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Hallo,

ich möchte ein Hochspannungskabel (Querschnitt, 2D) auf sein Kurzschlussverhalten hin simulieren.
Dabei ist das thermische Verhalten zu untersuchen.
Das Kabel hat in der Mitte ein Edelstahlröhrchen für Glasfaserleitungen und um dieses Röhrchen herum sind sechs
Leitungen aus Alu-ummantelten Stahl.

Mein Problem ist nun, dass ich die Stromverdrängung (50 Hz) einerseits nicht hinkriege und andererseits
nimmt ansys den Befehl "bfe,js," nicht an. Ansys will, dass "f,amps," statt dessen verwendet wird. Der F-Befehl
ist für mich sehr ungeeignet, da ich sonst bei meiner variablen Geometrie die Stromstärke auf die ständig ändernde
Anzahl der Knoten aufteilen müsste.

Für eure Ideen und Vorschläge wäre ich sehr froh.

Danke.

Hierzu habe ich folgendes Macro geschrieben (Auszug):

et,1,plane13,6
.(Geometrie, Materialeigenschaften,usw)
.
.
amesh,all
/solu
lsel,s,radius,,r1
lsel,a,radius,,r5
lsel,a,radius,,r9
dl,all,,asym
alls
/solu
cp,1,volt,all
bfe,all,js,,,100.7e6
alls
finish
/prep7
couple
stat
finish
/solu

ftime=1
tinc=0.05
time=0
delt=0.01
emunit,mks
/solu
antype,harmic
harfrq,50
physics,write,emag
finish
/prep7
lsclear,all
cpdele,1
et,1,55,2
finish
/solu
antype,trans
toffst,273
tunif,21
cnvtol,heat,1
kbc,1
trnopt,full
tintp,,,,1.0
autots,on
deltim,1e-5,1e-6,delt,on
outres,all,1
sf,all,conv,23,21
physics,write,thermal
finish
*do,i,1,ftime/tinc
time=time+tinc
physics,read,emag
/solu
*if,i,eq,1,then
tunif,21
*else
ldread,temp,last,,,,,rth
*endif
solve
finish
physics,read,thermal
/assign,esav,therm,esav
/assign,emat,therm,emat
/solu
*if,i,gt,1,then
antype,trans,rest
*endif
time,time
ldread,hgen,,,,2,,rst
solve
finish
/assign,esav
/assign,emat
*enddo
finish

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Der vereinbarte Elementtyp ist dafür entscheidend, ob bfe,... oder f,...
zur Stromvorgabe dient.

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Haben Stromverdrängungseffekte bei 50 Hz wirklich einen solchen Einfluss, dass sie unbedingt berücksichtigt werden müssen?
Ansonsten würde das sehr viel einfacher gehen.

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Hi,

wie gross ist der Durchmesser der einzelnen Drähte? Denn bei 50Hz und Stahl hat man ungefähr eine Eindringtiefe von  1.5mm(bei RT) und bei Durchmessern die im Bereich der Eindringtiefe liegen, spielt die Stromverdrängung keine entscheidende Rolle(bei hohen Temp. geht das ganze auf über 20mm).

Die Umrechnung von BFE auf F Vorgaben sollte mit der Kenntnis der Strombeaufschlagten Fläche/Volumens lösbar sein. 

MfG
Wally

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Institut für Automation
Montanuniversität Leoben

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Hallo,

der Durchmesser je Leiter beträgt 3,6 mm (Gesamtquerschnitt 61,07 qmm). In vorhergehenden Diplomarbeiten (2000, ansys 5.3) wurde festgestellt, dass es bis zu 50°C Temperarurunterschied gibt, wenn die Stromverdrängung berücksichtigt wird. Diese Ergebnisse stimmten mit den praktischen Versuchen nahezu überein. Leider ist die Dokumentation nicht detailliert genug und es existiert keine .log Datei.

Das Problem mit F ist, dass bei anderer Geometrie die Knotenzahl sich ändert, somit auch die Stromstärke pro Knoten. Das kann ich nicht variabel programmieren.

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Also prinzipiell kann man glaube ich bei einer gesamt Erwärmung(ich hab das so verstanden) von 50°C das ganz unabhängig voneinandern berechnen ->kein mehrmaliges Berechnen der Elektromagnetischen Seite

Wenn ich mich nicht ganz täusche werden für das Stromverdrängungsproblem alle Knoten eines Leitungsquerschnittes gekoppelt(Volt)und dann an einem Knoten mit dem Leiterstrom beaufschlagt (=Querschnitt x Stromdichte). Es ist also nicht nötig die Knotenzahl zu wissen (was übrigens mit *get,nn,node,,count ganz einfach geht).

Es ist auch noch zu erwähnen, dass bei Stromverdrängungsproblemen ein Mapped Meshing in den Stromführenden Teilen zu bevorzugen ist. Weiters sollten mind. 5 Elemente in der Eindringtiefe liegen. Näheres zu solchen Problemen findet man in FEM für Praktiker Band 4.

MfG
Wally

------------------
Institut für Automation
Montanuniversität Leoben

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Hallo Wally,

erstmal Danke. Der Gedanke, dass durch die Kopplung der Spannung nur auf einen Knoten der Strom aufgeprägt wird, ist gut. Ich habe leider immer noch die falsche Temperatur als Ausgabewert (T=507°C statt 178°C).

Die Stromverdrängung versuche ich mit "Flux parallel on lines" zu realisieren, indem ich die Aussenlinien des Gesamtkabels selektiere und mit "dl,all,,asym" Randbedingungen definiere. Leider weiss ich nicht wie ich die Aussenlinien ohne graphical picking (lsel,s,p) selektieren kann. Es gibt keine Regelmässigkeit in der Nummerierung der Linien (durch "aovlap" zuvor ist die Nummerierung durcheinander geraten). Vielleicht hast du eine Idee hierfür.

Mit freundlichen Grüssen

lump

 

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Das interressiert mich. Von einem solchen Temperaturunterschied möchte ich mich gern überzeugen. (Für eine Messung kann man ja die Stromverdrängung nicht einfach abschalten.)  Deshalb bitte die Angabe der Leiterabmessungen vom Stahlkern und von der Aluminium-Ummantelung. Sind das wirklich Rundleiter?

Die hohe Temperatur kommt dadurch, dass der Strom mehrfach (an jedem Knoten) eingespeist wird. (Das ist nicht in Ordnung, worauf Wally bereits hingewiesen hat.)

Die erläuterten Randbedingungen für die Berücksichtigung der Stromverdrängung sind nicht in Ordnung. Die Problematik der Stromverdrängung sollte separat an einem einzelnen Leiter vorab untersucht werden. (Dazu bite ich meine Hilfe an, wenn die Abmessungen vorliegen.)

Eine wechselweise Berechnung (Wally hat schon darauf hingewiesen) wäre nur nötig, wenn die Widerstandserhöhung durch Temperaturerhöhung berücksichtigt werden muss. (Vermutlich sollte das aber hier nötig sein, um den Messergebnissen näher zu kommen.)

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Hallo wosch,

der Durchmesser pro Leiter beträgt lt. Datenblatt 3,6 mm.
Angaben zur Dicke der Alu-Ummantelung habe ich keine. Ich habe sie von einer Skizze abgemessen und mit 0,2 mm festgelegt.
Es sind Rundleiter so wie auf der Seite von der Firma nkt-cables in Köln.

Die hohen Temperaturen kommen trotz Kopplung der Spannung und Aufprägen des Stromes auf ein Knoten (f,1,amps,4350) zustande.
Die Ursache könnte woanders liegen,nur wo weiss ich nicht.

Für die Stromverdrängung verwende ich eine harmonische Analyse dessen Ergebnisse gespeichert werden und für die transiente Temperaturanalyse herangezogen werden (siehe oben *do-Schleife).
Randbedingung ist Flux parallel on lines (Aussenlinien des Kabels), damit die Feldlinien nicht ins unendliche gehen.

Mit freundlichen Grüssen

lump

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Ist das ernst gemeint mit dem Strom von 4350 A?
Das ist eine Stromdichte von 70 A/qmm und die hätte ich nur im Havariebetrieb erwartet.
Bei einer solchen Stromdichte käme aber das Eisen in die Sättigung und man kann dann nur mit my_rel=1 rechnen und dann sind keine Stromverdrängungseffekte zu erwarten.
(Das Kabel habe ich beim schnellen Suchen auf der Firmenseite nicht gefunden.)

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Als Anregung:
Ein Beispiel für die Temperaturberechnung eines Kabels findet man in diesem Forum unter  http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum101/HTML/000582.shtml

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Sorry, habe vergessen zu erwähnen, dass ich das Kurzschlussverhalten von HS-Kabeln simulieren möchte.

Ich habe jetzt ein paar Anregungen die ich umsetzen werde.

ich melde mich bei Erfolg bzw. Misserfolg

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Hallo,

hat jemand eine Idee wie ich eine grosse Fläche, die über vielen kleinen Flächen liegt, mit diesen überlappe (aovlap,all), ohne die Materialeigenschaften (Mat.-Nr.) der kleinen Flächen verliere?

Danke!

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