Untersuchung der Hautwirkung auf Koaxialkabel

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1 Untersuchung der Hautwirkung auf Koaxialkabel Koaxialkabel beschreiben eine Art von Kabeln, die einen Innenleiter aufweist, der von einem Isolator umgeben ist, der von einer anderen Schicht aus Leiter- und Isolatorkombination umgeben ist. Der Vorteil von Koaxialkabeln besteht darin, dass das elektromagnetische Feld nur im Raum zwischen dem Innen- und Außenleiter vorhanden ist und daher ohne Metallverlust neben Metallobjekten installiert werden kann. Eine Beispielanwendung für Koaxialkabel ist als Übertragungsleitung für Hochfrequenz- und Kabelfernsehsignale. Dieses Forschungsthema untersucht das Verhalten der Stromdichte im Kabelkern bei DC und AC mit unterschiedlichen Frequenzen (50 Hz, 5 khz). DC AC 50 Hz AC 5 khz Die obigen Figuren zeigen die Stromdichte im Inneren des Koaxialkabels. Aufgrund seiner homogenen Verteilung ist der Skineffekt sichtbar, der die Tendenz eines in der Nähe der Oberfläche eines Leiters zu verteilenden Stromes beschreibt, für den Gleichstrom nicht vorhanden ist. Der Skineffekt wird bei AC-50-Hz sichtbar, wobei die Stromdichte an der Außenfläche des Koaxkabels höher ist. Je höher die AC-Frequenz, desto deutlicher wird der Skineffekt wie in der dritten Figur gezeigt. Vergleich DC zu AC-50-Hz Vergleich DC zu AC-5-Hz Die obigen Diagramme zeigen einen geometrischen Vergleich der Stromdichte zwischen DC und AC50-Hz und DC bis AC-5-kHz. Es zeigt sich, dass der Skineffekt einen geringen Einfluss auf die Stromdichte bei AC-50-Hz hat, aber bei AC-5-kHz ein beträchtlicher Faktor wird. Unabhängig von der Chartlaufung bleibt der Bereich unterhalb der Graphen, der den Strom repräsentiert, konstant.

2 Simulation einer 110 kv Hochspannungskabelhülse Hochspannungskabelhülsen sind aus Silikonkautschuk gefertigt und dienen zur Isolierung von Hochspannungs-Kabelgelenken und steuern das auftretende elektrische Feld. Dieses Forschungsthema untersucht das Verhalten des elektrischen Potentials und der Feldstärke mit einer Simulationssoftware FEM (Finite-Element-Methode). In der Simulation wurden die Materialeigenschaften von Kunststoffen für Hochspannungsanwendungen, relative Dielektrizitätskonstanten und spezifische elektrische Leitfähigkeiten verwendet. Elektrisches Potential Elektrische Feldstärke Elektrische Feldstärkenvergrößerung Die Simulationen zeigen eine homogene Verteilung des elektrischen Potentials und der Feldstärke. Weiterhin wurde eine Vergrößerung eines Abschnitts der Hochspannungshülse hergestellt, um eine genauere Verteilung der elektrischen Feldstärke zu zeigen und wie die Form der Hochspannungshülse beeinflusst wird.

3 Oberleitung Freileitungen werden in der elektrischen Energieübertragung und -verteilung verwendet, um elektrische Energie in langen Entfernungen zu übertragen. Freileitungsleitungen kommen je nach Übertragungsstrecke und Spannungsniveau in verschiedenen Strukturen und verwenden Aluminiumleiter-verstärkte (ASCR) Kabel als Leiter. Dieses Forschungsthema untersucht die Haut- und Näherungseffekte in einem stromführenden Leiter mit einer Simulationssoftware FEM (Finite-Element-Methode) für eine Freileitung mit unterschiedlichen Bündelanordnungen und unterschiedlichen Frequenzen. 4 bündeln 50 Hz 4 bündeln 5 khz 6 bündeln 50 Hz 6 bündeln 5 khz 8 bündeln 50 Hz 8 bündeln 5 khz Die obigen Figuren zeigen die Magnetfeldverteilung für drei verschiedene Bündelanordnungen bei unterschiedlichen Frequenzen. Es kann gezeigt werden, dass der Haut- und Proximitätseffekt bei höherer Frequenz deutlicher ist.

4 Stromdichte 4 bündeln Stromdichte 6 bündeln Stromdichte 8 bündeln Die obigen Diagramme zeigen die Stromdichte für die verschiedenen Bündel mit einem Vergleich zwischen AC-50-Hz und AC-5-kHz. Die durchgeführten Simulationen zeigen, dass die Stromdichte bei höherer Frequenz deutlich höher ist. Die Diagramme zeigen auch, dass die Stromdichte am Außenteil des Leiters im Vergleich zum Innenteil um ein Vielfaches höher ist. Graphit Funkenspalt Funkenstrecke ist ein altes Hochspannungsmessgerät und kann als Hochspannungsschalter eingesetzt werden. Es besteht aus einer Anordnung von zwei leitenden Elektroden, die durch einen mit Gas gefüllten Spalt getrennt sind. Wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden die Durchbruchsspannung des gasgefüllten Spalts übersteigt, bildet sich ein Funken, der das Gas ionisiert und seinen elektrischen Widerstand drastisch reduziert. Dadurch kann ein Strom durch die Elektroden fließen, bis der Weg des ionisierten Gases gebrochen ist oder der Strom unter einen Minimalwert reduziert wird. Dieses Forschungsthema untersucht die Simulation einer Hochspannungs-Graphit-Funkenstrecke für Blitzimpulse und Stoßstromanwendungen.

5 Graphit Funkenspalt Die Funkenstrecke, wie in der obigen Abbildung zu sehen, hat ein geometrisches Rogowski- Profil. Dieses Profil garantiert ein homogenes elektrisches Feld zwischen den Elektroden der Funkenstrecke unter Berücksichtigung des Spaltabstandes und des Durchmessers der Elektroden. Electrical potential Electrical field strength Electrical field strength enlargement Die obigen Figuren zeigen die simulierte Graphit-Funkenstrecke hinsichtlich ihres elektrischen Potentials und ihrer Feldstärke. Es ist ersichtlich, dass die obere Elektrode der

6 Funkenstrecke ein hohes elektrisches Potential aufweist, während die untere Elektrode ein geringes elektrisches Potential aufweist. Darüber hinaus visualisiert die Simulation die homogene elektrische Feldstärke zwischen den Elektroden. Eine Vergrößerung der oberen Elektrode zeigt Spitzen der elektrischen Feldstärke an Positionen, an denen sich zwei unterschiedliche Materialien treffen.