Erschienen: 31.12.2000 Abbildung von Behner | Elecrically Conductive Adhesive Contacts Characterised by the 1/f Noise Behaviour | 2000

Behner

Elecrically Conductive Adhesive Contacts Characterised by the 1/f Noise Behaviour

lieferbar, ca. 10 Tage

2000. Buch. 158 S. Softcover

Logos. ISBN 978-3-89722-343-1

Format (B x L): 14,5 x 22 cm

Produktbeschreibung

Hochspannungsleistungstransformatoren gehören zu den Grundelementen für die Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Während ihres Betriebs sind Transformatoren einer Vielfalt von Spannungsbeanspruchungen ausgesetzt, die durch Blitzeinwirkungen, Schalt- handlungen oder Störungen im Netz hervorgerufen werden. Hierdurch können Resonanz- vorgänge im Inneren des Transformators initiiert werden, die deutliche Spannungs- überhöhungen im Wicklungssystems bewirken und dadurch zu hohen Beanspruchungen der Wicklungs- und Windungsisolationen führen können.

Einen neuen numerischen Lösungsweg die transienten Potential- und Feldverteilungen im Wicklungssystem von Transformatoren zu berechnen, bietet der Einsatz der Finite-Elemente Methode (FEM). Die FEM vereinigt die Vorteile der einfachen Berücksichtigung beliebiger Materialien und Grenzflächen, sowie die direkte Verknüpfung elektrischer und magnetischer Felder. Das Ziel dieser vorliegenden Arbeit war die Aufstellung von gültigen 3-dimensionalen FEM-Leistungstransformatormodellen zur Untersuchung ihres transienten Verhaltens und da- durch die Gewinnung eines noch tieferen Verständnisses für die komplexen Ausgleichs- vorgänge im Inneren von Transformatoren.

Schwierigkeiten bei der 3-dimensionalen Modellierung von Leistungstransformatoren bereiteten die physikalisch richtige Reduzierung der Modellgröße, ohne die Rechenergebnisse mehr als nötig zu beeinflussen. Um den Aufwand an Rechenzeit- und Speicherplatzbedarf, der mindestens quadratisch von der Modellgröße abhängt, so gering wie möglich zu halten, wurden verschiedene Methoden angewandt, um die Zahl der unbekannten Freiheitsgrade zu verringern.

Eine ausschlaggebende Begrenzung der Modellgröße war durch den Einsatz der Methode der Windungsreduktion bei gleichzeitiger Erhöhung der Materialparameter möglich. Der Grund- gedanke dieser Methode ist die Erhöhung der relativen Materialkonstanten um den selben Faktor, um den die Windungen verringert werden. Hierdurch resultierend wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit um denselben Faktor verkleinert, und die Flüsse werden um diesen Faktor vergrößert. Die Laufzeiten, Reflektions- und Brechungsfaktoren, Potential- und Feldverteilungen werden im Modell konstant gehalten. Die Bestimmung des Windungs- reduktionsfaktors ergibt sich aus der Anzahl der Doppelscheiben der Oberspannungswicklung. Jede Windung besteht aus 12 Flächenelementen, die den gleichen Raum einnehmen, jedoch eine größere Ganghöhe als die Originalwindung besitzen. Die dadurch resultierende Änderung der Kapazität wird durch Erhöhung der Dielektrizitätszahl der Spulenkanalisolation kompen- siert. Dieselbe Methodik wird auch für die Nachbildung der Regelwicklungen angewandt. Im Gegensatz dazu konnten die geerdeten Unterspannungswicklungen als leitfähige Zylinder mit Flächenelementen modelliert werden.

Einen Beitrag zur Elementeinsparung leistete auch die Zusammenfassung verschiedener Isolationen, z.B. Papier, Pressspan und Öl zwischen Kern und Wicklungen und den Wicklungen untereinander durch die Angabe eines Ersatzdielektrikums, der Betrachtung des Kerns als homogenes Material mit anisotroper Leitfähigkeit und die geeignete Wahl der Frei- heitsgrade.

Für die mit Hilfe dieser o.g. Methoden aufgestellten FEM-Modelle eines 115/22 kV und eines 66/20 kV Verteiltransformators mit insgesamt 17720 Elementen und 35788 Knoten bzw. 12703 Elemente und 10179 Knoten wurden Berechnungen sowohl im Zeit- als auch Frequenzbereich durchgeführt. Eine genaue Berücksichtigung der frequenzabhängigen Materialparameter wie z.B. wirbelstrombedingte Stromverdrängung (Skin- und Proximity- effekt) in den Wicklungen sowie Feldverdrängung im Kern konnten in den FEM-Modellen implementiert werden. Die Verifikation der FEM-Modellbildungen werden durch den Vergleich entsprechender Messungen an den entsprechenden Hochspannungsleistungs- transformatoren bestätigt.

Die entwickelten Methoden zur Modellierung und Berechnung von dreiphasigen Leistungstransformatoren stellen im heutigen Stand der Rechnerleistungen einen tragbaren Kompromiss zwischen Rechenzeit- und Speicherplatzbedarf einerseits und Feinheit der Diskretisierung andererseits dar. Insgesamt zeigt diese Arbeit auf, dass sich die Finite- Elemente Methode durch ihre geometrienahe Modellbildung, ihre einfache Material- formulierung und der vollständigen Beschreibung der Maxwellgleichungen hervorragend für Berechnungen von transienten Vorgängen im Transformatorinnern eignet und dem Konstrukteur dadurch einen Einblick in die komplizierte Materie gibt.

Gesamtwerk

Die 8. Auflage ist wieder auf sechs Bände angelegt. Darin finden sich übersichtlich und in systematischer Gliederung Vertragsmuster aus der Feder erfahrener Experten. Jedem dieser Muster folgen Anmerkungen, mit denen der dem Vertragsentwurf zu Grunde liegende Sachverhalt und die Gründe für die Wahl des spezifischen Formulars erläutert werden.

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