115-kV-Übertragungsleitung – Leiterdurchhang- und Schadensanalyse

Wiederkehrende Ausfälle einer regionalen 115-kV-Übertragungsleitung verlangten mehr als eine konventionelle Prüfung der Leitungsbelastbarkeit. Innerhalb des regionalen Engineering-Teams des Betreibers Celsia erstellte Gridradix in COMSOL Multiphysics ein gekoppeltes thermisch-elektromagnetisches Finite-Elemente-Modell des Leiterseils, um zu quantifizieren, wie Strombelastung, Umgebungsbedingungen und elektromagnetische Verluste Leitertemperatur und Durchhang bestimmen – und wo die daraus resultierenden Abstände und mechanischen Beanspruchungen die Schadenshistorie erklärten. Die Methodik wurde unter dem Titel „Thermal and Electromagnetic Impact on Conductor Sag in a 115 kV Transmission Line: A Finite Element Approach“ (CLEI-JCC-CHILECON 2025, Valparaíso, Chile) zur Begutachtung eingereicht.

1. 01

   Ursachenanalyse der Ausfälle an der 115-kV-Übertragungsleitung mittels Finite-Elemente-Modellierung in COMSOL Multiphysics.

2. 02

   Gekoppelte elektromagnetisch-thermische Simulation des Phasenleiters, die Joule- und Proximity-Verluste mit dem Temperaturfeld des Leiters unter realistischen Belastungs- und Umgebungsbedingungen verknüpft.

3. 03

   Bewertung von Leiterdurchhang und Bodenabstand in Abhängigkeit vom thermischen Zustand sowie der mechanischen Beanspruchungen an den Befestigungspunkten.

4. 04

   Korrelation des simulierten Hotspot- und Durchhangverhaltens mit den beobachteten Schadensorten und -ereignissen.

5. 05

   Normbasierte Bewertung des Blitzverhaltens der Leitung – Abschirmversagens- und Rückwärtsüberschlagsraten nach IEEE Std 1243 – berechnet mit eigenen MATLAB-Werkzeugen.

6. 06

   Dokumentation von Methode und Ergebnissen für die Veröffentlichung und für die Asset-Management-Entscheidungen des Betreibers.

Die Arbeit ersetzte Faustregel-Belastbarkeiten durch ein physikalisch fundiertes Bild davon, wie sich der Leiter im Betrieb tatsächlich erwärmt, durchhängt und versagt – und gab dem Betreiber eine belastbare Grundlage für Belastungsgrenzen und Verstärkungen sowie eine zur Begutachtung eingereichte Methodik, die auf andere Leitungen übertragbar ist.

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Systeme & Technologien

• 115-kV-Leitung
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• Thermisch-EM-Kopplung
• Leiterdurchhang
• IEEE Std 1243
• MATLAB
• Ursachenanalyse

Hinweise

Methodik eingereicht als: Thermal and Electromagnetic Impact on Conductor Sag in a 115 kV Transmission Line: A Finite Element Approach – CLEI-JCC-CHILECON 2025, Valparaíso.

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