Ermittlung der elektrischen Mischfeldbelastung von Freiluftisolatoren in AC/DC-Hybridtrassen mittels 3D-FEM-Simulation

Abstract:
Die Parallelführung von Wechsel- und Gleichspannungsfreileitungen auf den gleichen Masten, sogenannte hybride AC/DC-Freileitungen, stellen potenziell eine vielversprechende Option dar, um den sich ändernden Anforderungen an das deutsche Stromnetz zu begegnen. Durch die kurze Distanz zwischen Wechsel- und Gleichspannungsleitern entstehen dabei elektrische Mischfeldbelastungen. Die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Isolatoren gilt es noch zu untersuchen. Zur Entwicklung adäquater Prüfstände sind Art und Amplitude der Mischfelder durch computergestützte Simulationen zu ermitteln. Basierend auf der Finite Elemente Methode (FEM) werden Berechnungen der elektrischen Mischfeldbelastung auf der Oberfläche von Freileitungs-Silikon-Verbundisolatoren durchgeführt. Um eine Bewertung der Simulationsergebnisse vornehmen zu können, werden sowohl Simulationen bei AC/DC-Hybridleitungskonfiguration als auch bei reiner AC-Konfiguration durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Isolatorschirme bei Mischfeldbelastung teilweise am stärksten belastet werden, im Gegensatz zum Isolatorstrunk im Fall reiner Wechselfeldbelastung. Hinsichtlich der Zusammensetzung der Mischfelder, d.h. der Verhältnisse der AC- und DC-Anteile, ergibt sich ein breites Spektrum. Das AC/DC-Verhältnis ist ebenso wie die Feldverteilung stark von der Mastkonfiguration und der Isolatorgeometrie abhängig.