Simulation von Hochspannungs-Schaltanlagen in der Projektierung

Siemens, einer der weltweit führenden Hersteller von gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen (GIS), fertigt diese Anlagen in der Regel mit kundenspezifischem Aufbau. Um die Produktsicherheit bei solchen Kundenprojekten zu gewährleisten und zu dokumentieren, sind entsprechende Festigkeitsnachweise durchzuführen. Die GIS-Gehäuse stehen unter einem Innendruck von über 5 bar und müssen während des normalen Betriebs mechanischen Belastungen durch Wärme, Wind und immer häufiger auch durch Erdbeben standhalten.

Durch die automatisierte Modellierung kommt es zu einer Zeitersparnis, die dem engen Zeitplan bei der Anlagenabwicklung gerecht wird. Das automatisch generierte Simulationsmodell lässt sich um zusätzliche Randbedingungen und angreifende Lasten erweitern. Der gesamte Bearbeitungsaufwand konnte um 90 % reduziert werden, sodass bereits in frühen Projektphasen Simulationsergebnisse in hoher Qualität berücksichtigt werden. Die Automatisierung führt außerdem zu einer Standardisierung, der Reduzierung von Fehlern und einem reproduzierbaren Modellaufbau, der einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung beim Festigkeitsnachweis leistet.

Um schon zu Beginn der Projektierung die mechanische Festigkeit und die Fundamentbelastungen schnell und in hoher Qualität ermitteln zu können, wurde für Ansys Workbench ein automatisierter Modellaufbau auf Basis einer intelligenten Bauteilbibliothek entwickelt. Dadurch kann flexibel auf Kundenanforderungen reagiert werden. Für die Planung der Anlagen wird ein modulares CAD-System verwendet, das alle Gehäuse und Bauteile der Anlage in einer Datenbank verwaltet. Diese wurde um Eigenschaften erweitert, die für die Festigkeitsberechnung relevant sind. Dazu gehören u. a. die Definition der Vernetzung, die Zuweisung von Materialeigenschaften und die umfangreiche Selektion der druckbelasteten Flächen. Mit dem Aufbau der CAD-Struktur wird aufgrund der hinterlegten Simulations-Bausteine automatisch ein Datensatz für die FEM-Simulation mit Ansys Workbench generiert, der direkt für die Berechnung zur Verfügung steht.