Für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des gesamten Elektroenergieversorgungs-systems ist der langzeitstabile und möglichst wartungsfreie oder wartungsarme Betrieb jeder einzelnen Komponente wichtig. Eine Wartung aller stromführenden Verbindungen ist aufgrund der Anzahl und ihrer Zugänglichkeit nicht möglich. Eine Großzahl der Verbindungen wird deshalb montiert und muss über die geforderte Lebensdauer der Anlagen von mehreren Jahrzehnten wartungsfrei funktionieren. Um dies gewährleisten zu können, müssen die richtigen Leiter- und Beschichtungswerkstoffe gewählt, eine langzeitstabile Konstruktion vorhanden, die richtige Montage durchgeführt und eine gesicherte Grenztemperatur für die gewünschte Lebensdauer unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen bekannt sein. In dieser Arbeit werden stromführende Verbindungen betrachtet, die keinen Lichtbogen führen müssen. Es werden die wichtigsten Leiter- und Beschichtungswerkstoffe, die Kontaktphysik insbesondere von Flächenkontakten, der Zusammenhang zwischen mechanischem und elektrischem Kontaktverhalten, die Physik der Alterung und die Wirkung auf das Langzeitverhalten bei unterschiedlichen Einsatz- und Umgebungsbedingungen betrachtet. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden genormte Prüfverfahren bewertet und Ansätze zum Weiterentwickeln vorgestellt. Die Erkenntnisse dieser Arbeit basieren auf Ergebnissen, die in 40 Jahren Forschung an der TU Dresden erarbeitet wurden. Als Modellgeometrie für die grundlegenden experimentellen Untersuchungen wurden insbesondere Schrauben¬verbindungen mit Stromschienen verwendet, da diese Verbindungsart eine der am häufigsten verwendeten ist und millionenfach im Elektroenergieversorgungssystem eingesetzt wird.:1 Einleitung
2 Funktion und Anforderung an stromführende Verbindungen
3 Kontaktwerkstoffe
3.1 Leiter
3.2 Beschichten von Leitern
4 Kontaktverhalten von Schraubenverbindungen
4.1 Physikalische Grundlagen zum Flächenkontakt
4.2 Schraubenverbindung mit Stromschienen
4.2.1 Mechanisches Kontaktverhalten
4.2.2 Elektrisches Kontaktverhalten
4.2.3 Zusammenhang elektrisches und mechanisches Kontaktverhalten
4.2.4 Montage stromführender Verbindungen
4.2.5 Verallgemeinern der gewonnenen Erkenntnisse
5 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen
5.1 Alterungsmechanismen
5.1.1 Kraftabbau
5.1.2 Diffusion
5.1.3 Chemische Reaktionen
5.1.4 Reibverschleiß
5.1.5 Elektromigration
5.2 Mathematische Ansätze zum Beschreiben der Alterung
5.3 Experimentell ermittelte Lebensdauerkennlinien
5.3.1 Typische Lebensdauerkennlinie von Schraubenverbindungen
5.3.2 Leiterwerkstoffe - Aluminium, Kupfer und deren Legierungen
5.3.3 Beschichtungswerkstoffe - Silber, Nickel, Zinn
6 Prüfverfahren
7 Zusammenfassung und Ausblick
8 Literaturverzeichnis
9 Abbildungsverzeichnis
10 Tabellenverzeichnis / For a safe and reliable operation of the electric power supply system, the long-term stable and low-maintenance or maintenance-free operation of each component is important. Maintenance of all current-carrying joints is not possible due to their number and accessibility. A large number of joints is installed and must operate during the required life-time of the system of several decades maintenance-free. In order to warrant this, the appropriate conductor and coating material must be selected, a long-term stable construction design must be provided, the correct installation must be guaranteed, and a safe temperature limit for the desired life-time must be known according to the ambient conditions. In this work, non-arcing current-carrying joints are investigated. It considers the most important conductor and coating materials, the physics of surface contacts, the relationship between mechanical and electrical contact behavior, the physics of aging and the effects on the long-term behavior under different conditions of use and environmental conditions. Based on these scientific findings, standardized test methods are evaluated and approaches for further development are presented. The findings of this work are based on the results obtained in 40 years of research at the TU Dresden. As a model geometry for the basic experimental investigations bolted joints with bus bars are used, because this type of joint is one of the most commonly used millions of times in the electric power supply system.:1 Einleitung
2 Funktion und Anforderung an stromführende Verbindungen
3 Kontaktwerkstoffe
3.1 Leiter
3.2 Beschichten von Leitern
4 Kontaktverhalten von Schraubenverbindungen
4.1 Physikalische Grundlagen zum Flächenkontakt
4.2 Schraubenverbindung mit Stromschienen
4.2.1 Mechanisches Kontaktverhalten
4.2.2 Elektrisches Kontaktverhalten
4.2.3 Zusammenhang elektrisches und mechanisches Kontaktverhalten
4.2.4 Montage stromführender Verbindungen
4.2.5 Verallgemeinern der gewonnenen Erkenntnisse
5 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen
5.1 Alterungsmechanismen
5.1.1 Kraftabbau
5.1.2 Diffusion
5.1.3 Chemische Reaktionen
5.1.4 Reibverschleiß
5.1.5 Elektromigration
5.2 Mathematische Ansätze zum Beschreiben der Alterung
5.3 Experimentell ermittelte Lebensdauerkennlinien
5.3.1 Typische Lebensdauerkennlinie von Schraubenverbindungen
5.3.2 Leiterwerkstoffe - Aluminium, Kupfer und deren Legierungen
5.3.3 Beschichtungswerkstoffe - Silber, Nickel, Zinn
6 Prüfverfahren
7 Zusammenfassung und Ausblick
8 Literaturverzeichnis
9 Abbildungsverzeichnis
10 Tabellenverzeichnis
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:37738 |
| Date | 21 January 2020 |
| Creators | Schlegel, Stephan |
| Contributors | Großmann, Steffen, Berger, Frank, Zema, Thomas, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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