Überspannungsschutz und effizientere Simulationen

Ende September treffen sich die deutschen Funktechnik-Forscherinnen und Forscher im bayrischen Miltenberg. Die deutsche Sektion der International Union of Radio Science (französisch: Union Radio-Scientifique Internationale, U.R.S.I.) möchte mit dieser Konferenz den Vertreterinnen und Vertretern der verschiedenen Fachdisziplinen – von Elektromagnetischen Feldern und Wellen, über Telekommunikation zu den zugehörigen Systemen und Komponenten bis hin zur Signalverarbeitung – die Möglichkeit geben, ihre Forschungsarbeiten zu präsentieren und Erkenntnisse auszutauschen.
Besonderen Wert legen die Veranstalter der dreitägigen Konferenz auf die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses und verleihen deshalb mehrere Preise, in diesem Jahr mehrere „Young Scientist Awards“ sowie den mit ersten, zweiten und dritten Platz versehenen „Best Paper Award“.

Yvonne Späck-Leigsnering ist Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Forschungsgruppe „Gekoppelte Probleme“ von PD Dr. Erion Gjonaj am Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder (TEMF) bei Prof. Dr De Gersem und erhielt auf der Kleinheubacher Tagung der U.R.S.I den „Young Scientist Award“. Felix Wolf, ebenfalls Wissenschaftlicher Mitarbeiter des TEMF in den Forschungsgruppen von Prof. Dr Sebastian Schöps und Prof. Dr Stefan Kurz, erhielt sowohl einen „Young Scientist Award“ als auch den ersten Platz des „Best Paper Award“.

Netzausbau durch Energiewende: Überspannungsschutz wichtige Rolle

Späck-Leigsnering bewegt sich in ihrer Arbeit „Field Grading System Optimization of Station Class Surge Arresters“ an der Schnittstelle von computergestützter Elektrodynamik und Hochspannungstechnik. So kooperiert sie eng mit Prof. Dr Hinrichsen, Leiter des Fachgebiets Hochspannungstechnik an der TU Darmstadt.

Im Rahmen der deutschen Energiewende wird derzeit der Um- und Ausbau der Netze stark forciert. Hier spielen Überspannungsableiter als Schutzgeräte eine wichtige Rolle, um Schäden durch Überspannungen zu verhindern. Die Preisträgerin entwickelte eine simulationsbasierte Methode zur Optimierung des Feldsteuersystems für solche Überspannungsableiter, indem sie zunächst ein neuartiges Modell der Feldbelastung entwickelte. Hierzu wird in ihrem Modell eine virtuelle Elektrode eingefügt, deren Form und Position durch ein multiparametrisches Optimierungsverfahren bestimmt wird. Mit Hilfe dieses vereinfachten Modells kann eine numerische Optimierung des Steuersystems für beliebig große Ableiterstrukturen effizient durchgeführt werden. In ihrer Arbeit konnte sie zeigen, dass sich die stationäre Feld- und Temperaturverteilung dadurch signifikant verbessern lässt.

Effizientere Simulationen durch CAD

Felix Wolf erhielt seine Preise für die Abhandlung „Isogeometric Discretisations of the Electric Field Integral Equation“. Bei herkömmlichen Simulationsverfahren wird die Geometrie durch Dreiecke und Tetraeder angenähert. Hierdurch werden Rundungen oder andere Formen nicht genau wiedergegeben; es kommt zu geometrischen Fehlern im Computermodell. Klassischerweise begegnet man diesem Phänomen, in dem man das Netz aus Dreiecken immer mehr weiter verfeinert und nimmt den damit verbundenen erhöhten Rechenaufwand in Kauf.

In seiner Arbeit umgeht Wolf dieses Problem und schlägt vor, Simulationen direkt auf der exakten Geometrie zu rechnen. Diese exakten Geometriebeschreibungen werden durch Computer Aided Design (CAD)-Programme bereitgestellt. So ermöglicht die Methode nicht nur präzisiere Berechnungen, sondern rückt die Elemente der Ingenieurwissenschaft und des Designs enger zusammen, da Simulationsroutinen unmittelbar in den Designprozess integriert werden können.