Anlagentechnik

Visualisierung beim Entwurf hochspannungstechnischer Isoliersysteme

Beim Entwurf hochspannungstechnischer Isoliersysteme und Komponenten wie beispielsweise gasisolierter Schaltanlagen oder Transformatoren steht neben einem möglichst geringen Material- und Raumbedarf eine maximale Betriebszuverlässigkeit im Vordergrund. Um diese Kriterien zu erfüllen, muß eine optimale Verteilung der elektrischen Feldstärke auf den Oberflächen der Elektroden sowie im Bereich der dielektrischen Grenzflächen erreicht werden.

Die Grundlage dazu bildet die Simulation der im Betrieb hochspannungstechnischer Anlagen auftretenden elektrischen Felder. Dies kann nach verschiedenen numerischen Verfahren erfolgen, in der Praxis kommt häufig - so auch im gezeigten Beispiel - die sogenannte Randelementemethode (BEM) zum Einsatz. Zur Datenvorverarbeitung (= Konstruktion bzw. Modellierung) kommt in der Regel ein CAD-System zum Einsatz. Das dadurch erhaltene CAD-Modell wird entsprechend zur Feldberechnung aufbereitet und dient als Eingabe für die numerische Simulation. Nachdem die Feldberechnung erfolgt ist, werden die Ergebnisse wieder in das CAD-System geladen und entsprechend visualisiert.

Neben dem CAD-System kann zur Visualisierung auch eine CAVE verwendet werden, die es dem Entwicklungsingenieur erlaubt, virtuell in das berechnete Modell „ einzutauchen“ und entsprechende kritische Stellen auszumachen. Durch die sehr realistische dreidimensionale Darstellung mit Hilfe der CAVE lassen sich diese Stellen, bei denen es beispielsweise aufgrund zu hoher elektrischer Feldstärken zu Entladungsvorgängen oder gar Überschlägen kommen kann, leichter lokalisieren und mittels entsprechender Korrekturen an der Geometrie beheben. Das so optimierte Modell läßt sich ebenfalls wieder realitätsnah in der CAVE betrachten, wodurch der Entwickler sofort feststellen kann, ob alle weiteren Kriterien, beispielsweise hinsichtlich Formgebung und Platzbedarf, nach wie vor erfüllt sind.

Das Bild zeigt einen gasisolierten 400kV Überspannungsableiter. Dieser wird von der Firma Asea Brown Boveri (ABB) hergestellt und dient dazu, mögliche Überspannungen in Energieversorgungsnetzen (die z.B. durch Blitzeinschlag auftreten können) abzufangen und die dabei entstehende Energie abzuleiten. Überspannungsableiter werden vor Umspannwerken platziert, um diese entsprechend zu schützen.

Kontakt

Dr. Carsten Trinitis
Lehrstuhl für Rechnertechnik und Rechnerorganisation
Technische Universität München
Boltzmannstraße 3
85747 Garching b. München
http://www.lrr.in.tum.de