Strombegrenzende Schalter, Gleichstromschalter.- 2.1.6.1 Erh�hung der Lichtbogenspannung.- 2.1.6.2 Schalter mit Parallelzweigen.- 2.1.7 Schaltleistungspr�fung.- 2.2 Stromtragf�higkeit und Erw�rmung.- 2.3 Zuverl�ssigkeit, Fehlerraten.- 2.4 Zusammenstellung von VDE-Bestimmungen f�r Schaltger�te.- 2.4.1 Bestimmungen f�r Niederspannungsschaltger�te.- 2.4.2 Bestimmungen f�r Wechselstrom-Schaltger�te f�r Spannungen �ber 1 kV.- Literatur zu Kapitel 2.- 3 Niederspannungsschaltger�te.- 3.1 Allgemeines.- 3.1.1 Einf�hrung.- 3.1.2 Einteilung der Niederspannungsschaltger�te.- 3.1.3 Ger�teeigenschaften und Kenngr��en.- 3.1.3.1 Nennspannung und Nennfrequenz.- 3.1.3.2 Nennstr�me.- 3.1.3.3 Erw�rmung.- 3.1.3.4 Nennbetriebsarten.- 3.1.3.5 Nenneinschalt- und Nennausschaltverm�gen.- 3.1.3.6 �berlastfestigkeit von Sch�tzen.- 3.1.3.7 Gebrauchskategorien.- 3.1.3.8 Lebensdauer und Schalth�ufigkeit.- 3.1.3.9 Einsatzgrenzen.- 3.2 Aufbau und Wirkungsweise ausgew�hlter Niederspannungsschaltger�te.- 3.2.1 Grunds�tzlicher Aufbau von Schaltger�ten.- 3.2.2 Schaltger�te f�r Hauptstromkreise.- 3.2.2.1 Trenner, Lastschalter, Lasttrenner.- 3.2.2.2 Motorschalter.- 3.2.2.3 Sch�tze.- 3.2.2.4 Leistungsschalter.- 3.2.2.5 Sicherungen f�r Nieder- und Hochspannung.- 3.2.2.6 Schutzger�te.- 3.2.2.7 Selektivit�t zwischen Schaltger�ten.- 3.2.2.8 NOT-AUS-Einrichtung und Hauptschalter.- 3.2.3 Schaltger�te f�r Hilfsstromkreise.- 3.2.3.1 Drucktaster und Leuchtmelder.- 3.2.3.2 Positionsschalter.- 3.2.3.3 Hilfssch�tze.- 3.2.3.4 Zeitrelais.- Literatur, Bestimmungen und Normen zu Kapitel 3.- 4 Hochspannungsschaltger�te.- 4.1 Dielektrische Beanspruchungen (G. F. Luxa).- 4.1.1 Definitionen und Pr�fanordnungen.- 4.1.1.1 Arten der Isolation.- 4.1.1.2 Arten der Spannungsbeanspruchung.- 4.1.1.3 Isolationskoordination.- 4.1.1.4 Arten der dielektrischen Pr�fungen.- 4.1.1.5 Ermittlung der Stehspannungen bei Sto�spannungspr�fungen.- 4.1.1.6 Ber�cksichtigung der atmosph�rischen Bedingungen bei der Pr�fung der �u�eren Isolation.- 4.1.1.7 Ber�cksichtigung der Aufstellungsh�he.- 4.1.1.8 Pr�fungen unter Regen.- 4.1.1.9 Pr�fungen bei k�nstlicher Verschmutzung.- 4.1.2 Bemessung von Hochspannungsschaltger�ten und St�tzern f�r Betriebsspannungen bis 72 kV.- 4.1.2.1 Bemessung der Isolation bei normalen Bedingungen.- 4.1.2.2 Bemessung der Isolation bei erschwerten Bedingungen.- 4.1.2.3 Teilentladungspr�fungen.- 4.1.3 Bemessung von Hochspannungsschaltger�ten und St�tzern f�r Betriebsspannungen �ber 72 kV.- 4.1.4 Umwelteinfl�sse auf die Freiluftisolation.- 4.1.4.1 Fremdschichteinfl�sse.- 4.1.4.2 Fremdschichtpr�fverfahren.- 4.1.4.3 Industriefremdschicht-Pr�fverfahren.- 4.1.4.4 Salznebel-Pr�fverfahren.- 4.1.4.5 H�chster Ableitstromimpuls als Kenngr��e.- 4.1.4.6 Isolatorbemessung hinsichtlich Verschmutzung.- 4.1.5 Der Einflu� von Schaltspannungen auf die �u�ere Isolationsbemessung in Luft.- 4.1.5.1 Allgemeines.- 4.1.5.2 Pr�fung mit Schaltsto�spannung.- 4.1.5.3 Bemessungswerte.- 4.1.6 SF6-Druckgasisolation bei metallgekapselten Ger�ten.- 4.1.6.1 Eigenschaften von Schwefelhexafluorid.- 4.1.6.2 Bemessungsgrundlagen.- 4.1.6.3 SF6 in Verbindung mit Feststoffisolatoren.- 4.2 Gestaltung der Hochspannungsschaltger�te (R. Pr�tsch).- 4.2.1 Schaltger�te f�r Anlagen mit Luft als �u�ere Isolation.- 4.2.1.1 Leistungsschalter.- 4.2.1.2 Trenn- und Erdungsschalter.- 4.2.1.3 Lastschalter und Lasttrennschalter.- 4.2.2 Schaltger�te f�r Anlagen mit Druckgasisolierung.- 4.2.3 Schaltger�te f�r Anlagen mit Feststoffisolierung.- Literatur zu Kapitel 4.

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