TY - JOUR A1 - Sturm, Sebastian A1 - Paulus, Johannes A1 - Kempkes, Joachim T1 - Ermittlung der Widerstandsverluste in einem Energieseekabel mittels FEM JF - FHWS Science Journal N2 - Es werden die in Schirmung und Mantelung (Armierungsdrähte) auftretenden Verluste in einem Energieseekabel mit einem Leiterquerschnitt von 1200 mm2 mittels FEM simuliert und den nach IEC 60287-1-1 kalkulierten gegenübergestellt. Dabei wird zunächst die Kalkulation der Verluste nach IEC Norm aufgezeigt, anschließend der Aufbau und die relevanten Stoffeigenschaften des Simulationsmodells erläutert. Die anhand der FEM Simulation berechneten Verluste sind im Gesamten um etwa 25 % geringer als nach IEC Norm. In Armierungsdrähten betragen die berechneten Verluste lediglich ein Drittel der nach IEC Norm kalkulierten. KW - Electromobility KW - Energy Engineering KW - FEM Simulation KW - Energieseekabel KW - Widerstandsverluste Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:863-opus-433 VL - 1 IS - 2 SP - 79 EP - 87 CY - Würzburg ER - TY - CHAP A1 - Sturm, Sebastian A1 - Wirth, Isabell A1 - Paulus, Johannes A1 - Zink, Markus H. A1 - Küchler, Andreas A1 - Berger, Frank T1 - Transient dielectric simulation in time domain with FEM in comparison with circuit models T2 - XIX International Symposium on Theoretical Electrical Engineering, Ilmenau, 2017 Y1 - 2017 ER - TY - CHAP A1 - Wirth, Isabell A1 - Sturm, Sebastian A1 - Küchler, Andreas A1 - Zink, Markus H. A1 - Berger, Frank A1 - Schnitzler, Tim T1 - Berücksichtigung von Leitungs- und Polarisationsmechanismen in transienten FEM-Simulationen von HGÜ-Isoliersystemen T2 - VDE-Hochspannungstechnik 2018, Berlin N2 - The calculation of electrical field distributions in insulation systems for high voltage direct current (HVDC) transmission using the finite element method (FEM) usually only considers the dielectric properties in the form of permittivities and conductivities. Due to not sufficiently well simulated transient processes, state of the art is considering the polarization processes by equivalent network models. The application and implementation of polarization mechanisms in a FEM soft- ware closes this gap and allows calculating the electric field distribution more precisely. An implementation of additional differential equations, according to the RC-network model, describing the field dependent polarization mechanisms, are complementing the displacement and conduction current. Material equations and their parameters are determined by measuring the polarization and depolarization currents (PDC). These equations are necessary for both the RC-network models and the differential equations for the FEM. They can be adapted to the actual temperatures in the insulation system. Hence, the necessarily multidimensional electric field calculations of complex insulation systems with stationary or transient temperature-gradients are possible. The described calculation method is verified by reactionless fieldmill voltmeter measurements of transient voltage profiles at the grading foils of modified high voltage DC-bushings. A better accuracy is achieved for the simulation of transient and stationary potential distributions. N2 - Bei der Berechnung elektrischer Feldverteilungen in Isoliersystemen für die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) mit Hilfe der Finiten Elemente Methode (FEM) werden die dielektrischen Eigenschaften bisher meist in Form von Permittivitäten und Leitfähigkeiten berücksichtigt. Da die transienten Verläufe nicht ausreichend genau abgebildet werden, ist Stand der Technik die Polarisationsvorgänge exakter durch Netzwerkmodelle nachzubilden. Durch Implementierung von Polarisationsmechanismen in einem FEM-Programm wurde diese Lücke geschlossen und es können nun elektrische Feldverteilungen vor allem im transienten Zustand wesentlich präziser berechnet werden. In Analogie zum RC-Netzwerkmodell werden hierfür zusätzlich zu den Gleichungen, die die feldabhängigen Verschiebungs- und Leitungsströme beschreiben, weitere Differentialgleichungen eingesetzt, welche die ebenfalls feldabhängigen Polarisationsströme abbilden. Die Materialfunktionen und ihre Parameter werden durch Messung von Polarisations- und Depolarisationsströmen (PDC) ermittelt. Diese Gleichungen werden sowohl für die RC-Netzwerkmodelle als auch für die Aufstellung der Differentialgleichungen für die FEM benötigt. Sie können unmittelbar auf die am jeweiligen Ort im Isoliersystem herrschende Temperatur umgerechnet werden. Somit sind transiente elektrische Feldberechnungen auch für komplexe Isoliersysteme möglich, die sich nur durch mehrdimensionale FEM-Modelle abbilden lassen und in denen oftmals stationäre oder transiente Temperaturgradienten vorliegen. Das beschriebene Berechnungsverfahren wird durch die rückwirkungsfreie Messung transienter Potentialverläufe an den Steuerbelägen von entsprechend modifizierten kondensatorgesteuerten Hochspannungsdurchführungen verifiziert. Dabei kann eine höhere Übereinstimmung der transienten und stationären Potentialverläufe zwischen Simulation und Messung erzielt werden. Y1 - 2018 UR - https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=8576769 ER - TY - CHAP A1 - Koch, Myriam A1 - Hohloch, Jens A1 - Wirth, Isabell A1 - Sturm, Sebastian A1 - Zink, Markus H. A1 - Küchler, Andreas T1 - Experimental and simulative analysis of the thermal behavior of high voltage cable joints T2 - VDE-Hochspannungstechnik 2018, Berlin N2 - Nowadays, cable systems are often preferred when deciding on the type of new transmission lines even in the high and extra high voltage range. One of the main reasons is the better public acceptance. In addition, the power to be transmitted in the grid is increasing leading to increased ohmic losses and thus, to higher thermal stress on the materials. The investigations in this contribution focus on cable joints, which represent important and decisive components of cable systems. In order to optimize the design and to ensure reliable operation over the entire service life, the temperature profile within these components is of special interest. For their detailed investigation, a test circuit was set up consisting of a cable section and sections with build-up stages of a cable joint. A large number of measuring points were defined also at points where no measurement is possible in normal operation. With a thermographic camera the surface temperature distributions were observed. With the laboratory setup temperature profiles under various load conditions were recorded. A detailed FEM model was built and verified with help of these measurements. The model permits the investigation of specific questions of cable systems such as the comparison of temperature loads resulting from normal operating conditions and of test procedures according to the relevant standards. Besides others the effect of stressing the insulation and sealing system by heating the inner conductor vs. heating from outside by surrounding water is discussed. Y1 - 2018 UR - https://ieeexplore.ieee.org/document/8576752 ER - TY - CHAP A1 - Hopf, K. A1 - Wirth, Isabell A1 - Sturm, Sebastian A1 - Küchler, Andreas A1 - Zink, Markus H. A1 - Langens, Achim T1 - Temperature-dependent and anisotropic electrical conductivity of resin-impregnated paper T2 - Power and Energy Student Summit, Nürnberg, 2017 Y1 - 2017 ER -