Analyse der Stromtragfähigkeit von Hochspannungsgleichstromdurchführungen mittels thermisch-elektrisch gekoppelter Analysen

Zur langfristigen Sicherstellung unserer Energieversorgung aus regenerativen Energiequellen können sowohl Projekte beitragen, bei denen Sonnenenergie aus sonnenreichen Wüstenregionen als auch bei denen Windkraftanlagen in windstabilen Regionen genutzt werden. Charakteristisch für beide Arten der Energienutzung sind allerdings große Distanzen zwischen Erzeuger und Verbraucher. In der Stromübertragung mittels Hochspannungsgleichstromübertragung, welche dabei zum Einsatz kommt, sind die hierzu benötigten Übertragungssysteme an ihren jeweiligen Schwachstellen, an den Grenzen der aktuellen technischen Möglichkeiten angelangt. Eine dieser Komponenten sind die sogenannten Hochspannungsdurchführungen, die die Trennung zwischen einem stromführendem Leiter und einem geerdetem Bauteil bilden, wobei diese derzeit, aus thermischen Gründen, die begrenzende Komponente der gesamten Übertragungskette sind. Im Rahmen dieser Arbeit werden die relevanten Phänomene in und an Hochspannungsdurchführungen experimentell und analytisch untersucht, durch Gleichungen beschrieben und diese in gekoppelten Simulationsmodellen umgesetzt. Die für diese Arbeit genutzten und erweiterten Solver wurden, sowohl anhand von analytischen Lösungen, als auch von veröffentlichten Literaturdaten und eigens errichteten Versuchsaufbauten, verifiziert. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurden fünf Versuchsaufbauten genutzt. Durch diese wird sichergestellt, dass eine experimentelle Absicherung der gesamten Kette der phänomenologischen Effekte in ihrer Kopplung vorliegt. Als Ergebnis liefert die vorliegende Arbeit ein verifiziertes Berechnungssystem, welches das gekoppelte elektrisch - thermische - strömungs-mechanische Verhalten von Hochspannungsdurchführungen voraussagen kann.