Hohe elektrische Last

Hohe elektrische Last

Bei hohen elektrischen Lasten, die überwiegend im Bereich der Energietechnik auftreten, sind die Schaltvorgänge weitgehend mit dem Auftreten von Lichtbögen verbunden. Die Beherrschung des Schaltlichtbogens ist in den meisten Anwendungen das zentrale Problem. Je nach Schaltgerätetyp stehen bestimmte Anforderungen im Vordergrund, nach denen die Wahl des Kontaktwerkstoffes erfolgt. Wie in der Informations- und Nachrichtentechnik sind dabei die Probleme zu berücksichtigen, die bei den Schaltvorgängen und der Stromführung auftreten.

Figure 1: Typische Anwendungsbereiche für Kontaktwerkstoffe in Schaltgeräten der Energietechnik in Abhängigkeit von Schaltstrom und -spannung

Figure 2: Anwendungsgebiete für Kontaktwerkstoffe in Schaltgeräten der Energietechnik in Abhängigkeit von Schaltstrom und Schaltspielzahl

• Einschaltvorgang
  Einschaltabbrand durch Vordurchschlags- und Prelllichtbögen
  Verschweißen vor allem durch Prelllichtbögen
  mechanischer Abbrieb durch Prellen und gegebenenfalls Relativbewegung
  

• Stromführung geschlossener Kontaktstücke
  Erhöhter Kontaktwiderstand und Erwärmung bei Nennlast
  Verschweißen durch zu hohen Kontaktwiderstand bei Über- und Kurzschlusslast
  Verschweißen infolge dynamischer Abhebung der Kontaktstücke unter Lichtbogenbildung

• Ausschaltvorgang
  Ausschaltabbrand
  Lichtbogenwanderung
  Lichtbogenlöschung
  Mechanischer Abrieb

Der typische Einsatzbereich der verschiedenen Kontaktwerkstoffe in Schaltgeräten der Energietechnik ist in den Grafiken Figure 1 und Figure 2 dargestellt. Im unteren Lastbereich kommen aufgrund ihrer hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit vorwiegend Silber und Feinkornsilber (AgNi 0,15) zum Einsatz. Mit wachsendem Schaltstrom gewinnen die im Vergleich zu Silber abbrandfesteren AgCu- Legierungen an Bedeutung. Bei mittleren Schaltströmen bis 100A haben sich Ag/Ni- Verbundwerkstoffe aufgrund ihres niedrigen und konstanten Kontaktwiderstandes und der guten Wiederverfestigungseigenschaften durchgesetzt. Werden hohe Verschweißresistenz und gleichzeitig hohe Abbrandfestigkeit gefordert, wie dies z.B. in Motorschützen bis zu Schaltströmen von 5000A gegeben ist, kommen Silber-Metalloxid-Werkstoffe zum Einsatz. In Schutzschaltern, die hohe Kurzschlussleistungen beherrschen müssen, haben sich unsymmetrische Kontaktpaarungen, bei denen der Festkontakt aus Ag/C und der bewegliche Kontakt je nach Gerätetyp aus Cu, Ag/Ni oder Ag/W besteht, besonders bewährt. In nach UL (UL=Underwriters Laboratories) zertifizierten Schutzschaltern, die vor allem in den USA in Energieverteilungsnetzen eingesetzt werden, werden meist symmetrische Kontaktpaarungen aus Ag/W oder Ag/WC verwendet.

Für die extrem hohe Lichtbogenbeanspruchung in Last- und Leistungsschaltern der Mittel- und Hochspannungs-Energietechnik eignen sich besonders die sehr abbrandfesten Tränkwerkstoffe aus W/Cu.

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