Betriebsmittel bei Gleichspannungsbelastung

Die Übertragung elektrischer Energie über weite Entfernungen erfolgt aus technischen und wirtschaftlichen Gründen mittels Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ). Um die in der Nordsee durch Offshore-Windenergieanlagen erzeugte elektrische Energie zu den Verbrauchszentren im Süden zu übertragen, wird diese Technologie in den nächsten Jahren auch in Deutschland eingesetzt werden. Bei Gleichspannungsbelastung kommt es in den Isoliersystemen von Betriebsmitteln zur Akkumulation von Raumladungen, die in Verbindung mit kritischen Spannungs-belastungen (z. B. Polaritätswechsel und Stoßspannungen) zu unzulässig hohen elektrischen Beanspruchungen führen können. Ziel der Untersuchungen ist die Quantifizierung der auftretenden Phänomene unter Berücksichtigung der Werkstoffeigenschaften und deren Auswirkung auf den elektrischen Feldverlauf in Isoliersystemen und somit auf das Isoliervermögen von HGÜ Betriebsmitteln.


Ansprechpartner für weitere Informationen: Dipl.-Ing. Thomas Wendel, Shiliang Zhao, M.Sc.

Isolierwerkstoffe mit nanoskaligen Füllstoffen (Nanokomposite)

Durch den Einsatz geringer Mengen (< 10 Gew.-%) nanoskaliger Füllstoffe können die elektrischen und dielektrischen Eigenschaften polymerer Isolierwerkstoffe gegenüber den Eigenschaften ungefüllter und mit einem großen Anteil (ca. 50 Gew.-%) mikroskaliger Füllstoffe gefüllter Werkstoffe verbessert werden. Die Ursache dafür wird in einem räumlich ausgedehnten Wechselwirkungsgebiet gesehen, welches sich zwischen der Polymermatrix und den Füllstoffpartikeln ausbilden kann und als Interphase bezeichnet wird. In nanoskalig gefüllten Werkstoffen, sog. Nanokompositen, kann der Volumenanteil der Interphase aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche nanoskaliger Füllstoffpartikel bereits für geringe Füllgrade so groß sein, dass die Eigenschaften der Interphase die Eigenschaften des gesamten Werkstoffes bestimmen.
Zur Beschreibung der Interphase existieren unterschiedliche Modellvorstellungen. Im Rahmen eigener Forschungsarbeiten konnte mit Hilfe der elektrostatischen Kraftmikroskopie die Interphase erstmalig sichtbar gemacht und ihre räumliche Ausdehnung bestimmt werden. Ziel der Forschung ist es, die Interphase mit geeigneten Methoden hinsichtlich ihrer elektrischen und chemischen Eigenschaften zu charakterisieren. Mit Hilfe speziell hergestellter Werkstoffe mit räumlich ausgedehnter Interphase soll geklärt werden, welche Faktoren die Ausbildung einer Interphase um nanoskalige Füllstoffe beeinflussen.

Ansprechpartner für weitere Informationen: Annika-Sophie Rempe, M.Sc., Marlene Stuefer, M.Sc.

Neuartige Isoliergase für gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen

Als Isolier- und Lichtbogenlöschmedium in gasisolierten metallgekapselten Schaltanlagen und Leistungsschaltern hat sich seit vielen Jahren Schwefelhexafluorid (SF6) bewährt. Ein wesentlicher Nachteil dieses Isoliergases besteht jedoch in seinem hohen Treibhauspotential (global warming potential, GWP), weshalb weltweit nach klimaneutraleren Alternativen gesucht wird. Vielversprechende grundsätzlich geeignete Gase, die mit SF6 vergleichbare dielektrische Eigenschaften aufweisen, können wegen ihres hohen Taupunkts nur als Teil eines Gasgemisches mit Trägergasen eingesetzt werden und sollen hinsichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften untersucht werden. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wird die elektrische Festigkeit an für die Hochspannungstechnik typischen Modellanordnungen untersucht. Besonders interessieren dabei der Vergleich verschiedener Gasgemische und Elektrodenanordnungen, das Verhalten bei Teilverflüssigung und die Modellierung der Entladungsentwicklung.

Ansprechpartner für weitere Informationen: Johannes Deschler, M.Sc., Michael Peiß, M.Sc., Zi Wang, M.Sc.

Teilentladungsanalyse bei Gleichspannungsbelastung

Elektrische Teilentladungen sind Ausdruck der Überbelastung elektrischer Isoliersysteme.  Die messtechnische Erfassung und die Analyse von Teilentladungen sind empfindliche Diagnosewerkzeuge und bilden eine wesentliche Grundlage für die Zustandsbewertung hochspannungstechnischer Betriebsmittel. Während sich bei Wechselspannungsbelastung aus der Phasenlage der Teilentladungsereignisse zur Prüfspannung Hinweise auf die Art des Fehlers im Betriebsmittel ableiten lassen, fehlt bei Gleichspannungsbelastung ein solcher Phasenbezug. Um die Teilentladungsdiagnose auch bei Gleichspannungsbelastung anwenden zu können, müssen daher neue Methoden der Teilentladungsanalyse entwickelt werden.
Ziel der Forschung ist die Klärung der bei Teilentladungen unter Gleichspannungsbelastung wirksamen physikalischen Mechanismen, deren Nachbildung durch ein Modell und  daraus abgeleitet die Entwicklung geeigneter Methoden der Teilentladungsanalyse einschließlich der Messtechnik. Die Untersuchungen werden für unterschiedliche Isoliersysteme an repräsentativen Prüfkörpern mit definierten Fehlstellen durchgeführt.

Ansprechpartner für weitere Informationen: Lucas Höfer, M.Sc.