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Optimierung von Vakuumhauptschaltern mit Simulation
Jeder dritte Vakuumhauptschalter weltweit wird von der Richard AG Murgenthal gebaut. CADFEM optimierte das Design mit Simulation für besondere Anforderungen.

Simulation des elektrischen Feldes bei Vakuumhauptschaltern

Branche: EnergieversorungFachgebiet: Elektromagnetik

Die Richard AG Murgenthal ist ein führender Anbieter von Vakuumhauptschaltern für die Bahntechnik. Die Robustheit der Leistungsschalter ist von entscheidender Bedeutung bei der Trennung des Stromflusses zwischen Fahrleitung und elektrischer Ausrüstung der Lokomotive. Für veränderte Betriebsbedingungen wurde das Design mittels Simulation validiert.

Zusammenfassung

Aufgabe

Um einen robusten Betrieb von Vakuumhauptschaltern zu gewährleisten, ist die Vermeidung von Schäden durch Koronaentladungen und Durchschlagsspannung entscheidend. Für neue Anforderungen, die außerhalb des bisherigen Standards liegen, wurde eine numerische Simulation mit Ansys Workbench durchgeführt. Ziel war die Validierung des Designs für die veränderten Betriebsbedingungen.
 

Lösung

Es wurde eine elektrostatische Simulation mit angepassten Maximalspannungen verwendet. Die Berechnung der Spannungen und des elektrischen Feldes in den verschiedenen Komponenten des Leistungsschalters ermöglichte es, genaue Kenntnisse über die Feldverteilung zu gewinnen.

Kundennutzen

Die Richard AG konnte die neuen Betriebsbedingungen validieren und hat tiefere Kenntnisse zur Auslegung des Vakuumhauptschalters erhalten. Es wurde spezielle Informationen gewonnen, die bisher mit experimentellen Messungen nicht erbracht wurden.

Projekt Details

Aufgabenstellung

Die Firma Richard AG entwickelt und fertigt Leistungsschalter, Schütze, Isolatoren und Armaturen für den weltweiten Einsatz in der Bahnstromversorgung. Außerdem stellt sie den Service und die technische Unterstützung für die Bahnindustrie und den Verkehr sicher. Die Erfüllung individueller Kundenwünsche bei höchster Flexibilität ist eines der Hauptziele der Richard AG. Um einen robusten Betrieb von Vakuumhauptschaltern zu gewährleisten, ist die Vermeidung von Schäden durch Koronaentladungen und Durchschlagsspannung entscheidend. Für neue Anforderungen, die außerhalb des bisherigen Standards liegen, wurde eine numerische Simulation mit Ansys Workbench durchgeführt. Ziel war die Validierung des Designs für die veränderten Betriebsbedingungen.


Nutzen für den Kunden

Durch die von CADFEM durchgeführten Berechnungen auf Basis von Ansys-Simulationswerkzeugen hat die Richard AG folgende Vorteile:

  • Die neuen Betriebsbedingungen konnten validiert werden.
  • Man hat tiefere Kenntnisse zur Auslegung des Vakuumhauptschalters erhalten, insbesondere bei der Identifizierung der kritischen Stellen.
  • Es wurde spezielle Informationen gewonnen, die bisher mit experimentellen Messungen nicht erbracht wurden.

Lösung

Es wurde eine elektrostatische Simulation mit angepassten Maximalspannungen verwendet. Die Berechnung der Spannungen und des elektrischen Feldes in den verschiedenen Komponenten des Leistungsschalters ermöglichte es, genaue Kenntnisse über die Feldverteilung zu gewinnen. Da selbst winzige geometrische Details potenzielle Gefahren darstellen, konnten durch die genaue Berücksichtigung der detaillierten Geometrie die kritischsten Stellen der Konstruktion ermittelt werden. Um den Entwurf umfassend zu qualifizieren ist berücksichtigt worden, dass verschiedene Strukturkomponenten und Gase unterschiedliche elektrische Durchschlagsgrenzen haben. Deshalb wurden auch mehrere elektrische Feldgrenzen betrachtet. Die numerische Simulation wurde durchgeführt, um die Feldverteilung und die Einhaltung der kritischen Grenzwerte sowohl für die Standard- als auch für die neuen Betriebsspannungen sicher zu stellen.

Bilder: © Richard AG Murgenthal


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