Methoden der Netzwerkmodellierung von Transferfunktionen indirekter Blitzeffekte auf Grundlage numerischer Simulation in Zeit- und Frequenzbereich

Der Blitzschutz von Systemen mit elektrischer und elektronischer Ausrüstung ist geprägt von prinzipiell gut verstandenen und etablierten Schutzkonzepten [HWZ05]. In bestimmten Hochtechnologiebereichen, und hier ist speziell die Luftfahrtindustrie anzuführen, ist der Blitzschutz jedoch in den letzten Jahren wieder verstärkt in den Fokus von Entwicklung und Forschung gerückt. Dies ist maßgeblich mit der Einführung von Kohlefaserverbundstoffen verknüpft, welche vormals metallische Komponenten ersetzen. Mit dieser Ersetzung gehen mechanische und wartungstechnische Vorteile einher, aus elektrotechnischer Sicht folgen aus der Verwendung von Kohlefaserverbundstoffen aber verschlechterte Eigenschaften der Elektromagnetischen Verträglichkeit und des Blitzschutzes aufgrund verringerter elektrischer Leitfähigkeit. Innerhalb des Blitzschutzes wird zwischen direkten und indirekten Blitzeffekten unterschieden. Direkte Blitzeffekte beziehen sich auf direkte Wirkungen des Blitzstromes auf ein zu schützendes System und beinhalten thermische und mechanische Wirkungen [HWZ05]. Um kohlefaserbasierte Komponenten an blitzstromgefährdeten Positionen zu schützen, werden daher häufig metallische Schichten, etwa in Form von Kupfernetzen, in das Kohlefasermaterial einlaminiert. Dieser Schutz vor direkten Blitzeffekten wird im Folgenden nicht weiter betrachtet. Indirekte Blitzeffekte beziehen sich auf feldgebundene Wirkungen. Modelliert wird hier üblicherweise ein Blitzstrom als Störquelle, der entweder über das zu schützende System fließt oder einen elektromagnetischen Puls auslöst, und eine an einer Störsenke definierte Störspannung. Blitzströme und dadurch induzierte Störspannungen sind über elektromagnetische Feldwirkungen verknüpft und ihre Verhältnisse definieren Transferfunktionen indirekter Blitzeffekte, deren numerische Bestimmung im Folgenden beschrieben wird. Dazu geeignete Vorgehensweisen sind prinzipiell bekannt [ADG08], doch treten in der Praxis oftmals numerische Schwierigkeiten auf, die durch die vergleichsweise lange Dauer und dem damit verbundenen niederfrequenten Spektrum der Blitzanregung begründet sind. Im Folgenden dieses Beitrages werden Leitlinien formuliert, um mit bestehenden numerischen Feldberechnungsverfahren die für die EMV relevanten Transferfunktionen indirekter Blitzeffekte berechnen zu können. Dazu werden zunächst in Abschnitt 2 die diesen Berechnungen innewohnenden Schwierigkeiten erläutert und eine analytische Lösung zur Impedanzberechnung von streifenförmigen Leitern als Benchmarktest für numerische Feldberechnungsprogramme vorgeschlagen [GH13]. Darauf aufbauend wird in Abschnitt 3 die Makromodellierung von Blitztransferfunktionen beschrieben und weiterhin ein adaptives Verfahren skizziert [DPD09, AG11], welches die Berechnungsdauer von Zeitbereichsverfahren durch die Wahl geeigneter Anregungsverfahren deutlich verkürzen kann

Elektromagnetische Verträglichkeit emv : Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit : Düsseldorf, 11.-13.03.2014

Proceedings der EMV 2014

Beschreibung der Elektroenergiequalität an der Schnittstelle zwischen Elektroenergieversorungsnetz und Elektroenergieabnehmer

Description of power quality at the interface between energy supplier and customer A non-optimal power quality can lead to substantial costs in industrial processes. Therefore the availability and quality of power supply have to be adapted to the necessity of the supplied industrial and technological processes. However, reality looks differently. Problems with power quality increased in the last years. A reason for this trend is also the more and more liberalized energy market, where the number of for example converter-fed drives or sensitive loads, like computer networks, increased substantially. These factors have been contributing e.g. to a sharp increase of harmonics in power supply. Therefore it's absolutely necessary to involve the aspects of power quality into the planning and engineering process. The indicators of power quality like harmonics, voltage dip, flicker etc. have to be determined under the aspect of operation of equipment and processes under a risky nonconformist way. Therewith and also by use of mathematical/numerical models of equipment, processes and electrical network as well one has the chance to describe the complete planning, engineering and running process under the aspects of the electromagnetic compatibility (EMC). The level of power quality of the power supply versus to its loads is the obligatory benchmark of all partners within the same power network and necessary to guarantee a quality-conform, reliable and safe production process. Five examples show how the effect of power quality in order to integrate the results into the engineering and/or planning process of electrical equipment and power supply networks has to be analysed. Furthermore it is shown how a customer can use the results to optimize his power supply structure under a minimum risk related to the process or product and also under the point of view to reduce investments.Beschreibung der Elektroenergiequalität an der Schnittstelle zwischen Elektroenergieversorgungsnetz und Elektroenergieabnehmer Verstärkt wird in der Industrie sichtbar: eine nicht optimal verfügbare elektrische Energie (EE) kann zu erheblichen Kosten führen; denn nur mit einer optimalen Verfügbarkeit und Qualität der EE, d.h. seiner Elektroenergiequalität (EEQ) ist die Produktion und deren Steuerung gesichert. Doch die Realität sieht anders aus. So hat das Problem der Qualität der EE in den letzten Jahren zugenommen. Der Markt für EE ist offen und der industrielle Elektroenergieverbraucher muss erkennen, dass es gilt den Fokus auf die weitere Entwicklung der Elektroenergieverbraucher, respektive deren verstärkten Einsatz als sensible Verbraucher, beispielsweise Rechnernetze, zu setzten. Folglich ist es absolut notwendig, die Aspekte der Elektroenergiequalität in den Planungs- und Betriebsprozess mit einzubeziehen. Die Kenngrößen der Elektroenergiequalität, wie Oberschwingungen, Spannungseinbrüche oder –senkungen, Flicker, etc., müssen durch ein geeignetes Verfahren, als Vorgehensweise unter dem Aspekt des Risikos eines nichtkonformen Betriebs von Anlagen am Netz, ermittelt werden. Die notwendige Anforderung an ein solches Verfahren, die daraus hervorgehende mathematische und numerische Modellbildung, ist Grundlage der Beschreibung der Betriebsmittel der Netze und der Abnehmer unter Gesichtspunkten der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Die Quantität der EMV, gesehen als Elektroenergiequalität einer Vielzahl von Verbrauchern im Elektroenergiesystem, ist der obligatorische Benchmark zwischen allen Partnern im selben Netzverbund. Es gilt dem/den Elektroenergieverbraucher(n) einen qualitätskonformen, d.h. notwendigen und zugleich sicheren Produktionsprozess zu garantieren. Fünf Beispiele zeigen, wie man die Wirkung der Elektroenergiequalität analysiert, und die Ergebnisse im Technik- und/oder Planungsprozess von elektrischen Anlagen und Ausrüstungen (Elektroenergieabnehmer) zum Elektroenergieversorgungsnetz hin integriert. Des weiterem wird gezeigt, wie ein Verbraucher die Ergebnisse benutzen kann, um seine Elektroenergieversorgungsstruktur unter dem minimalen Risiko funktionaler Störung zum Prozess und/oder Produkt (Investment) zu optimieren

Abhängigkeit der Exposition von der Zellgröße beim Mobilfunk unter Gewährleistung der Versorgung

In dieser Arbeit wird der Einfluss der Zellgröße beim Mobilfunk auf die Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern untersucht. Die Ermittlung der Exposition erfolgt im Rahmen einer Funknetzplanung. In einem neuartigen Ansatz wird hierbei die Funkfelddämpfung für die Versorgung von der Funkfelddämpfung für die Exposition differenziert. Das entwickelte Modell wird auf verschiedene Wellenausbreitungsmodelle und Zellstrukturen angewandt und die Resultate diskutiert