Neuartiges modulares numerisches Framework zur Beschreibung von gasförmigen Isolationsstrecken bei HGÜ-Anwendungen
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Date
2025
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Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der physikalisch fundierten Modellierung und Simulation gasförmiger Isolationsstrecken in Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystemen (HGÜ), insbesondere unter dem Einfluss neuartiger Spannungsbeanspruchungen. Vor dem Hintergrund der Energiewende und der zunehmenden Anwendung modularer MMC-Konverter entstehen bislang wenig untersuchte Belastungsszenarien, bei denen klassische Verfahren der Isolationskoordination an ihre Grenzen stoßen.
Im Fokus steht das veränderte elektrische Verhalten gasförmiger Isolierstoffe bei Mischbeanspruchung, etwa durch die Überlagerung von Schaltstoßspannungen mit bestehender DC-Vorbelastung – ein Phänomen, das insbesondere bei Pol-Erd-Fehlern auftritt und normativ bislang unzureichend abgebildet ist.
Zur Analyse wird ein ganzheitliches, modular aufgebautes Simulationsframework entwickelt, das mikroskopische stochastische Monte-Carlo-Modelle mit makroskopischen deterministischen Feldmodellen koppelt. Diese basieren auf konservativen Transportgleichungen und erlauben die effiziente Berechnung zeitlich aufgelöster Stromverläufe unter realitätsnahen Bedingungen. Ergänzend werden neuartige Verfahren zur Bestimmung des Koronaeinsatzgradienten sowie zur Behandlung von Raumladungsdichten mit Lagrange-Multiplikatoren vorgestellt. Für stark inhomogene Felder und überlagerte Beanspruchungen wird ein bestehendes Leadermodell erweitert und über eine Kopplung mit dem Koronamodell physikalisch konsistent ergänzt.
Die entwickelten Methoden werden analytisch und experimentell validiert und auf praxisrelevante Anwendungsszenarien übertragen. Im Mittelpunkt stehen die Bewertung von Korona- und Koppelströmen an hybriden HGÜ-Freileitungen sowie die Abstandsdimensionierung unter betrieblich realistischen Bedingungen.
Die Arbeit liefert mit dem entwickelten Simulationsframework ein flexibel einsetzbares Werkzeug zur modellbasierten Analyse komplexer Beanspruchungssituationen. Die gewonnenen Erkenntnisse schließen normative Lücken bei Mischbeanspruchung, verbessern die Prognosefähigkeit elektrischer Feldverläufe und tragen
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Keywords
Numerische Methoden, Koronaentladung, Leaderentladung, HGÜ-Systeme, Gasförmige Isoliermittel
Subjects based on RSWK
Hochspannungsisolierung