Elektrothermische Optimierung der Steuerringgeometrie für Überspannungsableiter

Abstract:
Eine simulationsbasierte Methode zur Optimierung von Feldsteuersystemen für Überspannungsableiter der Stationsklasse wird vorgestellt. Aufgrund der geometrischen Asymmetrie der Steuersysteme ist die Lösung des dreidimensionalen Feldproblems für solche Ableiter notwendig, was numerisch extrem aufwendig ist. Deshalb wird zuerst ein äquivalentes, achsensymmetrisches Ableitermodell, das die elektrische Feldbelastung entlang der Ableiterachse mit hoher Genauigkeit wiedergibt, entwickelt. Dazu wird im Modell eine virtuelle Elektrode eingefügt, deren Form und Position durch ein multiparametrisches Optimierungsverfahren bestimmt wird. Mithilfe dieser zweidimensionalen Ersatzmodelle, kann eine numerische Optimierung des Steuersystems für beliebige große Ableiterstrukturen effizient durchgeführt werden. Das Verfahren wird am Beispiel des IEC Standardableiters demonstriert. Die elektrothermische Auswertung des optimierten Ableiters zeigt, dass die Feld- und Temperaturverteilung in den Widerständen deutlich verbessert werden kann.