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Grundlagenforschung zum Lichtbogen

TU Ilmenau erforscht Schutzschalter für Gleichstrom

18. Mai 2020, 09:31 Uhr   |  Corinna Puhlmann-Hespen

TU Ilmenau erforscht Schutzschalter für Gleichstrom
© Technische Universität Ilmenau/Matthias Streck

Grafik: Theoretischer Aufbau eines mechanischen Schutzschalters

In einem großen Verbundprojekt entwickelt die Technische Universität Ilmenau mechanische Schutzschalter für Gleichstrom-Applikationen. Mit 1,3 Mio. Euro fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie dieses Projekt.

Im Zuge der Energiewende verwenden immer mehr Geräte Gleichstrom: Photovoltaikanlagen auf Hausdächern, Elektroautos sowie Anlagen der industriellen Fertigung. Zu ihrer Absicherung werden Schutzschalter benötigt. Das Forschungsprojekt »FASS – Fast and selective Switching« fördert den Technologiewechsel – es ist für die nächsten drei Jahre angelegt.

Die größte Herausforderung bei der Entwicklung von Gleichstromschutzschaltern ist es, den Stromkreis in jedem erdenklichen Fehlerfall, etwa bei einem Kurzschluss, absolut zuverlässig und schnell abzuschalten. Nachdem der Fehler erkannt ist, öffnen sich im Inneren des Schutzschalters Schaltkontakte und es entsteht ein Lichtbogen. Um nun den Stromfluss zu unterbrechen und einen Brand zu verhindern, muss dieser Lichtbogen umgehend gelöscht werden. Während bei Wechselstrom der Lichtbogen spätestens in dem Moment von selbst erlischt, in dem der Strom seine Richtung ändert (dies geschieht hundertmal pro Sekunde), muss bei Gleichstrom durch zusätzliche Maßnahmen dafür gesorgt werden, dass der Lichtbogen sozusagen künstlich gelöscht wird.

Den Lichtbogen ablenken

Der Ansatz des Fachgebiet Elektrische Geräte und Anlagen der TU Ilmenau unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Frank Berger ist es, den Lichtbogen mit Hilfe eines starken Magnetfelds in eine Löschvorrichtung zu treiben, die den Leistungsbedarf des Lichtbogens erhöht und dadurch auch dessen Widerstand.  
Die experimentelle Grundlagenforschung, die nötig ist, um innovative Schutzschalter entwickeln zu können, wird begleitet von den Fachgebieten »Werkstoffe der Elektrotechnik« sowie »Wahrscheinlichkeitsrechnung und mathematische Statistik« der TU Ilmenau.

Das Projekt FASS – Fast and selective Switching

Koordiniert wird das Forschungsprojekt von E-T-A, dem größten Hersteller von Geräteschutzschaltern. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig bringt ihre Expertise in der Messtechnik ein. Unterstützt werden die drei Forschungspartner vom Kompetenzzentrum für Elektrische Kontakte Ilmenau (KEKI) sowie auch den Unternehmen Siemens, Doduco und Heraeus.
 

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