Berechnungen
Sicherheit in Schaltanlagenräumen
Für die Sicherheit von Schaltanlagen, Stationen und Räumen ist es heute zwingend erforderlich die Druckwirkung und thermische Wirkung von Störlichtbögen zu reduzieren oder diese völlig zu vermeiden. Dazu verwenden wir eine seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzte Druckberechnungssoftware auf Basis eines Drucknetzwerkes. Die Berechnungen zeigen eine hervorragende Übereinstimmung von Druckverläufen und Amplitude mit durchgeführten Messungen. Die Druckberechnung ist notwendig um Gebäude, Mittelspannungsverteilerstationen- und Industrieverteileranlagen vor dem explosionsartig ansteigenden Druck eines Störlichtbogens zu schützen, um eine maximale Sicherheit für den Störlichtbogenfall zu erreichen. Für Fabrikfertige Stationen (IEC62271-202) und fabrikfertige Hochspannungsschaltanlagen bis 52kV (IEC62271-200) ist die Störlichtbogenberechnung während der Entwicklung hinsichtlich Druckentwicklung und Durchbrennens der Kapselung unverzichtbar. Die Druckberechnung erfolgt statisch und dynamisch, auch für Wanderwellen. Berücksichtigt wird der Anteil an der Energie des Störlichtbogens in Form eines Transferkoeffizienten, der in Abhängigkeit u.a. vom Gasdruck (Dichte), Betriebstemperatur u.a. die mechanischen Druckwirkungen verursacht.
Schaltanlagen, Druckausleitkanäle, Druckentlastungen, Absorber, Fenster, Türen oder Gebäude für die keine Prüfung bzw. keine Berechnung der Störlichtbogensicherheit vorliegen, stellen ein erhebliches Gefährdungspotential dar. Da solche Anlagen dem Stand der Technik nicht gerecht werden, ist es schwierig, solche Anlagen zu versichern. Das Haftungsrisiko des Betreibers ist dadurch erhöht.
Das Schema zeigt ein Drucknetzwerk für eine Schaltanlage mit Ausleitkanal.
Lichtbogenleistung für verschiedene Schotträume einer C-GIS
Mittlerer Druckverlauf für Ausleitkanäle unterschiedlicher Querschnitte
Druckberechnungen führen wir für Sie als Dienstleistung aus. Die Dokumentation zur Berechnung enthält die Lichtbogenleistung, die entstehenden Druckwerte und zeitlichen Verläufe, inklusive einer optional erarbeiteten kompletten Analyse, FEM- Berechnung beanspruchter Bauteile inklusive konstruktiver Bewertung. Optional können Strömungsverhältnisse und Temperaturverläufe modelliert werden. Die Ergebnisse der Berechnungen und die Schlussfolgerungen werden auf Wunsch in Form einer Expertise erstellt.
B&E entwickelt für Schalträume und -anlagen wirksame Störlichtbogenbegrenzer, die sowohl die thermischen als auch die Druckwirkungen erheblich reduzieren. Wir beraten Sie bei baulichen Ertüchtigungsmaßnahmen und Erstellen Ihnen ein Störlichtbogenschutzkonzept.
Multiphysikalische Berechnungen
Prototypenbau und Entwicklungsprüfungen sind unverzichtbare Schritte bei der Neuentwicklung von Hochspannungsschaltanlagen und -komponenten. Rechtzeitige und zielorientierte Berechnungen der physikalischen Prozesse helfen erheblich dafür Zeit und Kosten zu reduzieren. Die Betrachtung von Erwärmung, Dehnung, mechanischen Spannungen und Verformung ist in einer Berechnung möglich.
Dielektrische Optimierung
Die Berechnung der zulässigen Höchstfeldstärke ist ein wichtiger Punkt zur Beurteilung der Durchschlagfestigkeit von Feststoffen und des Isoliervermögens von Fluiden (SF6, Luft, Stickstoff, Silikonöl u.a.). Bevorzugt konstruieren wir auch für Nennspannungen bis 52kV mit dem schwach inhomogenen Feld, wodurch eine Volumenreduzierung von Schaltanlagen erreicht werden kann. Unsere Bewertung der Ergebnisse für Teilentladungsprobleme, Stehwechselspannung und Stehblitzstoßspannung erfolgt in Zusammenhang mit den zuvor durchgeführten Berechnungen.
Stromdichte
Die Berechnung der Stromdichte dient der Steigerung der Materialeffizienz von Verbindungen und Kontakten. Wir berücksichtigen dabei physikalische Effekte wie z.B. die frequenzabhängige Stromverdrängung.
Mechanische Festigkeit
Streckgrenze, Zugfestigkeit, Verformung von Bauteilen tritt bei Beanspruchung an fast allen Komponenten von Schaltanlagen auf. Schalterpole von Leistungsschaltern werden auf Zug und Biegung beansprucht, GIS- Kapselungen auf Druck (z.B. Evakuieren, Betriebsdruck und Störlichtbogen).
Mit den notwendigen Werkstoffinformationen, einer FEM- Berechnung und unseren Erfahrungen können wir die Grenzen bestimmen und Versagenswahrscheinlichkeit bestimmen.
Aus den Ergebnissen werden die technologischen Prozesse optimiert, die eingesetzten Werkstoffvolumina minimiert und Montagereihenfolgen geändert.
Typische Beispiele sind die Optimierung von LASER- Schweissbaugruppen, von mechanisch bewegten Systemen und die APG- Giessharzfertigung.
Das Bild zeigt die Verformung einer Zwischenwand ohne Versteifungen in einem geschottetem luftisolierten Schaltfeld 12kV-1250A-50kA für das Leistungsschalterfach im Störlichtbogenfall.