Grundlagen der Stromversorgung für spartenfremde Fachkräfte

Betriebsmittel
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bestehen. Ist diese Schicht extrem dünn (d. h. < 3 nm) dann dringen die Elektronen
infolge des Tunneleffektes nahezu verlustfrei hindurch. Bei dicken Schichten wird der
gesamte Kontaktwiderstand hauptsächlich durch die Fremdschicht bestimmt (RF »
RE). Ein elektrischer Kontakt kann nur durch eine mechanische, thermische oder
elektrische Zerstörung (Fritten) der Schicht erreicht werden.
Bei ausschaltenden Kontakten beansprucht die Bogenentladung den
Oberflächenbereich der Kontakte thermisch, so daß diese vom festen über den
flüssigen in den gasförmigen Zustand übergehen. Das an einer Elektrode verdampfte
Material wird im engen Spalt zwischen den Kontakten zur Gegenseite transportiert.
Beim Schalten von Gleichstromkreisen kann es dabei zu Kraterbildung bzw.
Materialverlust kommen, wobei diese Gebilde sich mechanisch verhaken können und
die Lebensdauer des Kontaktes stark herabsetzen. In Wechselstromkreisen wird die
Lebensdauer eines Kontaktes im wesentlichen durch den Materialverlust beim
Abbrand bestimmt. Dabei verdampft oder verspritzt das Kontaktmaterial und reagiert
zum Teil mit dem Schaltmedium.
Während des Einschaltvorganges kommt es vor der ersten Kontaktberührung bereits
zu Lichtbogenvorzündungen, bei UM= 12 kV in einem Kontaktabstand von ca. 6 mm ,
bei UM = 24 KV bei ca. 12 mm. Nach der ersten Kontaktberührung stellen sich infolge
der hohen kinetischen Energie des Antriebes meistens Prellungen, d. h. Abhebungen
der Kontakte, ein. Dabei wird jedesmal ein Lichtbogen gezündet, der in seinen
Fußpunkten das Kontaktmaterial zum Aufschmelzen bringt. Ein Teil des Materials
geht an die Umgebung als Abbrand verloren; sind nach der letzten Prellung noch
flüssige Oberflächenbereiche vorhanden, dann besteht die Gefahr, daß die
Kontaktstücke miteinander verschweißen. Konstruktiv sind die Kontakte und der
Antriebsapparat mechanisch so auszuführen, daß die Rückprellungen bei Schalten
im stromlosen Zustand oder bei Schalten mit geringem Strom nicht dazu führen, daß
die Kontaktpaare geöffnet bleiben (z. B. durch Dämpfungspuffer aus Kunststoff).
Andererseits muß die Einschaltkraft so groß sein, daß die der EIN-Bewegung
entgegengerichtete Kraft des Last- oder Kurzschlußstromes überwunden wird.
Bei hohen Strömen über die geschlossene Kontaktbahn werden die oben
beschriebenen a-spots thermisch bis in den Schmelzbereich belastet; die in der
Stromenge entstehenden elektrodynamischen Kräfte heben die Kontaktbahn
kurzzeitig ab. Auch hier kann es, wie vor beschrieben, beim Schließen der Kontakte
zu Verschmelzungen kommen.
Bevor sich in Stromkreisen quasistationäre Abläufe einstellen können, sind
Schaltvorgänge von transienter Natur nötig. Dabei ist zu berücksichtigen, daß eine
Stromunterbrechung nur im Nulldurchgang des Stromes möglich ist. Dieser kann
natürlich sein oder durch eine Gegenspannung oder Lichtbogenspannung
erzwungen werden.
Während der Kontakttrennung wird die Anzahl der Kontaktstellen an den
Schaltstücken immer kleiner, so daß die Stromdichte im Gebiet der Stromenge sehr
groß wird. Es bildet sich eine Schmelzbrücke, die den Beginn des Lichtbogens
darstellt. Die thermische Gasbewegung im Bereich der sich öffnenden Kontakte
steigt durch die Aufheizung so stark an, daß eine Stoßionisation auftritt, durch die die
Atome in Ionen und in freie Elektronen zerlegt werden. Das Gas wird als Plasma bei
Temperaturen zwischen 15.000 und 40.000 K elektrisch leitfähig. Der entstehende
Lichtbogen zerfällt in drei Hauptteile, dem Kathodenfallgebiet mit dem Spannungsfall
UK, der Säule mit US und dem Anodenfallgebiet mit UA, wobei die