Simulation und  Optimierung von Hochspannungsleistungsschaltern

Die Pfiffner Gruppe arbeitet an der Entwicklung eines neuartigen Hochspannungsleistungsschalters mit umweltfreundlichem Isoliergas für den Einsatz in Umspannwerken. Um einzelne Parameter des komplexen Systems optimieren zu können, soll ein 1D-Simulationsmodell entwickelt werden.

Simulation und Programmiersprache Python

Bei einem Leistungsschalter handelt es sich um ein komplexes, multiphysisches System, bei welchem viele Herstellungsparameter verändert werden können, ohne die Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit genau zu kennen. Deshalb kommen Software Tools zum Einsatz, die multivariate Optimierungsalgorithmen verwenden, um das grundsätzliche Design optimal zu gestalten. Üblicherweise kommt dabei 3D-CFD Simulationssoftware zum Einsatz, welche jedoch den Nachteil hat, dass sie zeitaufwändig ist. Eindimensionale Simulationsmodelle hingegen reduzieren den zeitlichen Aufwand deutlich, wodurch eine darauf basierende Optimierung schneller umsetzbar ist.

Es soll ein 1D-Simulationsmodell entwickelt werden, welches die massgeblichen Komponenten und deren Zusammenspiel hinreichend genau abbildet. Dieses Modell soll anschliessend dazu verwendet werden, die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems (z.B. Fähigkeit der Lichtbogenlöschung) unter Berücksichtigung verschiedener Systemparameter zu optimieren.

Das 1D-Simulationsmodell wurde unter Verwendung der Programmiersprache Python entwickelt. Die ersten Simulationsergebnisse zeigen, dass es möglich ist, mit einfachen Teilmodellen die Realität hinreichend genau abzubilden.

Im nächsten Schritt gilt es die einzelnen Modelle miteinander zu verknüpfen und mit den umfangreichen 3D Simulationen zu vergleichen. Wird eine zufriedenstellende Genauigkeit erreicht, gilt es mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen das Design basierend auf dem 1D Modell zu verbessern.