Hochspannungs-Simulation in ANSYS
Branche: Elektrotechnik/ElektronikFachgebiet: ElektromagnetikDie schweizerische PFISTERER SEFAG AG nutzt ANSYS Workbench zur Simulation des entstehenden elektrischen Feldes bei einem neuen Hochspannungsisolator.
Zusammenfassung
Aufgabe
Ein Kunde wünschte ein deutlich geringeres elektrisches Feld an Hochspannungsisolatoren als üblich. Hierzu wurden neuartige Silikonisolatoren entwickelt. Für die Ableitung der Koronaspannung mussten die Koronaringe entsprechend optimiert werden.
Lösung
Die geometrischen Abmessungen der Koronaringe wurden parametrisiert und ein iteratives Optimierungsverfahren in ANSYS erlaubte eine Verringerung des maximalen elektrischen Feldwertes bis auf das gewünschte Niveau.
Kundennutzen
Die Ingenieure von PFISTERER SEFAG erhielten mit der simulativen Validierung ein taugliches Modell für den Produktionsstart, ohne umfangreiche iterative Prototypen herstellen zu müssen.
Die PFISTERER SEFAG AG entwickelt und produziert Isolatoren und Armaturen für den weltweiten Einsatz in Stromversorgungsnetzen. Ein Kunde wünschte ein deutlich geringeres elektrisches Feld an Hochspannungsisolatoren als üblich. Hierzu wurden neuartige Silikonisolatoren entwickelt. Beim Entwurfsprozess der neuen Isolatoren war es entscheidend, ein ausreichend niedriges elektrisches Feld auf der Isolatoroberfläche zu erreichen, um Schäden durch Koronaentladungen zu vermeiden. Für die Ableitung der Koronaspannung musste die Geometrie der Koronaringe am Ende der Isolatoren entsprechend optimiert werden.
Mit dem Abschluss dieser Studie erhielt PFISTERER SEFAG:
- ein taugliches Modell aus der simulativen Validierung für den Produktionsstart, ohne umfangreiche iterative Prototypen herstellen zu müssen.
- erweiterte Kenntnisse über den Einfluss geometrischer Parameter auf das elektrische Feld.
- eine CADFEM-Beratung mit Wissenstransfer, die es den Ingenieuren ermöglicht, mit Hilfe der intuitiven Oberfläche von ANSYS Workbench, selbst ähnliche Analysen an zukünftigen neuen Konstruktionen durchzuführen.
Es wurde eine elektrostatische Annahme mit angepassten Maximalspannungen verwendet. Da elektrostatische Analysen nicht im Mechanikmodul von ANSYS Workbench enthalten sind, wurde eine 3D-Thermostatikanalyse mit angepassten Einheiten und Materialeigenschaften verwendet, um das elektrische Feld in der Luft und in der Struktur zu berechnen.
Die geometrischen Abmessungen der Koronaringe wurden parametrisiert und ein iteratives Optimierungsverfahren in ANSYS erlaubte eine Verringerung des maximalen elektrischen Feldwertes bis auf das gewünschte Niveau.
