2002 - 2003 - Fachgebiet Hochspannungstechnik

Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik 

Fachgebiet Hochspannungstechnik 

Schering-Institut 

Universität Hannover 

UNIVERSITÄT 

HANNOVER 

2002 - 2003

Anschriften: 

Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik, 

Fachgebiet Hochspannungstechnik - Schering-Institut - 

Universität Hannover 

Callinstraße 25 A 

30167 Hannover 

Telefon: 0511/762-2703 

Telefax: 0511/762-2726 

E-Mail : schering@si.uni-hannover.de 

WWW: http://sun1.rrzn.uni-hannover.de/schering 

Zum Institut gehörige zusätzliche Gebäudeteile: 

Mehrzweckgebäude, 9. Etage, Appelstraße 9 A 

Parkhaus, Nienburger Straße 17

Mitarbeiter des Schering-Instituts (von links): 

Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein Borsi, M.Sc. Alireza Akbari, Dipl.-Ing. Ralf Kotte, 

Dr.-Ing. Xiang Zhang, Dipl.-Ing. Mohsen Farahani, M.Sc. Amir Abbas Shayegani Akmal, 

Prof. Dr.-Ing. Ernst Gockenbach, Mark Reichelt, Dipl.-Ing. Bartlomiej Dolata, 

Wladimir Simon, Dipl.-Ing. Volker Wasserberg, Dr.-Ing. Claus-Dieter Ritschel, 

Lore Bellgardt, M.Sc. Omar Hasan, Dipl.-Ing. Klaus Hackemack, M.Sc. Victoria Lopez, 

M.Sc. Morteza Ehsani, M.Sc. Ali Reza Setayeshmehr, Karl-Heinz Maske, Erich Semke, 

Dipl.-Ing. Janusz Szczechowski, Dipl.-Ing. Mark Reuter, Dipl.-Ing. Nassir Abedi

Liebe Freunde des Schering-Instituts, 

mit diesem Heft möchten wir über die Forschungsarbeiten und Ereignisse der Jahre 2002 und 

2003 aus dem Fachgebiet Hochspannungstechnik des Instituts für Energieversorgung und 

Hochspannungstechnik berichten. 

Die Forschungsarbeiten auf den bereits seit vielen Jahren mit gutem Erfolg bearbeiteten 

Gebieten feste und flüssige Isolierstoffe, Hochspannungsmesstechnik insbesondere 

Teilentladungsmesstechnik, Behandlung von Transformatorenisolierungen, Monitoring und 

Diagnose einschließlich der Lebensdauerabschätzung von gealterten Isoliersystemen für 

Kabel, Transformatoren und Maschinen konnten durch Einstellungen zahlreicher neuer 

wissenschaftlicher Mitarbeiter erheblich verstärkt werden, was sich auch in der großen Zahl 

der Veröffentlichungen und der starken Beteiligung an nationalen und internationalen 

Kongressen und Symposien ausdrückt. 

Die Zahl der an einem Studium der Energietechnik interessierten Studierenden hat in den 

beiden Jahren erfreulicherweise wieder zugenommen, wobei die weltweiten Ereignisse 

bezüglich der Zuverlässigkeit der Energieversorgung vielleicht einen weitere Zunahme der 

Studierenden bringen kann. Es ist sicherlich allen Beteiligten und Betroffenen klar geworden, 

dass eine zuverlässige und verfügbare Versorgung mit elektrischer Energie lebensnotwendig 

für unser Wirtschaftssystem ist und dass dazu wesentlich die Ingenieure der Energietechnik 

beitragen. Mit der Zunahme der Studierenden werden dann auch zukünftig die 

Schwierigkeiten bei der Suche nach qualifizierten wissenschaftlichen Mitarbeitern wieder 

geringer werden, die uns in den vergangenen Jahren erhebliche Sorgen bereiteten. 

Die zahlreichen und sehr guten Kontakte zur Industrie haben es auch in den beiden 

Berichtsjahren wieder ermöglicht, interessante Themen und attraktive Aufgabenstellungen 

mit den wissenschaftlichen Mitarbeiter und Studierenden zu bearbeiten, wobei aber zu 

bemerken ist, dass aufgrund der geringen Zahl der Studierenden auch die Zahl der Studienund 

Diplomarbeiter erheblich zurückgegangen ist. 

Durch die große Anzahl internationaler Kontakte haben wir, wie bereits in der Vergangenheit, 

wieder zahlreiche Stipendiaten am Schering-Institut begrüßen können, die eine sehr gute 

fachliche Qualifikation mitbringen, ihre Erfahrungen und wissenschaftliche Ausbildung durch 

eine Promotion erweitern können und mit uns gemeinsam eine erfolgreiche Forschung 

durchführen. Selbstverständlich wird durch die Stipendiaten auch der Horizont und das 

Verständnis für andere Kulturbereiche bei allen Mitarbeitern des Schering-Instituts erweitert. 

Als erfreuliche und herausragende Ereignisse möchten wir einige Ehrungen und Ernennungen 

besonders hervorheben: 

• Aufnahme von Prof. Borsi in die Statusgruppe "Professoren" der Universität Hannover 

und Ernennung zum Professeur Associé an der Universität Québec à Chicoutimi 

• Ernennung von Herrn Dr.-Ing. Rainer Bitsch zum Honorarprofessor, der am Schering- 

Institut im Jahre 1972 promovierte und seit vielen Jahren einen Lehrauftrag wahrnimmt 

• Erteilung eines Lehrauftrages an Frau Dr.-Ing. Monika Sturm mit der Lehrveranstaltung 

„Systeme zur zukünftigen Energieoptimierung und - vermarktung“ ab Sommersem. 2003 

• Ernennung von Prof. Gockenbach zum „CIGRE Distinguished Member 2002“ 

Die finanzielle Situation der Hochschulen in Niedersachen hatte sich in den letzten Jahren 

zunächst nicht wesentlich verändert, da ein Vertrag zwischen Hochschulen und 

Landesregierung für eine kalkulierbare finanzielle Ausstattung sorgte. Die durch zahlreiche 

Änderungen nun eingetretene finanzielle Engpasssituation des Landes Niedersachsen zwingt 

die Hochschulen, sich erneut an Sparmaßnahmen zu beteiligen, die auch die 

Ingenieursbereiche betreffen. Durch diese Maßnahmen werden die angestrebten

Zielvereinbarungen der Fachbereiche mit der Universität stark beeinträchtigt und erneut 

heftige Diskussionen innerhalb des Fachbereiches bezüglich Erfüllung der Sparauflagen 

eintreten. Für die zukünftige Forschungsarbeit am Schering-Institut ist daraus deutlich zu 

erkennen, dass die Einwerbung von Drittmitteln und die Kooperation mit der Industrie eine 

deutlich zunehmende Bedeutung erlangen. Diese Entwicklung ist zu begrüßen, solange sie 

nicht zu einer unzulässigen Vernachlässigung der Grundlagenforschung führt. 

Im Hinblick auf die im vorangegangen Abschnitt kurz erläuterte grundsätzliche finanzielle 

Entwicklung der Universitäten möchten wir uns abschließend sehr herzlich bei den Förderern 

des Schering-Instituts, der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG, dem Deutschen 

Akademischen Auslandsdienst DAAD, der Alexander von Humboldt Stiftung AvD, der 

Dannie-Heinemann Stiftung, dem Verein der Freunde der Universität Hannover und allen 

Partnern aus der Industrie für die sehr hilfreiche und wertvolle Unterstützung der 

Forschungsarbeiten bedanken. 

Wir hoffen auch zukünftig sehr gute Beiträge auf unseren Forschungsgebieten mit Hilfe Ihrer 

Förderungen leisten zu können, die Ihre Anerkennung finden und zum Nutzen aller 

Beteiligten wirtschaftlich genutzt werden können. Unter diesem Aspekt stellen wir uns gerne 

den zukünftigen Herausforderungen der Profilbildung in der Energietechnik und der 

Konzentration auf die Stärken. 

Hannover im Februar 2004 

Prof. Dr.-Ing. E. Gockenbach

Inhaltsübersicht 

Seite 

1 Personelle Besetzung des Institutes 1 

2 Lehre 

2.1 Vorlesungen, Übungen und Laboratorien 2 

2.2 Studienarbeiten und Diplomarbeiten 5 

3 Forschung 6 

4 Veröffentlichungen und Vorträge 38 

5 Mitarbeit in Fachgremien und Verbänden sowie bei Tagungen 43 

6 Ereignisse und Kontakte 49 

7 Gastwissenschaftler 56 

Anhang 

Technische Ausstattung

- 1 - 

1 Personelle Besetzung des Instituts 

Institutsdirektor: 

Privatdozent: 

Lehrbeauftragte: 

Geschäftszimmer: 

Akademischer Direktor: 

Akademischer Rat: 

Wissenschaftliche Mitarbeiter: 

Gastwissenschaftler: 

Prof. Dr.-Ing. Ernst GOCKENBACH 

Prof. Dr.-Ing. habil. Rainer v. OLSHAUSEN 

Dr.-Ing. Rainer BITSCH 

Dr.-Ing. Stephan PÖHLER 

Dr.-Ing. M. STURM 

Frau Lore BELLGARDT 

Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein BORSI 

Dr.-Ing. Claus-Dieter RITSCHEL 

Dipl.-Ing. Nassir ABEDI 

M.Sc. Alireza AKBARI 

M.Sc. Amir Abbas SHAYEGANI AKMAL 

Dipl.-Ing. Bartlomiej DOLATA 

Dipl.-Ing. Klaus HACKEMACK 

Dipl.-Ing. Ralf KOTTE 

Dipl.-Ing. Mark REUTER 

Dipl.-Ing. Janusz SZCZECHOWSKI 

Dipl.-Ing. Volker WASSERBERG 

Dipl.-Ing. Peter WERLE 

Dr.-Ing. Xiang ZHANG 

Dr.-Ing. Nabi MELIKOW 

Dipl.-Ing. Mohsen FARAHANI 

M.Sc. Omar HASAN 

Dr.-Ing. Asghar AKBARI AZIRANI 

MSc. Morteza EHSANI 

MSc. Ali Reza SETAYESHMEHR 

MSc. Victoria LOPEZ 

Dr. Olga GUEFLE 

Dr. Serguei LEBEDEV 

Werkstatt: 

Feinmechaniker-Meister Karl-Heinz MASKE 

Claus-Dieter HASSELBERG 

Erich SEMKE 

Auszubildender Mark REICHELT 

Auszubildender Wladimir SIMON

- 2 - 

2 Lehre 

2.1 Vorlesungen, Übungen, Laboratorien 

Prof. Dr.-Ing. E. Gockenbach 

Hochspannungstechnik I WS TV 2 

Erzeugung hoher Wechsel- und Gleichspannungen - Transformatorkaskaden - Gleichrichterschaltungen 

zur Spannungsvervielfachung - Elektrostatische Generatoren - 

Erzeugung von Stoßspannungen - Stoßspannungsvervielfachungsschaltungen - Messung 

von Wechsel-, Gleich- und Stoßspannungen - Funkenstrecken - Elektrostatische 

Spannungsmesser - Kapazitive, ohmsche und gemischte Spannungsteiler - Methoden 

zur Berechnung elektrostatischer Felder - Durchschlagsprozesse in gasförmigen, 

flüssigen und festen Isolierstoffen 

Hochspannungstechnik II SS TV 2 

Durchschlag flüssiger Isolierstoffe - Elektrischer Durchschlag, Wärmedurchschlag und 

Erosionsdurchschlag fester Isolierstoffe - Einflußgrößen auf die Durchschlagspannung - 

Dielektrisches Verhalten flüssiger und fester Isolierstoffe - Dielektrische Messungen - 

Teilentladungsmessungen 

Hochspannungsgeräte WS TV 2 

Ein- und Ausschaltvorgänge in Netzen, Betrachtung der dabei auftretenden Überbeanspruchungen 

- Funktionsweise und Bauform verschiedener Hochspannungsschalter - 

SF 6 -Anlagen - Strom- und Spannungswandler und ihr Verhalten bei Wanderwellen - 

Hochspannungskabel - Spannungsdurchführungen und -ausleitungen - Konstruktion, 

Dimensionierung und Betriebsverhalten von Hochspannungs-Leistungskondensatoren - 

Ableiter 

Isolierstoffe der Elektrotechnik SS TV 2 

Physikalische Grundlagen - Elektrisches und dielektrisches Verhalten von Isolierstoffen 

und Isolierstoffsystemen wie z.B. Epoxidharzen, Polyesterharzen, Papier, Isolierölen, 

chlorierten Biphenylen (PCB), Ersatzflüssigkeiten für PCB, Papier-Öl-Dielektrikum, 

hochpolymeren Kunststoffen und Isoliergasen 

Grundlagen der Elektrotechnik I WS TV 2 

(für Maschinenbauer) 

Physikalische Größen, Einheiten, Gleichungen - Grundbegriffe der Elektrotechnik - 

Eigenschaften von Widerständen - Elektrische Feldgrößen, Berechnung elektrischer 

Felder, Kondensatoren - Energie und Kräfte im elektrischen Feld - Magnetische 

Feldgrößen, Berechnung magnetischer Felder - Induktionsgesetz - Gleichstromkreise - 

Mathematische Mittel zur Beschreibung elektrischer Vorgänge 

Grundlagen der Elektrotechnik II SS TV 2 


Wechselstromkreise - Reihenschaltung, Parallelschaltung - Leistungsumsatz - Schwingkreise 

- Ausgleichsvorgänge - Mehrphasensysteme - Drehstromsystem, Leistung im 

Drehstromsystem - Nicht sinusförmige periodische Vorgänge - Elektrische 

Meßsysteme - Energiewandlung - Gleichstrommaschine, Synchronmaschine, 

Asynchronmaschine - Elektrische Antriebe - Energieübertragung, Komponenten der 

Energieübertragung - Schutzmaßnahmen

- 3 - 

Mit Assistenten: 

Hochspannungstechnik I (Übungen) WS TU 1 

Kaskadenschaltung zur Erzeugung hoher Wechselspannungen - Gleichrichterschaltungen 

zur Spannungsvervielfachung - Stoßspannungsschaltungen - Messung hoher 

Wechselspannungen - Feldberechnung von verschiedenen geometrischen Anordnungen 

Hochspannungsgeräte (Übungen) WS TU 1 

Berechnung und Darstellung von Schaltvorgängen in linearen Stromkreisen - Berechnung 

statischer und dynamischer Lichtbogenkennlinien - Abschaltung von 

Stromkreisen unter Berücksichtigung der Vorgänge im Schalter - Dimensionierung von 

SF 6 -isolierten Anordnungen unter Berücksichtigung festigkeitsmindernder Einflüsse - 

Dimensionierung von Spannungswandlern und Durchführungen - Berechnung der 

Feldverteilung in Kondensatordielektrika 

Grundlagen der Elektrotechnik I (Übungen) WS TU 1 


Berechnung physikalischer Größen - Berechnung des elektrischen Feldes verschiedener 

geometrischer Anordnungen - Berechnung elektrischer Ladungen und der Kräfte auf 

Ladungen im elektrischen Feld - Berechnung magnetischer Kreise mit und ohne 

Luftspalt - Anwendung des Induktionsgesetzes - Berechnung von 

Widerstandsnetzwerken 

Grundlagen der Elektrotechnik II (Übungen) SS TU 1 


Umwandlung von linearen Netzwerken mit Ersatzspannungs- und Ersatzstromquellen - 

Wirkungsgrad - Mittelwert, Gleichrichtwert, Leistung nichtsinusförmiger Spannungen 

und Ströme - Wechselstromkreise mit variabler Frequenz - Graphische Addition 

sinusförmiger phasenverschobener Spannungen mit unterschiedlicher Amplitude - 

Berechnung von Impedanzen in Wechselstromkreisen - Schein-, Blind- und 

Wirkleistung in Wechselstromkreisen - Kompensation in Wechselstromkreisen - 

Berechnung von Wechselstromnetzwerken - Aufladung eines Kondensators mit 

Gleichspannung - Symmetrische Drehstromnetze, Stern/Dreieck-Umwandlung 

Hochspannungslaboratorium I SS EU 4 

Erzeugung und Messung hoher Gleichspannungen - Messung hoher 

Wechselspannungen - Erzeugung von Stoßspannungen und Aufnahme von 

Stoßkennlinien - Der elektrische Durchschlag in Gasen - Bestimmung der 

Durchschlagspannung von festen Isolierstoffen - Verlustfaktormessungen an 

verschiedenen Isolierstoffen bei 50 Hz - Ausmessung von elektrischen Feldern - 

Bestimmung der Durchschlagspannung von Mineralöl 

Hochspannungslaboratorium II WS EU 4 

Untersuchungen an einem Modell einer 1500 km langen 220-kV-Hochspannungsfreileitung 

- Berechnung und Messung des Übersetzungsfaktors eines Hochspannungstransformators 

bei kapazitiver Last - Oszillographische Untersuchungen von 

Stoßspannungen an einem Transformatormodell und an verschiedenen Teilern - 

Verlustfaktormessungen bei verschiedenen Frequenzen an geerdeten Objekten - 

Messung von Teilentladungen in einer Reuse - Entladungsformen an Isolierstoffen 

beim unvollkommenen Durchschlag - Einsatz eines Mikrocomputers in der 

Hochspannungsmeß- und Versuchstechnik - Externer Laborversuch 

Kolloquium über hochspannungstechnische Probleme SS, WS CO 2

- 4 - 

Prof. Dr.- Ing. habil. H. Borsi 

Hochspannungsmeßtechnik I WS TV 1 

Analoge und digitale Meßwerterfassung in der Hochspannungstechnik - Grundlagen, 

Aufbau und Funktionsweise von Meßsystemen - Probleme der elektromagnetischen 

Verträglichkeit - Schirmung und Filterung 

Hochspannungsmeßtechnik II SS TV 1 

Verlustfaktor- und Teilentladungsmeßtechnik - 0,1-Hz-Meßtechnik - Messung hoher 

schnellveränderlicher Ströme - Probleme und Besonderheiten bei der Messung von 

hohen Gleich-, Wechsel- und Stoßspannungen 

Dr-.Ing. R. Bitsch 

Hochspannungsschaltanlagen und Leitsysteme I WS TV 1 

Energiewirtschaftliche Einführung - Grundlagen der Hochspannungsschalttechnik - 

Beanspruchung, Bemessung, Prüfung von HS-Schaltsystemen - Schaltgeräte für 

Wechselstrom 

Hochspannungsschaltanlagen und Leitsysteme II SS TV 1 

Konventionelle Hochspannungsschaltanlagen – Leistungselektronische Anlagen - 

Sekundärtechnik - Zukunftsperspektiven 

Dr-.Ing. M. Sturm 

Systeme zur zukünftigen Energieoptimierung und -vermarktung I SS TV 1 

Marktanforderungen – Optimierte Energienutzung – Optimierte Assetnutzung 

Systeme zur zukünftigen Energieoptimierung und -vermarktung II WS TV 1 

Marktumfeld – Geschäftsprozesse im Überblick - Integration 

Dr.-Ing. S. Pöhler 

Technologie von Hochspannungs-/Hochleistungsübertragungen 

Aufbau, Prüfung und Monitoring von Hochspannungskabeln - Aufbau und Monitoring 

von gasisolierten Rohrleitern - Kenndaten und Aufbau von Hochtemperatur- 

Supraleiter-Kabeln - Versuchsanlage für Hochtemperatur-Supraleiter-Kabel 

Prof. Dr.-Ing. habil. R. v. Olshausen/ Prof. Dr.- Ing. habil. H. Borsi 

Hochspannungs- und Hochleistungskabel WS TV 2 

Physikalische, werkstoff- und fertigungstechnische Grundlagen von Mittel-, Hoch- und 

Höchstspannungskabeln und deren Betriebseigenschaften - Garnituren (Endverschlüsse 

und Muffen), deren Aufgaben, Funktionsweise, Konstruktion und Fertigung - 

Elektrische Prüfungen

- 5 - 

2.3 Diplomarbeiten 

Bearbeitungszeit : 6 Monate 

2002 

Kröger, Michael: 

Untersuchungen zur Störsignalunterdrückung 

durch Wavelettransformationen 

und adaptive Frequenzsperrfilter basierend 

auf Implementationen in MATLAB 


Hoppe, Lars: 

Untersuchung zur Reduktion der Wasseraufnahme 

von Isolierflüssigkeiten

- 6 - 

3 Forschung 

3.1 Arbeitsgebiete 

Feste Isolierstoffe 

Die Veränderungen von polymeren Isolierstoffen für Mittel- und Hochspannungskabel sowie 

Maschinenisolierungen bei elektrischer, thermischer und elektrisch-thermischer Beanspruchung 

sind die Ziele der Untersuchungen von festen Isolierstoffen, wobei die Erkennung der 

Alterungsmechanismen und die Bewertung der Restlebensdauer der Isolierung im Vordergrund 

stehen. Bedingt durch den zunehmenden Einsatz von Leistungselektronik in der 

Energietechnik werden auch Fragen der Langzeitfestigkeit von polymeren Isolierstoffen unter 

Beanspruchung kontinuierlicher impulsförmiger Spannungen zukünftig verstärkt behandelt. 

Eine Erweiterung der Forschungen auf dem Gebiet der festen Isolierstoffe sind Untersuchungen 

an umweltverträglichen und umweltbeständigen polymeren Isoliersystemen und die 

Entwicklung von neuen preiswerten Materialkombinationen. 

Flüssige Isolierstoffe 

Die Substitution von flüssigen Isolierstoffen, die Regenerierung von flüssigen und festen 

Isolierstoffen und die Verzögerung des Alterungsprozesses von Flüssigkeit/Papier Isolierungen 

sind die wichtigsten Aufgaben in diesem Arbeitsgebiet. Bei der Regenerierung der 

festen/flüssigen Isolierstoffsysteme und der Verlangsamung der Alterungsprozesse steht der 

sanfte Entzug von Wasser aus dem Isolierstoffsystem im Vordergrund, wobei die Art des 

Isolierstoffes und der Filterung, der Temperatureinfluss und die Geschwindigkeit der Wasserentnahme 

unter Betriebsbedingungen eine wesentliche Rolle spielen. Hier wird besonderer 

Wert auf eine lebensdauerbegleitende bzw. verlängernde Trocknung der Papierisolierung 

gelegt. Die Bewertung der Lebensdauer von flüssigen/festen Isoliersystemen durch verschiedene 

Methoden der Messung der dielektrischen Eigenschaften ergänzen die Forschungen auf 

dem Gebiet der flüssigen Isolierstoffe. 

Teilentladungsmesstechnik 

Die Teilentladungsmessung während der Prüfung im Werk oder vor Ort ist Bestandteil der 

Qualitätssicherung und die Teilentladungsmessung während des Betriebes zur Bestimmung 

des Zustandes des Betriebsmittels ist Teil eines Monitoring und Diagnoseverfahrens. Die Aufgaben 

der Messtechnik sind für beide Anwendungsgebiete sehr ähnlich, indem die Unterdrückung 

von Störsignalen eine wesentliche Aufgabe darstellt, die durch Mustererkennungsverfahren 

mit Hilfe neuronaler Netze, genetischer Algorithmen oder Clusteranalyse erreicht 

werden kann. Die mathematische Nachbildung der Übertragungs-wege der TE bietet eine 

Möglichkeit der TE-Ortung und der Berechnung der wahren Ladung. Die Teilentladungsmesstechnik 

wird an Transformatoren, Hochspannungskabeln und gießharzimprägnierten 

Hochspannungsgeräten eingesetzt und den jeweiligen Anforderungen an das zu untersuchende 

Gerät angepasst. 

Hochspannungsprüftechnik 

Im Rahmen der Normenarbeit für digitale Messwerterfassungssysteme und der Auswertung 

von digital aufgezeichneten Stoßspannungen und Stoßströmen wurden Verfahren erarbeitet, 

die eine einfache und robuste Auswertung für stoßförmigen Verlauf zulassen.

- 7 - 

Aus den Ergebnissen wurden Vorschläge für die Auswertung der gemessenen Stoßspannungen 

und die Modifikation der derzeit gültigen Vorschriften erarbeitet. Wichtig ist bei 

diesem Vorhaben die Einbeziehung der für die verschiedenen Geräte (Transformatoren, 

Kabel, Schaltanlagen, Freiluft) wesentlichen Parameter (Stirnzeit, Scheitelwert, 

Überschwingen) und das Einbringen der Erfahrungen aus den in der Praxis angewandten 

Auswerteverfahren. Die Anwendung der vorgeschlagenen Methoden in der Prüfpraxis wird 

durch die Auswertung von Ergebnissen aus Prüflabors von Herstellern geprüft und auf ihre 

Akzeptanz untersucht. 

Monitoring und Diagnose 

Die Überwachung und Zustandserkennung von elektrischen Betriebsmitteln (Monitoring, 

Diagnose) nimmt in ihrer Bedeutung immer stärker zu, da durch das Monitoring und die 

Diagnose eine Erhöhung der Betriebssicherheit erreicht werden kann. Die Anforderungen an 

die Erfassungssysteme sind Erkennung der relevanten Parameter, hohe Zuverlässigkeit und 

Einsatz unter Betriebsbedingungen. Die zur Zeit laufenden Untersuchungen konzentrieren 

sich auf die Betriebsmittel, kunststoffisolierte Hochspannungskabel, flüssigkeitsgefüllte oder 

feststoffisolierte Hochspannungstransformatoren und Hochspannungsmaschinen. Dabei steht 

bei den Hochspannungskabeln die Erkennung des Einflusses von alterungsrelevanten 

Parametern und bei den Transformatoren die Detektion des Wassergehaltes, des Gasgehaltes 

und der Teilentladungen im festen und flüssigen Isolierstoff im Vordergrund. 

Die Nutzung der Transferfunktion zur Erkennung von Änderungen in einem 

Hochspannungsgerät oder die Nutzung von Teiltransferfunktionen zur Lokalisierung von 

Teilentladungen bzw. der genaueren Bestimmung der wahren Ladung einer Teilentladung 

sind Bestandteil eines umfassenden Monitoring und Diagnosesystems, das in seinen 

modularen Bausteinen zur Zeit entwickelt wird. 

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden in weiteren Forschungsarbeiten als Grundlage 

des Asset Managements von Einrichtungen der elektrischen Energietechnik genutzt, da hier 

für die Bewertung der Zuverlässigkeit und des Ausfallrisikos sehr gute Kenntnisse des 

Verhaltens des Isoliersystems von Bedeutung sind. 

Elektromagnetische Verträglichkeit und Blitzschutz 

In diesen Arbeitsgebieten sind Untersuchungen an Blitzschutzeinrichtungen hinsichtlich ihrer 

Stromtragfähigkeit und Stromaufteilung enthalten, insbesondere das Zusammenwirken von 

metallischen Komponenten und Kohlefaserwerkstoffen, sowie die Beeinflussungen von Blitzentladungen 

auf Leitungen in Abhängigkeit ihres Aufbaues, ihrer Lage und ihrer Einkopplungswege. 

Dazu werden Messungen der elektrischen und magnetischen Felder sowie der 

Stromverteilungen durchgeführt. 

Die Nachbildungen direkter und indirekter Effekte einer Blitzentladung werden an 

vollständigen Geräten, an Komponenten oder Modellanordnungen vorgenommen. Mit einem 

empfindlichen Videosystem ist auch eine Funkendetektion im Innenraum möglich, so dass 

eine Bewertung der verschiedenen Verbindungselemente hinsichtlich ihrer Stromtragfähigkeit 

und Funkenbildung möglich ist. Die Ergebnisse können für eine Verbesserung der Blitzschutzmaß-nahmen 

und zur Modifikation von Empfehlungen von Blitzschutzmaßnahmen für 

zukünftige Konstruktionen genutzt werden.

- 8 - 

3.2 Berichte 

Dipl.-Ing. B. Dolata 

Tests on ester fluid and mineral oil under impulse- and AC voltage stress 

Homogeneous field 

To investigate the behaviour of both fluids in 

homogeneous electrical fields at gap spacings 

larger than 2,5 mm some breakdown tests have 

been performed with a sphere - sphere electrode 

configuration. Two sphere shaped electrodes of 100 

mm diameter have been positioned above each 

other in a sealed vessel, where one of the spheres 

was grounded and not adjustable positioned at the 

bottom and the other sphere, to which high voltage 

was applied, could be fixed in a distance between 0 

mm and 80 mm. Figure 1 shows a photograph of 

the test vessel. According to the aim to keep the 

fluids dry the vessel could not be opened during the 

whole test, thus there was the demand to make the 

surface of the electrodes very resistant against 

abrasion by arcing. As a result of this, on both 

spheres a segment of 60 mm diameter was replaced 

by an alloy of tungsten (80 %) and copper (20 %). 

In the arrangement of the spheres the alloy parts 

were positioned on both sides of the gap between 

the electrodes to force the arc of the breakdown to 

Figure 1 

Test vessel used for the breakdown 

experiments at homogeneous 

electrical field 

occur between the mechanically strong 

sections of the electrodes. A schematic view 

of the electrodes is depicted in Figure 2. 

Due to the avoidance of vessel opening the 

water content of the examined mineral oil 

only raised during the whole time of the 

tests from 8,1 ppm to 12,6 ppm while the 

water content of the ester liquid has been 

32 ppm at the end of the investigations. 

Impulse voltage tests 

Figure 2 Schematic view of the electrodes 

After the vessel was filled by evacuating the 

air out and sucking dried liquid in, the 

arrangement was exposed to impulse and 

AC voltages. To reduce the influence of 

energy to the fluid, the impulse voltage tests 

have been performed in advance to the 

breakdown tests with rising 50 Hz AC 

voltage at a rise speed of 2 kV per second.

Figure 3 

Impulse 

voltage 

generator 

Test vessel 

Test set-up for the impulse 

breakdown tests 

- 9 - 

During the tests the electrodes have been 

adjusted to gap distances between 2,5 mm 

and 12,5 mm in steps of 2,5 mm. At every 

gap distance the fluid had to withstand 

voltage impulses which were increased by 

5 kV or 10 kV from impulse to impulse 

with a break of at least one minute 

between two impulses. After a breakdown 

occurred there was a longer break of 15 

minutes before a new sequence of voltage 

impulses has been commenced at the same 

start voltage as the preceding impulse 

sequence. After a series of 5 breakdowns 

by this scheme at one gap distance, a new 

gap has been adjusted. 

As the start voltage for each test series a 

voltage 10 to 15 kV lower than the lowest 

breakdown voltage of preceding test series 

has been selected. 

Figure 3 shows the set-up for the impulse 

breakdown tests. In the background of this 

photograph the impulse generator can be 

seen (red tower). The shape of the voltage 

impulse (1,2/50) is depicted in Figure 4 for the start and Figure 5 for the end of a sequence, 

where a breakdown occurred. The summary of the results of the impulse tests are shown in 

Figure 6, where every point is calculated out of the arithmetic average of five breakdowns at 

one gap width. 

Figure 4 

Start of a sequence, gap distance 5 mm, ester liquid

- 10 - 

Figure 5 

End of a sequence, gap distance 5 mm, ester liquid 

Explanations for Figures 4 and 5: 

T 1 : Front time 

T 2 : Time to half value 

T c : Time to chopping 

U p : Peak value of test voltage 

A larger gap distance above 12.5 mm was not possible for this arrangement , because 

flashover occurs outside the vessel. 

Mineral Oil 

Ester Fluid 

Breakdown Voltage (in kV) 

700 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

Impulse Voltage Investigation 

0 2 4 6 8 10 12 14 

Gap (in mm) 

Figure 6 

Impulse voltage versus gap distance.

- 11 - 

AC voltage tests 

After the impulse voltage tests have been finished the 

performance of the insulation liquid was tested with a 

rising 50 Hz AC voltage without a change of the 

insulating liquid. These tests, as they are depicted by 

Figure 7, have been started at a gap distance of 

2,5 mm and, similar to IEC 60156, the voltage has 

been applied 5 times from 0 kV to breakdown with a 

rate of rise of 2 kV per second and a waiting time of 

five minutes after each breakdown. The investigations 

have been performed for distances from 2,5 mm to 

12,5 mm raised in steps of 2,5 mm. Larger distances, 

although adjustable with the used test vessel, led to a 

flashover over of the vessel. 

The results of the tests are depicted in Figure 8, 

where every point represents the arithmetic mean 

value of five breakdown voltages. 

Figure 7 

Test set-up for the AC 

breakdown tests 

250 

Mineral Oil 

Ester Fluid 

50 Hz AC Voltage Investigation 

Breakdown Voltage (in kV) 

200 

150 

100 

50 

0 

0 2 4 6 8 10 12 14 

Gap (in mm) 

Figure 8 

Results of the AC breakdown tests 

Summary 

The presented results show, that ester liquid has a slightly minor electrical strength compared 

to mineral oils at small gap distances. For the longer gap distances at homogeneous field the 

ester liquids has a similar performance as mineral oil.

- 12 - 

M. Sc. Mohsen Farahani 

Alterungszustandsbeurteilung der Isolierung von rotierenden 

Hochspannungsmaschinen durch Teilentladungs- und Verlustfaktormessung 

Für die Diagnose der Isolierungen von Ständerwicklungen rotierender Hochspannungsmaschinen 

haben Analysen der Teilentladungs-(TE) Aktivitäten und der dielektrischen 

Verluste eine besondere Bedeutung. Eine wichtige Frage für die Entwicklung und 

Verwendung der Diagnoseverfahren ist, wie Defekte in den Isolationssystemen auftreten und 

sich mit der Zeit entwickeln. Dazu wurden vielfache Untersuchungen bezüglich 

Alterungsmechanismen und Modellierung der Lebensdauer von Isolationssysteme 

durchgeführt. Eine direkte Beurteilung des zu erwartenden Betriebsverhaltens ist nur unter 

Versuchsbedingungen möglich, die möglichst gut den Betriebsbedingungen entsprechen, aber 

gegenüber dem Normalbetrieb so verschärft sind, dass in relativ kurzer Zeit mit 

Versuchsergebnissen gerechnet werden kann. 

Um die Alterungsprozess, die sich während des Maschinenlebens infolge der Ein- und 

Ausschaltung oder der Laständerungen ereignen, nachzubilden, wurde ein thermomechanisches 

Alterungsprogramm an Maschinenstäbe mit einer Nennspannung von 10kV 

durchgeführt. Die Isolierung wird wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten 

der Materialien und der unterschiedlichen örtlichen und zeitlichen 

Temperaturänderungen der Teile thermo-mechanisch beansprucht und gealtert. 

Das beschleunigte thermo-mechanische 

Alterungsprogramm umfasste zahlreiche 

Stromaufheizungs- und aktive 

Abkühlungszyklen. Wie in Bild 1 

gezeigt, wurde der Prüfling während 

jedes Alterungszyklus durch einen Strom 

in 30 Minuten von Raumtemperatur auf 

155°C aufgeheizt und danach durch 

einen Ventilator in 30 Minuten auf 

Raumtemperatur abgekühlt. Nach 

jeweils 100 Zyklen wurden Teilentladungs- 

und Verlustfaktormessungen 

durchgeführt. Die Stäbe befanden sich 

während des Alterungsprozesses und der 

Messungen in einem entwickelten 

Statornutmodell. 

150 

120 

90 

60 

… 

30 

0 

0 30 60 90 120 150 180 210 

Zeit (min.) 

Bild 1 Thermo-mechanisches Alterungsprogramm 

Temperatur (°C) 

Die Änderung der TE-Pattern mit der Entwicklung der Alterungserscheinungen ist in Bild 2 

dargestellt. Diese Untersuchungen bestätigen die Empfindlichkeit der TE-Pattern auf die 

Änderungen in der Isolierung infolge der thermo-mechanischen Beanspruchung. 

Die Verlustfaktormessergebnisse im Laufe der thermo-mechanischen Alterung bei 

unterschiedlichen Messspannungen sind in Bild 3 dargestellt. Aus diesem Bild wird deutlich, 

dass die thermo-mechanische Alterung eine Zunahme des Verlustfaktors verursacht, die 

zusätzlich auch spannungsabhängig ist. Mit der Berechnung der Differenz der Verlustfaktoren 

∆tan δ über der Spannungen, wie in Bild 4 präsentiert, können die Änderungen im Lauf der 

Alterung besser dargestellt werden.

- 13 - 

neu 

nach Zyklus Nr. 

tan δ x10-3 

40 

35 

30 

25 

20 

15 

neu 

nach Zyklus Nr. 500 






10 

5 


0 

Bild 3 

2 4 6 8 10 12 

Spannung (KV) 

Änderung des Verlustfaktors über der Spannung 

im Verlauf des Alterungsprozesses ( RT) 



7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

∆ 

D1 

D2 

∆ 

1 

2 

0 500 1000 1500 2500 3000 3500 4000 4500 5000 

Ageing Cycle Nr. 

Bild 4 Inkreamental Änderung der tan δ über der 

Spannungen mit dem Alterungsprozess( RT) 

Bild 2 

Änderung der TE-Pattern 

infolge thermo-mechanischer 

Alterung (10 kV, RT) 

∆ 

∆ 

1 

2 

= 

= 

tan 

tan 

δ 

δ 

0 .6 U 

tan 

1 .0 U 

N 

tan 

N 

− tan 

δ 

0 .2 U 

0 .2 U 

N 

− tan 

δ 

N 

δ 

δ 

0 .2 U 

0 .2 U 

N 

N

- 14 - 

Eine weiteres durchgeführtes Alterungsprogramm an Maschinenstäbe betrifft die thermomechanische 

und elektrische Alterung, bei der eine elektrische Beanspruchung von 15kV 

(8,3kV/mm) zur bereits vorgestellten thermo-mechanischen Alterungsprogramm addiert 

wurde. Die Messergebnisse der TE- und Verlustfaktormessung über der Spannung sind in den 

Bildern 5 und 6 dargestellt. 

Wegen der thermo-mechanischen und elektrischen 

Beanspruchngen wurde ein Durchschlag innerhalb 

des Prüflings während des Zyklus Nr. 1260 

beobachtet. Die letzte TE- und 

Verlustfaktormessung wurden nach Zyklus Nr. 

1250 durchgeführt. Obwohl die Messergebnisse 

die Empfindlichkeit der TE-Pattern und 

Verlustfaktor über der Spannung auf Änderungen 

in der Isolierung infolge der thermo-mechanischen 

und elektrischen Beanspruchungen bestätigen, 

konnte aber eine Messung 10 Zyklen vor dem 

Durchschlag noch keinen eindeutigen Hinweis auf 

das bevorstehende Lebensende des 

Isolationssystemes liefern. 

neu 

nach Zyklus Nr. 

Bild 7 zeigt die Messergebnisse des Verlustfaktors 

(tanδ(ω)) über einen Frequenzbereich von 0.1 

mHz bis 1kHz, der bei Raumtemperatur und einer 

Messspannung von 200V (Peak) ermittelt wurden. 

Die Unterschiede zwischen den Kurven von neuen 

und 250 Zyklen gealterten Stäben wurde durch die 

Feuchtigkeitsabnahme und die Aushärtung der 

Isolierung verursacht. In diesem Fall ist bei den 

Messergebnissen des Verlustfaktors bei 50Hz 

(Bilder 3 und 6) eine Verschiebung der 

Verlustfaktorkurve bei allen Frequenzen in 

Richtung niedriger Verluste zu sehen. Der 

Verlustfaktor wurde auch 10 Zyklen vor dem 

Durchschlag der Isolierung gemessen. Die 

Messergebnisse bestätigen die Empfindlichkeit 

dieses Messverfahrens auf die Änderungen in der 

Isolierung infolge der thermo-mechanischen und 

elektrischen Beanspruchungen, was sich bei den 

TE- und Verlustfaktormessungen über der 

Spannung nicht so deutlich gezeigt hat. Aus 

diesem Bild ist aber auch zu erkennen, dass die 

Messungen im niedrigen Frequenzbereich für die 

Beurteilung des Alterungszustandes der Isolierung 

große Bedeutung . 

Bild 5 




Änderung der TE-Pattern infolge thermomechanischer 

und elektrischer Alterung 

(10 kV, RT)

- 15 - 

tan δ x10-3 

10 

9 

8 

7 

6 

5 

neu 





tan δ 

0.08 

0.07 

0.06 

0.05 

0.04 

0.03 

neu 



4 

0.02 

3 

0.01 

2 

Bild 6 

2 4 6 8 10 12 

Spannung (kV) 

Änderung des Verlustfaktors über 

der Spannung 

Bild 7 

0 

1E-04 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 

Frequenz (Hz) 

Änderung des Verlustfaktors über der 

Frequenz (tan δ(ω)) ( RT, 200V (Peak))

- 16 - 

Dipl.-Ing. K. Hackemack 

Filterverfahren zur automatisierten Auswertung von Blitzstoßspannungsprüfungen 

Beim Einsatz digitaler Messtechnik zur Durchführung und zur automatisierten Auswertung 

von Blitzstoßspannungsprüfungen sind neue Auswertungsmethoden erforderlich, da die in 

den derzeitigen Normen (IEC 60060-1 bzw. VDE 0432-1) diesbezüglich enthaltenen Regeln 

auf den Erfordernissen analoger Messtechnik basieren. Die derzeitigen Vorschriften lassen 

sich teilweise nicht zuverlässig in automatisierte Algorithmen umsetzen, so dass die 

Ergebnisse insbesondere beim Auftreten von Oszillationen im Bereich des 

Spannungsmaximums nicht vergleichbar sind. Zur Lösung des Problems wurde ein 

Europäisches Forschungsprojekt gestartet, um mit Hilfe von experimentellen Messreihen den 

physikalischen Einfluss überlagerter Oszillationen auf die Blitzstoßdurchschlagspannung zu 

untersuchen, und um darauf aufbauend alternative Verfahren zur automatisierten Auswertung 

digital erfasster Blitzstoßspannungsimpulse vorzuschlagen. 

Ausgehend von den experimentellen Ergebnissen lässt sich der Einfluss von Oszillationen, die 

dem Blitzstoßspannungsimpuls im Bereich des Scheitelwertes überlagert sind, 

folgendermaßen zusammenfassen: 

- Oszillationen mit niedrigen Frequenzen haben einen starken Einfluss auf den Wert der 

Durchschlagspannung 

- Oszillationen mit hohen Frequenzen haben nahezu keinen Einfluss auf den Wert der 


- Für dazwischen liegende Frequenzen sinkt der Einfluss der überlagerten Schwingung mit 

steigender Frequenz kontinuierlich; eine sprunghafte Veränderung des Verhaltens bei 

500 kHz, wie es die derzeitigen Auswertungsregeln implizieren, gibt es jedoch nicht, so 

dass die existierende Fallunterscheidung für Frequenzen größer oder kleiner als 500 kHz 

nicht genau dem physikalischen Verhalten entspricht. 

Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde die Einführung eines frequenzabhängigen Auswertungsfaktors 

k vorgeschlagen, der den Einfluss der überlagerten Oszillation in Abhängigkeit 

von der Frequenz beschreibt und die derzeitigen Probleme mit der Fallunterscheidung bei 

500 kHz vermeidet. Die resultierende Prüfspannung lässt sich dann mit der folgenden 

Gleichung berechnen: 

U Prüf = U extr -(1-k)∆U (1) 

mit U extr : höchste Amplitude des aufgezeichneten Blitzstoßimpulses 

∆U: Amplitude der überlagerten Oszillation bzw. Überschwingung 

Die durchgezogene Linie in Bild 1 zeigt 

den frequenzabhängigen Verlauf des 

Faktors k unter Berücksichtigung der 

experimentellen Messergebnisse. Gleichung 

1 entspricht auch den derzeitigen 

Auswertungsregeln, wenn für den Faktor 

k der in Bild 1 gestrichelt dargestellte 

Verlauf verwendet wird. Diese Sprungfunktion 

bei 500 kHz kann nach den 

derzeitigen Auswertungsregeln jedoch zu 

einer Unstetigkeit in der ausgewerteten 

100 1000 kHz 10000 

f 

Bild 1 Auswertungsfaktor k in Abhängigkeit von der 

Frequenz der überlagerten Frequenz 

Prüfspannung führen, wenn die Frequenz der überlagerten Oszillation während einer Messreihe 

um die 500-kHz-Grenze schwankt. Dies kann unter Umständen Diskussionen zwischen 

den an der Prüfung beteiligten Parteien verursachen. Durch Verwendung des neuen k-Faktor- 

1 

k 0,5 

0 

aktuelle IEC 60060-1 

neuer Vorschlag

- 17 - 

Vorschlags, welcher die physikalischen Einflüsse der Oszillationen berücksichtigt, kann das 

Problem der schwankenden Prüfspannung verhindert und die Reproduzierbarkeit von 

Blitzstoßspannungsprüfungen erhöht werden. 

Für die Auswertung mithilfe der Gleichung 1 ist zwar weiterhin die Ermittlung der Amplitude 

und der Frequenz der überlagerten Oszillation erforderlich. Durch die Vermeidung der 

Sprungstelle bei 500 kHz und durch die kontinuierlich abfallende k-Faktor-Funktion hat die 

Genauigkeit der Frequenzbestimmung jedoch nur noch einen untergeordneten Einfluss auf 

den errechneten Wert der Prüfspannung. Für die Ermittlung der Prüfspannung gemäß 

Gleichung 1 können daher folgende Verfahren benutzt werden: 

- Auswertung mit Hilfe einer mittleren, doppelt-exponentiellen Kurve (DE) 

- Annäherung des Rückens durch eine einfach-exponentielle Funktion (EE) 

- Globale Filterung des erfassten Impulses mit Hilfe eines digitalen Filters, welches die 

Frequenzabhängigkeit des Faktors k berücksichtigt. 

Das Verfahren der globalen Filterung hat den Vorteil, dass eine Berechnung einer mittleren 

Kurve nicht mehr erforderlich ist. Bezüglich der Einführung neuer Auswertungsverfahren 

sollten in zukünftigen Normen lediglich Parameter und Grenzen anstatt von detaillierten 

Verfahren und Algorithmen festgelegt werden. Hinsichtlich des Verfahrens der globalen 

Filterung ist daher zu zeigen, dass die Definition exakter Filterverfahren und -koeffizienten 

nicht erforderlich ist, und dass es genügt, lediglich den Verlauf der k-Faktor-Funktion und die 

Auswertungsgrenzen festzulegen. 

Im Folgenden wurden daher verschiedene FIR-Filter getestet, deren Übertragungsfunktion an 

die k-Faktor-Funktion angepasst wurde. Dabei wurde u. a. die Filterlänge bzw. die Anzahl der 

Filterkoeffizienten variiert, um den Einfluss auf das Auswertungsergebnis zu vergleichen. 

Eine Möglichkeit zum Adaptieren des gewünschten Übertragungsverhaltens besteht in der 

Verwendung des so genannten 

Parks-McClellan- 

1 

n = 512 n = 4096 

|H(f)| 

1,0 

Algorithmus zur Berechnung 

von FIR-Filtern. In 

0,8 

n = 256 

Bild 2 sind auf diese Weise 

0,9 n = 1024 

berechnete Übertragungsfunktionen 

für verschiedene 

0,6 

100 400 Filterlängen n dargestellt. 

0,4 

Es ist zu erkennen, dass die 

Übereinstimmung zwischen 

0,2 

der gewünschten Kennlinie 

gemäß Bild 1 und der 

0 

100 1000 10000 kHz 50000 

f 

Bild 2 Frequenzgang der nach dem Samplingverfahren implementierten 

FIR-Filter für verschiedene Filterlängen n 

realisierten Filterfunktion 

umso besser ist, je höher 

die Anzahl der Koeffizienten 

gewählt wird. Zum 

Vergleich der realisierten 

FIR-Filter wurden die Filter 

mit Beispielimpulsen aus dem IEC-Testdatengenerator (IEC 60183-2) getestet und 

verglichen. Tabelle 1 zeigt die ermittelten Werte der Prüfspannung für verschiedene 

Filterlängen. Zur Berechnung der Fehler wurde die Bezugsspannung U Bezug mit Hilfe einer 

doppelt-exponentiellen Kurve (DE) unter Verwendung der Gleichung 1 ermittelt. Der 

Vergleich der verschiedenen Filter zeigt, dass für alle Filter der Fehler unterhalb von 2 % 

liegt. Hinsichtlich der Filterlänge n ist zu beobachten, dass die Prüfspannung bei niedrigen

Filterlängen tendenziell 

zu klein ausgewertet 

wird, da die 

realisierte Übertragungsfunktion 

bei 

kleinen Filterlängen 

unterhalb der angestrebten 

Funktion 

liegt. Bei höheren 

Filterlängen wird die 

Prüfspannung teilweise 

etwas zu hoch 

ausgewertet. Hier ist 

bei einigen Impulsen 

im gefilterten Impuls 

ein leichtes Überschwingen 

zu erkennen, 

welches mit dem 

case 1 

case 8 

case 9 

case 11 

case 13 

case14 

- 18 - 

n = 256 n = 512 n = 1024 n = 2048 n = 4096 

1050 

0 % 

1036 

-0.7 % 

990 

-1.8 % 

951 

-1 % 

-1044 

-0.9 % 

-1024 

-0.9 % 

1054 

0.4 % 

1041 

-0.2 % 

995 

-1.3 % 

956 

-0.4 % 

-1047 

-0.7 % 

-1029 

-0.4 % 

1065 

1.4 % 

1050 

0.7 % 

1007 

-0.1 % 

965 

0.5 % 

-1050 

-0.4 % 

-1036 

0.3 % 

1068 

1.7 % 

1052 

0.9 % 

1011 

0.3 % 

967 

0.7 % 

-1050 

-0.4 % 

-1038 

0.5 % 

1068 

1.7 % 

1053 

1.0 % 

1013 

0.5 % 

968 

0.8 % 

-1050 

-0.4 % 

-1038 

0.5 % 

U Bezug 

[kV] 

DE- 

Funktion 

U Bezug 

[kV] 

case 8 1043 

case 9 1008 

case 11 960 

case 13 -1054 

case 14 -1033 

FFT- 

Filter 

[kV] 

1051 

0.8 % 

1011 

0.3 % 

965 

0.5 % 

-1049 

-0.5 % 

-1036 

0.3 % 

1050 

1043 

1008 

960 

-1054 

-1033 

Tabelle 1 Ermittelte Prüfspannungen als Funktion von der Filterlänge n 

für die mit dem Parks-McClellan-Verfahren erstellten FIR-Filter 

FIR- 

Filter 

[kV] 

1049 

0.6 % 

1010 

0.2 % 

964 

0.4 % 

-1046 

-0.8 % 

-1035 

0.2 % 

EE- 

Funktion 

[kV] 

1049 

0.6 % 

1011 

0.3 % 

960 

0 % 

-1057 

0.3 % 

-1038 

0.6 % 

IEC 

60183-2 

(TDG) 

[kV] 

1050 

0.7 % 

975 

-3.3 % 

950 

1 % 

-1070 

1.5 % 

-960 

-7.1 % 

Tabelle 2 Ermittelte Prüfspannungen in Abhängigkeit von der 

Auswertungsmethode 

Gibbs-Effekt erklärt werden kann. Unter Beachtung dieses Verhaltens ergibt sich für die hier 

eingesetzten Filter eine optimale Länge von n = 1024 Koeffizienten. Die Realisierung von 

FIR-Filter mithilfe des Samplingverfahrens führte zu ähnlichen Ergebnissen, so dass für 

zukünftige Normen die Festlegung der Funktion k(f) hinreichend und eine Definition von 

exakten Filteralgorithmen bzw. Filterkoeffizienten nicht erforderlich ist. Das Verfahren der 

globalen Filterung kann ebenfalls direkt im Frequenzbereich angewendet werden, indem das 

fouriertransformierte Signal im Frequenzbereich mit der k-Funktion multipliziert und 

anschließend mit einer inversen Fouriertransformation (FFT) zurücktransformiert wird. 

Tabelle 2 enthält nach verschiedenen k-Faktor-Verfahren ausgewertete Prüfspannungen am 

Beispiel ausgewählter Musterimpulse des IEC-Testdatengenerators. Ein Vergleich der 

angewendeten Auswertungsverfahren zeigt, dass alle Methoden zu vergleichbaren und 

reproduzierbaren Ergebnissen führen. Auch ist zu erkennen, dass die frequenzabhängige 

Definition der k-Faktor-Funktion hinreichend ist und dass es nicht erforderlich ist, exakte 

Algorithmen zur Auswertung mit Hilfe der k-Faktor-Methode in zukünftigen Normen festzulegen. 

Einige der beschriebenen 

Verfahren ermöglichen 

sowohl eine manuelle als auch 

eine automatisierte Auswertung. 

Der Anwender kann 

somit unterschiedliche Methoden 

auswählen, die zu 

vergleichbaren Ergebnissen 

führen, so dass die k-Faktor- 

Methode zu einer 

Verbesserung der Reproduzierbarkeit 

und auch der 

Vergleichbarkeit von Blitzstoßspannungsprüfungen 

führt.

- 19 - 

Dipl.-Ing. R. Kotte 

Zur thermischen Wechselbeständigkeit von Reaktionsharzformstoffen 

In der Hochspannungstechnik genutzte Reaktionsharzformstoffe zeichnen sich durch einfache 

Verarbeitbarkeit, gute elektrische und mechanische Eigenschaften sowie gute thermische und 

chemische Beständigkeit aus. Diese Eigenschaften werden durch die verschiedenen Komponenten 

des Formstoffs stark beeinflusst, so dass für die jeweiligen Einsatzbedingungen optimierte 

Harzformulierungen gefunden werden können. Eine entscheidende Rolle hinsichtlich 

des Betriebsverhaltens von Reaktionsharzformstoffen spielen thermische Beanspruchungen. 

Diese führen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Formstoff und umgossenen 

Leitermaterialien zu inneren mechanischen Spannungen, welche insbesondere an 

den Grenzflächen des Systems, wie z. B. zwischen Dielektrikum und Leitermaterial oder auch 

zwischen Füllstoff und Harzmatrix, Ablösungserscheinungen oder Rissbildung im Isolierstoff 

nach sich ziehen können. Derartige Fehlstellen bilden wiederum mögliche Quellen für Teilentladungen(TE), 

welche Ursache einer Degradation sowie einer vorzeitigen Alterung des 

Materials sein können. Eine genauere Kenntnis bezüglich der Formulierung eines Formstoffs 

und seiner Rissbeständigkeit kann dazu beitragen, die Lebenserwartung einer Gießharzisolation 

nachhaltig zu erhöhen. 

Zu diesem Zweck wurden Untersuchungen zum TE-Verhalten von sechs verschiedenen Reaktionsharzformstoffen 

vor und nach thermischen Wechselbeanspruchungen durchgeführt. Die 

Zusammensetzung dieser Formstoffe ist Tabelle 1 zu entnehmen. Die Versuche wurden mit 

Harzsystem Füllstoff Vol.-% 

Epoxidharzsystem 

1 Quarzmehl 45 

Araldit 

2 

silanisiertes Wollastonit 42 


Rütapox 

4 


epoxidmodifiziertes Isocyanatsystem 


Blendur 

6 


Tabelle 1 

Zusammensetzung der untersuchten 

Reaktionsharzformstoffe 

Hilfe von Nadel-Platte-Probekörpern realisiert, 

bei denen die verwendeten 

Wolfram-Nadelelektroden einen Spitzenradius 

von 2 µm aufwiesen und die 

Schlagweite 2 mm betrug. Zunächst 

wurden die noch ungealterten Prüflinge 

im Ramp-Test mit Hilfe eines schmalbandigen 

TE-Messsystems hinsichtlich 

ihrer TE-Einsetzspannung untersucht. 

Diese war erreicht, sobald TE mit einem 

Ladungsinhalt ≥ 1 pC auftraten. Anschließend 

fand bei einer Beanspruchungsspannung, 

die ca. 25 % oberhalb 

der mittleren TE-Einsetzspannung des 

jeweiligen Materials lag, eine einminütige 

TE-Messung statt. Vor dem darauf folgenden Messdurchgang durchliefen sämtliche Formstoffe 

mehrere Temperaturwechselzyklen, indem sie zunächst auf -30 °C herabgekühlt und 

anschließend in einem vorgeheizten Wärmeschrank schnell auf eine Temperatur aufgeheizt 

wurden, die ca. 10 % oberhalb ihrer Glasumwandlungstemperatur (T G ) und maximal bei 

180 °C (Temperaturklasse H) lag. Die TE-Einsetzspannungen sowie die TE-Charakteristiken 

der Nadel-Platte-Proben wurde vor und nach 3, 6, 9 und 12 thermischen Wechselbeanspruchungszyklen 

erfasst. Um zu sehen, ob die beobachteten Veränderungen des TE-Verhaltens 

der Formstoffe dauerhaft waren oder ob es sich nur um temporäre Erscheinungen handelte, 

erfolgte frühestens 220 Tage nach den letzten Untersuchungen ein weiterer Messdurchgang, 

wobei die Prüflinge in der Zwischenzeit nicht beansprucht, sondern lediglich lichtgeschützt 

bei Raumtemperatur gelagert wurden. 

In Bild 2 sind die arithmetischen Mittelwerte der TE-Einsetzspannungen der sechs Formstoffe 

in Abhängigkeit von der Anzahl der thermischen Wechselbeanspruchungszyklen dargestellt. 

Dem Abszissenwert 12a sind dabei die Werte zugeordnet, die nach der Ruhephase der Prüf-

- 20 - 

25 

Araldit-Harzsystem 

Rütapox-Harzsystem 

Blendur-Harzsystem 

U TE 

kV 

15 

10 

5 

Quarzmehl 

Wollastonit 

0 

Bild 2 

0 3 6 9 12 12a 

n tW 

0 3 6 9 12 12a 

n tW 

0 3 6 9 12 12a 

n tW 

TE-Einsetzspannung von sechs Reaktionsharzformstoffen in Abhängigkeit von der 

Anzahl der thermischen Wechselbeanspruchungen 

linge gemessen wurden. Anhand der Diagramme ist zu erkennen, dass für alle Formstoffe mit 

den ersten drei Wechselbeanspruchungen ein mehr oder weniger deutlicher Rückgang der TE- 

Einsetzspannungen zu verzeichnen ist. Spätestens nach dem sechsten Temperzyklus bleiben 

sie dann nahezu konstant und zeigen auch nach der Ruhephase der Proben keine signifikanten 

Veränderung. Offensichtlich werden bereits durch die ersten drei thermischen bzw. mechanischen 

Beanspruchungen innerhalb der Probekörper diejenigen Fehlstellen erzeugt, welche die 

TE-Festigkeit determinieren, so dass eine weitere mögliche Materialschädigung durch die folgenden 

Beanspruchungen keine weiteren, mit Hilfe der TE-Einsetzspannungsbestimmung 

detektierbaren Auswirkungen haben. Darüber hinaus ist den Diagrammen in Bild 2 zu entnehmen, 

dass die TE-Festigkeit vor allem im Neuzustand der Materialien in erster Linie vom verwendeten 

Harzsystem und weniger vom Füllstoff abhängig sind. Auf einem Harzsystem 

basierende Formstoffe zeigen nahezu identische Kurvenverläufe, wobei die Rütapox-Systeme 

vor allem im Neuzustand die weitaus höchsten und die Blendur-Formstoffe stets die niedrigsten 

Einsetzspannungen aufweisen. 

Weitere Information zur Entwicklung des TE-Verhaltens bei fortdauernden thermischen 

Wechselbeanspruchungen kann den so genannten Ladungsamplituden/Phasenverteilungen 

entnommen werden, wie sie in Bild 3 zu sehen sind. In diesen Diagrammen ist jede Teilentladung 

mit ihrem scheinbaren Ladungsinhalt und ihrer Phasenlage zur Beanspruchungsspannung 

mit einem Punkt gekennzeichnet. Je dunkler der Punkt, desto häufiger trat an dieser Position 

ein Impuls auf. Wie bereits die Ergebnisse der TE-Einsetzspannungsuntersuchungen 

gezeigt haben, geht vom verwendeten Füllstoff ein deutlich geringerer Einfluss aus, als vom 

verwendeten Harzsystem. Daher sind in Bild 3 exemplarisch für beide Araldit-Formstoffe die 

an einem mit Quarzmehl gefüllten Prüfling ermittelten Resultate dargestellt. Anhand der Diagramme 

werden nun verschiedene Effekte deutlich. So nehmen die Häufigkeit und der mittlere 

scheinbare Ladungsinhalt der TE-Impulse kontinuierlich mit steigender Anzahl der Temperzyklen 

zu, was aus den größer und dunkler werdenden Entladungswolken hervorgeht. Erst 

nach der Ruhephase der Probekörper nimmt insbesondere die Häufigkeit der aufgenommenen 

Entladungen wieder ab. Hieraus lässt sich ableiten, dass durch die wiederholten thermisch 

bedingten mechanischen Wechselbeanspruchungen Risse oder allgemein Fehlstellen in zunehmender 

Anzahl innerhalb des Formstoffs im Hochfeldbereich erzeugt werden, was sich 

folgerichtig in einer Zunahme der Impulsanzahl äußert. Zudem ist anzunehmen, dass sich 

bereits vorhandene Fehlstellen bezüglich ihrer Abmessungen ausdehnen und somit unter Berücksichtigung 

des kapazitiven Ersatzschaltbilds eines fehlstellenbehafteten Dielektrikums 

auch ladungsintensivere TE-Impulse zu erwarten sind. Die Verringerung der TE-Aktivität 

nach der Ruhephase der Prüflinge kann zwei Ursachen haben. So ist denkbar, dass während 

der Probenherstellung innerhalb des Formstoffs eingefrorene mechanische Verspannungen im

- 21 - 

Laufe der Zeit eine Veränderung der Materialstruktur bewirken, mit der Folge, dass zuvor, 

durch die Wechselbeanspruchungen entstandene Risse wieder „zusammengedrückt“ werden 

Als zweite Möglichkeit ist Feuchtigkeit zu nennen, die während der Lagerung in das Material 

eindiffundiert, so dass Teile der Rissstrukturen leitfähig werden und hier keine TE mehr zünden 

können. 

0 

3 

6 

9 

12 

12a 

Bild 3 

Ladungsamplituden/Phasen-Verteilungen des mit Quarzmehl gefüllten Araldit- 

Formstoffs vor und nach thermischen Wechselbeanspruchungen 

Derartige Beobachtungen konnten für die Mehrzahl der Nadel-Platte-Prüflinge der beiden 

Rütapox-Formstoffe nicht gemacht werden, da hier ein anderer Effekt zum Tragen kam. Aufgrund 

der hohen TE-Resistenz dieser Materialien im Neuzustand, fanden gemäß der eingangs 

vorgestellten Versuchsparameter die weiteren TE-Messungen auch bei einer hohen Beanspruchungsspannung 

statt. Diese lag nach den ersten drei Temperzyklen wegen des deutlichen 

Rückgangs der TE-Festigkeit signifikant oberhalb der nun gemessenen Einsetzspannungen 

der Proben. Als Folge davon stellte sich bei beiden Rütapox-Formstoffen zumeist eine 

Ladungsamplituden/Zeit-Verteilung ein, wie sie exemplarisch in Bild 4 dargestellt ist. In dem 

Diagramm ist zusätzlich der Verlauf der 

Prüfspannung eingetragen und es wird deutlich, 

dass mit steigender Beanspruchung zunächst 

die TE-Einsetzspannung und später 

eine Art TE-Aussetzspannung erreicht wird, 

oberhalb der nur noch vereinzelte Impulse mit 

hohem Ladungsinhalt auftreten. Dieses 

Phänomen kann mit dem Gasdruck erklärt 

werden, der innerhalb der als TE-Quelle 

wirkenden Fehlstelle herrscht. Durch 

Bild 4 

Ladungsamplituden/Zeit-Verteilung 

und Verlauf der Beanspruchungsspannung 

des mit Quarzmehl gefüllten 

Rütapox-Formstoffs 

teilentladungsbedingte Zersetzungsprodukte 

kann dieser Druck signifikant ansteigen, was 

nach dem Paschengesetz in einer höheren 

Durchschlagfestigkeit der Fehlstelle resultiert. 

Folglich wird bei weniger Gaseinschlüssen 

die Zündspannung erreicht, als noch zu

- 22 - 

Beginn der Messung, was in der beobachteten Zunahme der TE-Einsetzspannung des 

Materials und der deutlichen Reduzierung der Impulsanzahl resultieren kann. 

Die epoxidmodifizierten Isocyanatsysteme zeichnen sich durch eine hohe Glasumwandlungstemperatur 

(T G ) aus, die mit ca. 300 °C etwa dreimal so groß ist, wie die der beiden auf 

Epoxidharzen basierenden Systeme (Araldit: ca. 115 °C, Rütapox: ca. 85 °C). Daher wurde 

für die Blendur-Systeme bei der thermischen Wechselbeanspruchungen die maximale Temperatur 

zu 180 °C festgelegt. Sie überstieg damit nicht die T G dieser Formstoffe, wie bei den 

beiden zuvor behandelten Materialgruppen. Als Vertreter der Blendur-Systeme sind in Bild 5 

die Ladungsamplituden/Phasen-Verteilungen eines quarzmehlgefüllten Prüflings dargestellt. 

Hierbei wird deutlich, dass eine Zunahme der Impulsanzahl und insbesondere der Ladungsinhalte, 

also eine Vergrößerung der Entladungswolken, relativ zu den Araldit-Formstoffen 

weniger deutlich und lediglich bis zum sechsten Temperzyklus zu verzeichnen ist. Die darauffolgenden 

thermischen Wechselbeanspruchungen üben keinen weiteren signifikanten Einfluss 

aus, bis nach der Ruhephase der Proben die TE-Aktivität wieder nachlässt. Offensichtlich ist 

0 

3 

6 

9 

12 

12a 

Bild 5 

Ladungsamplituden/Phasen-Verteilungen des mit Quarzmehl gefüllten Blendur- 

Formstoffs vor und nach thermischen Wechselbeanspruchungen 

die Zunahme der Rissstrukturen innerhalb der Blendur-Systeme weniger stark ausgeprägt, als 

bei den Araldit-Formstoffen, was mit der geringeren relativen Beanspruchung der Isocyanatsysteme 

bei den Temperzyklen oder mit der hohen thermischen Stabilität dieser Isolierstoffe 

erklärt werden kann. In diesem Zusammenhang ist weiterhin festzustellen, dass die TE bei 

den Blendur-Formstoffen außer im Neuzustand des Materials stets kleinere Ladungsinhalte 

aufweisen als bei den Araldit-Systemen. Dies ist ebenfalls als Indiz für eine weniger stark 

ausgeprägte Materialschädigung der epoxidharzmodifizierten Isocyantsysteme anzusehen. 

Abschließend ist mit Blick auf die Diagramme in Bild 5 noch der bei einigen Messungen 

deutlich werdende Polaritätseffekt zu nennen. So wurden z. B. im Neuzustand des Prüflings 

oder auch nach seiner Ruhephase deutlich mehr positive als negative Entladungen erfasst. 

Ursächlich hierfür können ortsfeste negative Raumladungen sein, die sich im Hochfeldbereich 

vor der Spitzenelektrode aufbauen. Diese hätten eine signifikante Feldüberhöhung in der positiven 

und eine verminderte Feldstärke in der negativen Spannungshalbwelle zur Folge, mit 

dem Resultat, dass je nach Polarität der Beanspruchungsspannung bei mehr oder weniger 

potenziellen TE-Quellen die Zündspannung erreicht wird.

- 23 - 

Dipl.-Ing. M. Reuter 

Erfassung des Alterungszustandes von VPE-Isolierungen für Hochspannungskabel 

Polymerisolierte Kabel aus vernetztem Polyethylen (VPE) werden heutzutage in allen Spannungsebenen 

der Kabelnetze von Energieversorgungssystemen eingesetzt. Verantwortlich 

dafür sind vornehmlich die guten dielektrischen und thermischen Eigenschaften, die relativ 

einfache Herstellung sowie Installation und darüber hinaus die weitgehende Wartungsfreiheit 

dieser Systeme. Fertigungstechnische Qualitätsmerkmale wie Dreifachextrusion von Isolierund 

Leitschichten sowie die Optimierung der Werkstoffgüte und der Aufbaukonstruktionen - 

insbesondere gegenüber schädigenden Umwelteinflüssen - ermöglichen inzwischen eine hohe 

Alterungsstabilität der Kabel. Während des Betriebes unterliegen einwandfrei gefertigte, 

fachgerecht verlegte und entsprechend gegenüber Umwelteinflüssen konstruktiv geschützte 

Kabelsysteme elektrischen und thermischen Beanspruchungen. 

Vor diesem Hintergrund wurde ein Laboralterungsprogramm an Kabelproben mit vollständigem 

Aufbau durchgeführt , wobei als wesentliche Parameter die elektrische Feldstärke, die 

Leitertemperatur und die Alterungsdauer variiert wurden. Für die experimentellen Untersuchungen 

wurde ein in Anlehnung an VDE 0276-620 

gefertigtes Modellkabel (6/10 kV) verwendet, dass 

hinsichtlich der verwendeten Werkstoffgüte dem 

Anwendungsbereich für Hochspannung zugeordnet 

werden kann. Das Modellkabel wurde gegenüber realen 

Hochspannungskabeln mit reduzierten Dimensionen 

gefertigt und ist in Bild 1 schematisch dargestellt. Die 

Einstellung der verschiedenen Leitertemperaturen wurde 

durch induktive Erwärmung der Kabelprüflinge unter 

Verwendung von Ringkernstromwandlern realisiert. 

Dazu wurde zu Beginn der Untersuchungen an einer 

Referenzprobe eine Kalibrierkurve zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen Leitertemperatur 

des Prüflings und einzuprägendem Heizstrom ermittelt. Die Beaufschlagung der Probenkollektive 

mit unterschiedlichen elektrischen Feldstärken erfolgte sowohl mit Silikonaufschiebeendverschlüssen 

als auch unter Einsatz eines Wasserendverschlußsystems zur resistiven 

Feldsteuerung bei Netzfrequenz. Die Prüflingskapazität betrug dabei etwa 540 pF. In 

Tabelle 1 sind die wesentlichen Parameterbereiche des Laboralterungsprogramms aufgeführt. 

Bereich 

Alterungsparameter ohne Feldsteuerung 

Silikonaufschiebeendverschluss 

Wasserendverschluss 

elektrische Feldstärke [kV/mm] 0 max. 13,1 max. 48,8 

Leitertemperatur [°C] 50...130 20...130 20...110 

Dauer [h] 100...2000 max. 8764 max. 100 

Tabelle 1 

Übersicht der wesentlichen Bereiche der Alterungsparameterkombinationen 

Einige Ergebnisse über Untersuchungen zur Erfassung des Alterungszustandes von VPE-Isolierungen 

für Hochspannungskabel werden exemplarisch vorgestellt. Es wurden zwei Prüfverfahren 

angewendet, indem an jeweils einem Teilkollektiv der unterschiedlichen Alterungsparameterkombinationen 

mit Silikonaufschiebeendverschlüssen nach einer maximalen Beanspruchungsdauer 

von 5000 h eine zerstörende Restfestigkeitsbestimmung mit netzfrequenter 

Wechselspannung in Anlehnung an den FGH-Stufentest durchgeführt wurde und an dem 

entsprechend anderen Kollektivteil nichtzerstörende isotherme Depolarisationsstrommessungen. 

Mit diesen beiden Methoden kann eine Isolationscharakterisierung integral sowie 

differential erfolgen. Zur Durchführung der isothermen Depolarisationsstrommessungen 

2,8 

Kupferleiter 

VPE-Isolation 

11,7 

12,8 

18,3 

19,5 

Bild 1 Verwendetes Modellkabel

- 24 - 

wurde der in Bild 2 prinzipiell beschriebene Aufbau verwendet. Dabei wurde nach einer 

Gleichspannungsformierung der Kabelprüflinge mit 1 kV sowie optional mit 3 kV für die 

U DC 

Bild 2 

Umgebungsbedingungen durchgeführt. 

Der Messablauf erfolgte 

vollautomatisch, so dass vergleichbare 

Messzyklen realisiert werden 

konnten. Im Anschluss an die Relaxationsstrommessungen 

wurden die generierten 

Messkurven geeignet weiterverarbeitet, 

um charakteristische Kenngrößen 

zur Auswertung zu erhalten. Dazu 

wurden die im Zeitbereich ermittelten 

Messdaten zunächst mit einem Ausreißertest 

nach Nalimov bearbeitet und anschließend 

unter Verwendung von Gleichung (1) 

nach einer modifizierten Methode des 

Simulated Annealing angenähert. 

3 

() t = I0 

+ ∑ 

i= 

1 

−t 

τi 

i a ⋅ e 

(1) 

depol. 

A 

R L 

R K 

R M 

i 

Kabelprobe 

Messwerterfassungssystem 

denz ist für die jeweiligen Zeitkonstanten unterschiedlich ausgeprägt, so dass von 

verschiedenen Relaxationsmechanismen mit unterschiedlichem Temperaturverhalten auszu- 

Prinzipieller Messaufbau zur Erfassung von 

Relaxationsströmen 

Dauer von 30 min und daran anschließender 

Kurzschlusszeit von 

5 s der Entladestrom der Prüfkapazität 

über 30 min aufgezeichnet. 

Alle Messungen wurden in einer 

geschirmten Versuchszelle mit 

einem durchschnittlichen Störpegel 

von etwa 4 pA bei klimatischen 

Bild 3 a) - c) Relaxationszeitkonstanten τ 1...3 

nach einer 5000 h Alterung mit 

13,1 kV/mm und Temperaturen 

zwischen 20 und 130 °C 

Ohne Einsatz von empirischen Startwerten 

wurde dabei durch Multistartvarianten mit 

Zufallszahlen sowie deterministischer Akzeptanzfunktion 

eine iterative Prozedur zur 

Bestimmung globaler Optima der Gleichungsparameter 

implementiert. Die in den 

Diagrammen dargestellten Werte der Zeitkonstanten 

τ 1...3 repräsentieren die Mittelwerte 

und Stichprobenstandardabwiechungen 

von jeweils 5 Auswertungsdurchgängen. 

In den Bildern 3 a) bis c) sind die ermittelten 

Relaxationszeitkonstanten τ 1...3 

von Kabelproben nach einer 5000 stündigen 

Alterung mit einer elektrischen Feldstärke 

von 13,1 kV/mm und Temperaturen zwischen 

20 und 130 °C dargestellt. Den Diagrammen 

ist zu entnehmen, das die eingezeichneten 

Ausgleichskurven der Zeitkonstanten 

ansteigendes Verhalten mit zunehmender 

Temperatur aufweisen. Diese Ten- 

τ1 / s 

τ2 / s 

τ3 / s 

20 

16 

12 

8 

4 

0 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

1000 

800 

600 

400 

200 

E A 

t A 

E A 

t A 

E A 

t A 

= 13,1 kV/mm 

= 5000 h 

= 13,1 kV/mm 

= 5000 h 

= 13,1 kV/mm 

= 5000 h 

0 20 40 60 80 100 120 140 

Temperatur / °C 

a) 

b) 

c)

- 25 - 

gehen ist. Als Ursache für diesen Temperatureinfluss auf die Amplituden der Relaxationszeitkonstanten 

können Konformationsbewegungen der amorph-kristallinen Interphase und damit 

erhöhte Mobilitäten der Polymerketten angeführt werden. 

τ i 

/ s 

Bild 4 

10000 

1000 

100 

10 

1 

τ 1 

τ 2 

τ 3 

Zeit / h 

8764 100 100 

13,1 36,4 45,5 

E Alterung 

/ (kV/mm) 

20 °C 

Relaxationszeitkonstanten τ 1...3 nach 

unterschiedlichen Alterungszeiten 

in Abhängigkeit von der 

Alterungsfeldstärke 

Bild 4 enthält Ergebnisse zum Einfluss 

von verschiedenen Feldstärke / Beanspruchungsdauer- 

Kombinationen bei 

einer Alterungstemperatur von 20 °C 

auf die Amplituden der Relaxationszeitkonstanten 

τ 1...3 . Die Darstellung 

zeigt zunächst für die Zeitkonstanten 

τ 1, 2 eine Amplitudenvergrößerung mit 

ansteigenden Alterungsfeldstärken, 

wobei die Kombination mit relativ 

hoher Beanspruchungsfeldstärke und 

vergleichsweise kurzer Alterungsdauer 

scheinbar energetisch tiefer gebundene 

Ladungsträger mit dem Messverfahren 

zu detektieren vermag als eine im Vergleich 

dazu deutlich längere Einwirkung 

einer wesentlich geringeren 

Alterungsfeldstärke auf den Isolierstoff. 

Ein tendenziell anderer Trend 

kann hingegen dem Amplitudenverhalten der Relaxationszeitkonstanten τ 3 entnommen werden. 

Eine ausreichend hohe elektrische Feldstärke entsprechend dem allgemein diskutierten 

Schwellwertbereich für den Einsatz von Alterungsmechanismen nach dem thermodynamischen 

Ansatz über eine vergleichsweise lange Alterungszeit kann scheinbar dem isothermen 

Messverfahren Ladungsträger zugänglich machen, deren Relaxationszeitkonstanten größer 

sind als die bei den zuvor beschriebenen Feldstärke / Beanspruchungsdauer-Kombinationen. 

Neben den exemplarisch dargestellten Ergebnissen über zerstörungsfreie Untersuchungen zur 

Erfassung des Einflusses verschiedener Alterungsparameterkombinationen entsprechend 

Tabelle 1 auf alterungsrelevante Kenngrößen 

zur Isolationscharakterisierung sind in 

Bild 5 Resultate von materialzerstörenden 

Restfestigkeitsuntersuchungen an VPE- 

Modellkabelproben aufgetragen. Das Diagramm 

zeigt die Kennwerte einer zweiparametrigen 

Weibullauswertung mit einer 

Maximum-Likelihood-Parameterabschätzung 

samt 95-%-Vertrauensbereiche. Die 

Kollektivgröße betrug dabei mindestens 5 

Proben. Aus der Darstellung geht hervor, 

dass mit zunehmender Alterungstemperatur 

bei konstanter Beanspruchungsfeldstärke- 

und dauer von 13,1 kV/mm sowie 

5000 h die elektrische Restfestigkeit der 

VPE-Modellkabel eine leicht abnehmende 

Tendenz aufweist. Die Festigkeitsreduktion 

beträgt dabei zwischen 20 und 130 °C 

etwa 10 %. 

E RF 

/ E 0 

75 

60 

45 

30 

E A 

t A 

15 

E o = 2,62 kV/mm 

0 

0 20 40 60 80 100 120 140 

Temperatur / °C 

= 13,1 kV/mm 

= 5000 h 

Bild 5 Auf die Betriebsfeldstärke E 0 

bezogene Restfestigkeit E RF von 

VPE-Modellkabelproben nach 

5000 h elektrisch-thermischer 

Alterung

- 26 - 

M. Sc. Amir Abbas Shayegani Akmal 

Dielektrische Antwort als Parameter zur Bestimmung des Alterungszustandes von 

festen/flüssigen Isoliersystemen 

Transformatoren sind eine der wichtigsten und kostenintensivsten Komponenten der 

elektrischen Energieversorgungsnetze. Eine Betrachtung der Alterstruktur der 

Transformatoren bei verschiedenen EVUs zeigt, dass viele der Transformatoren bereits viele 

Jahre in Betrieb sind. Da infolge der Deregulierung die Energieversorgungsunternehmen zur 

Kostenersparnis gezwungen werden, erfordern die hohen Kosten für das Betriebsmittel 

Transformator und deren hohes Alter zunehmend Maßnahmen für Monitoring- und Diagnose. 

Der Zustand des Papiers im flüssigen/festen Isoliersystem von Transformatoren kann mit 

einer dielektrische Antwortmessung erfasst werden, weil die Alterungsprozesse die 

molekulare Struktur des Papiers beeinflussen und diese Änderungen einen Effekt auf die 

dielektrische Eigenschaften der Isolierung haben. 

Die Erfassung der dielektrischen Antwort basiert auf unterschiedlichen Messverfahren im 

Zeit- und Frequenzbereich. Bei der dielektrischen Spektroskopie im Zeitbereich werden die 

Wiederkehrspannung (RVM) und der Polarisation/Depolarisationsstrom (PDC) gemessen. 

Die dielektrische Spektroskopie im Frequenzbereich (FDS) wird mit der Verlustfaktor- und 

Kapazitätsmessung in einem Frequenzbereich von mHz bis kHz durchgeführt. Alle erwähnten 

Methoden sind gleichwertig, da sie auf der selben physikalischen Grundlage basieren, indem 

sie die Leitung- und Polarisationserscheinung in den Isolierungen aufzeigen. Die aus den 

Messungen ermittelten quantitativen Parameter der PDC-Messung basieren auf der 

Nachbildung des Verlaufes der Depolarisationsströme durch drei Exponentialfunktionen. 

In den untersuchten Prüfsystemen wurde neues und gealtertes Öl in Verbindung mit 

Pressspanplatten verwendet, wobei die Alterung bei einer Temperatur von 115°C erfolgte und 

das Öl mit den Katalysatoren Kupfer und Eisen mit je 3 mg/l beaufschlagt war. Der 

Wasserinhalt der Proben wurde variiert, um den Einfluss der Feuchte zu ermitteln. Tabelle 1 

zeigt die Eigenschaften der Prüflinge. 

Prüfling Alterungszeit Wasser Index 

250 Stunden, 22ppm A 

gealtert 

500 Stunden, 12ppm B 

1000 Stunden, 18ppm C 

2000 Stunden, 25ppm D 

- 12ppm 1 

neu 

- 15ppm 2 

- 24ppm 3 

- 26ppm 4 

Tabelle 1: Eigenschaften der Prüflinge

- 27 - 

Für die Ermittlung der Parameter der Exponentialfunktionen wird zuerst der 

Depolarisationsstrom in drei Dekaden aufgeteilt und zwar in die Dekaden von 10-100 s, 100- 

1000 s und 1000-10000 s. Dann wird jeder Teil mit einer Exponentialfunktion angenähert. 

Bild 1 zeigt das Ablaufdiagram der Methode. 

Depolarisationsstrom 

Wahl der Dekade 

Nächste 

Dekade 

Anpassung der 

Exponentialfunktion 

Grenzen 

a k 

,τ k 

τ 

[ ] 

k 

i 

dpol 

− a 

k 

e 

t 

letzte Dekade 

Parameter 

Bild 1 Das Ablaufdiagramm der Depolarisationskurvenbestimmung 

Für normalisierte Zeitkonstante können die Ergebnisse der unterschiedlichen Proben 

verglichen werden. Aus Bild 2 ist zu erkennen, dass die Zeitkonstante des mittleren 

Zeitbereiches für neue Prüflinge kleiner ist als die Zeitkonstanten des ersten und dritten 

Zeitbereiches. Für gealterte Prüflinge hingegen ist die Zeitkonstante für den dritten 

Zeitbereich kleiner als für die beiden anderen. 

7.00E+00 

6.00E+00 

5.00E+00 

4.00E+00 

3.00E+00 

2.00E+00 

1.00E+00 

0.00E+00 

Normalisierte Zeitkonstante 

A B C D 1 2 3 4 

Prüfling 

Bild 2 Vergleich zwischen den Zeitkonstanten

- 28 - 

Aus Bild 3 ist es zu erkennen, dass die Amplitude der Exponentialfunktion des mittleren 

Zeitbereiches deutlich die Alterung des Prüflings charakterisiert. 

5.00E-10 

4.50E-10 

4.00E-10 

3.50E-10 

3.00E-10 

2.50E-10 

2.00E-10 

1.50E-10 

1.00E-10 

5.00E-11 

0.00E+00 

Amplitude des mittleren Zeitbereiches 

A B C D 1 2 3 4 

Prüfling 

Bild 3 Amplitude der Exponentialfunktion des mittleren Zeitbereiches 

Für etwa gleiche Feuchtigkeitsanteile der Prüflinge A und D für gealterte Prüflinge und 3 und 

4 für neue Prüflinge ist die Amplitude für den Prüfling D deutlich größer, so dass hier bereits 

eine Charakterisierung des Prüflings in Richtung Alterung erfolgen kann. 

Es ist auch zu erkennen, dass Alterung und Feuchte einen Einfluss haben, so dass sorgfältig 

bei der Analyse darauf geachtet werden muss, ob die Feuchte durch eine mangelhafte 

Behandlung der Proben oder durch Aufnahme der Feuchte während des Betriebs durch äußere 

Einflüsse oder infolge von Alterungsprozessen erzeugt wurde.

- 29 - 

Dipl.-Ing. V. Wasserberg 

Untersuchungen über ein neues System zur Verlängerung der Lebensdauer von frei 

atmenden Transformatoren 

In einem frei atmenden Transformator, wie er bislang schwerpunktmäßig in Deutschland eingesetzt 

wird, steht die flüssige Isolierung, die bei den allermeisten Transformatoren aus 

mineralischem Transformatorenöl besteht, systembedingt in direktem Kontakt mit dem Sauerstoff 

der Umgebungsluft. Bei der Inhalation von Luft kann Wasser aus der Umgebung aufgenommen 

werden, da insbesondere bei einer rapiden Abkühlung des Transformators zum Beispiel 

nach einer Abschaltung im Winter große Luftvolumina aufgenommen werden, die in der 

kurzen Zeitspanne, in der sie die Trockenvorlage passieren, nur unzureichend getrocknet 

werden können. Aufgrund der dadurch verursachten Oxidation und Hydrolyse wird die Alterung 

der Isolierstoffe beschleunigt. 

Eine neue Möglichkeit, den Anforderungen an reduzierte Oxidation und Hydrolyse, die zu 

einer Verlängerung der Lebensdauer führen, zu entsprechen ist auch am Betriebsort 

einsetzbar, da sie nur unwesentliche Modifikationen der Transformatorkonstruktion erfordert. 

Grundidee ist die Installation einer flexiblen Membran über der Oberfläche des Ölstandes im 

Ausgleichsbehälter, die eine Sperre gegen Sauerstoff darstellt und gleichzeitig Wasser aus der 

Isolierflüssigkeit entzieht. Ein Gas, dass diese Forderungen erfüllt, ist Kohlendioxid CO 2 , das 

schwerer als Luft, inert, nicht giftig, preiswert und wasseradsorbierend ist. 

Ein Konzept für die Anwendung eines CO 2 - Gaspolsters an einem atmenden 

Leistungstransformator ist schematisch im folgenden Bild 1 dargestellt. Das Gas aus einer 

Druckgasflasche wird mit einem Druck- und Durchflussminderer auf einen geringen 

Gasstrom reduziert und in den Ausgleichsbehälter oberhalb des maximalen Ölstandes 

eingeblasen. Dort verdrängt es die Luft, nimmt Feuchtigkeit aus der Isolierflüssigkeit auf und 

verlässt den Transformator über das bereits bestehende, ursprünglich für die Verbindung des 

Ausgleichsbehälter 

CO 2 - Zuführung 

Gasstrom 

Gasabfluß über 

bestehendes 

Atemrohr 

Isolierflüssigkeit 

Bild 1 

Schematische Darstellung des neuen Systems zur Reduktion der Pyrolyse und 

Hydrolyse atmender Transformatoren mit Hilfe von Kohlendioxid CO 2

- 30 - 

Bild 2 

1,2 Getrocknete Luft 

3,4 500 h getrocknete Luft, 500 h CO 2 

5,6 CO 2 

Farbveränderungen der Isolierölproben 

nach künstlicher Alterung unter 

verschiedenen Atmosphären 

Ausgleichsbehälters mit der Umgebung 

dienende Atemrohr. Wie sich bei den 

Versuchen zeigte, reicht bereits ein sehr 

geringer Gasstrom aus, um den 

erwünschten Effekt der Alterungsreduktion 

durch Verminderung der Oxidation und 

Hydrolyse zu erreichen. 

Neben dem Einfluss des Kohlendioxids auf 

die elektrischen und dielektrischen Eigenschaften 

neuer Isolierstoffe wurde auch die 

Beeinflussung gealterter Isoliersysteme 

untersucht. Als Modell des 

Ausgleichsbehälters dienten 

Exsikkatoren, die über ihren 

Glasschliffanschluss am Deckel 

mit den zu untersuchenden 

Gasen über einen Gaswaschflaschenaufsatz, 

der die zugeführten 

Gase direkt auf die 

Oberfläche der Isolierflüssigkeit 

leitete, beströmt werden 

konnten. In einem Wärmeschrank 

wurden die Proben 

thermischen Beanspruchungen 

von 105 und 150 °C ausgesetzt, 

um sowohl den normalen Betrieb 

als auch den Überlastfall zu 

simulieren.. Es wurden jeweils 

zwei Proben mit durch eine 

Teilentladungseinsetzspannung 

35 

kV 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

Bild 4 

Neuöl 

Alterung unter: 

Luft 

Luft/CO 2 

CO 2 


80 

kV 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

Bild 3 

Teilentladungseinsetzspannung 

nach IEC 60270 der Isolierölproben 

nach künstlicher Alterung unter verschiedenen 

Atmosphären 

20 

40 60 80 

Temperatur 

Neuöl 

Luft 

Luft / CO 2 

CO 2 

Durchschlagspannungen nach IEC 60156 der Isolierölproben 

nach künstlicher Alterung unter 

verschiedenen Atmosphären 

Silikagel- Vorlage getrockneter Luft, zwei mit 

Kohlendioxid aus einer handelsüblichen 

Gasflasche und zwei weitere zunächst 

ebenfalls mit Luft begast. Diese zwei 

Exsikkatoren wurden nach der Hälfte der 

Alterungszeit (500 h) auf eine Begasung mit 

CO 2 umgestellt, womit die Applikation des 

neuen Systems an einem alten Transformator, 

der bereits eine längere Betriebszeit als 

luftatmender Transformator aufweist, 

nachgebildet werden sollte. Bild 2 zeigt die 

Farbveränderung der Ölproben nach Abschluss 

der Versuche. 

Der wichtigste Parameter, der die Eigenschaft 

einer Flüssigkeit als Isolierstoff charakterisiert, 

ist die Durchschlagspannung nach IEC 60156. 

Die Ergebnisse der durchgeführten 

Durchschlaguntersuchungen an den unter 

verschiedenen Atmosphären gealterten Proben 

sind in Bild 3 zusammengefasst. 

°C

- 31 - 

Es zeigt sich, dass die unter Luftkontakt gealterten Proben die schlechtesten 

Durchschlagwerte aufweisen während die unter strömendem Kohlendioxidgas gealterten 

Proben nahezu die Werte des Neuöles erreichen. Diese Aussage gilt auch für die ermittelten 

Teilentladungseinsetzspannungen nach IEC 60270, wie sie in Bild 4 dargestellt sind. 

Der Verlustfaktor ist ein sehr sensitiver Indikator für die Degradation eines Isolierstoffes. Die 

Messung dieser Kenngröße erfolgte 

gemäß IEC 60247, die Ergebnisse 0,07 

der Messungen sind in Bild 5 

0,06 

Neuöl 

dargestellt. Auch hier zeigt sich das 

Alterung unter: 

0,05 

im Vergleich zu den mit Luft 

Luft 

begasten Proben überlegene 0,04 

Verhalten der kohlendioxidbegasten 

CO 2 

0,03 

Muster, die wiederum nahezu die 

Werte des Neuöles erreichten. 

0,02 

Wie sich mit den Untersuchungen 

gezeigt hat, lässt sich mit der 

Anwendung des CO 2 - Gaspolsters 

die Alterungsgeschwindigkeit reduzieren, 

ohne dass die Isolierstoffe 

gefährdet werden oder umfangreicher 

konstruktiver Aufwand 

notwendig ist. Der Nachteil erhöhter 

Verlustfaktor 

0,01 

0 

Bild 5 

20 30 40 50 60 70 °C 90 

Temperatur 

Verlustfaktor tan δ nach IEC 60247 der 

Isolierölproben nach künstlicher Alterung 

unter verschiedenen Atmosphären 

Betriebskosten, der sich aus den Aufwendungen für die Versorgung mit dem Kohlendioxid 

und die dafür notwendigen Serviceleistungen ergibt, wird durch die Verlängerung der 

Lebensdauer kompensiert, so dass für den Betreiber eine Optimierung des Nutzen seiner 

bestehenden Transformatoren erreicht wird.

- 32 - 

Dipl.-Ing. P. Werle 

Zustandsbeurteilung von Leistungstransformatoren 

Die Liberalisierung und Deregulierung der Energiemärkte, wie sie zur Zeit in vielen Ländern 

weltweit erfolgt, zwingt die Betreiber elektrischer Energieanlagen besondere Maßnahmen 

bezüglich einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit zu ergreifen. Als wesentliche Ziele sind hier 

neben der Lastoptimierung der Komponenten vor allem die Verlängerung der Restnutzungsdauer 

der Betriebsmittel zu nennen, um so eine Minimierung von Neuinvestitionen zu 

erreichen. Daher sind Strategien erforderlich für ein effektives, lebenslanges Management für 

besonders wertvolle oder relevante Einheiten im Energieübertragungs- und -verteilungsnetz, 

die eine bessere Planung und ein optimiertes Handeln bei kritischen Zuständen erlauben. 

Um jedoch derartige Zustände rechtzeitig zu erkennen, sind vielfältige Diagnosemessungen 

notwendig, wobeigrundsätzlich unterschieden werden kann zwischen elektrischen, 

chemischen, akustischen und optischen Verfahren. Einen Überblick über die wichtigsten 

Methoden ist Tabelle 1 zu entnehmen, wobei mittlerweile fast alle Verfahren automatisiert 

wurden und die Geräte für diese Methoden am Markt verfügbar sind. 

Methode 

Zweck 

Widerstandsmessungen 

Detektion von Unterbrechungen oder schlechten 

Kontakten für alle Stufungen 

■ 

Isolationswiderstandsmessungen Bestimmung der Isolationsfestigkeit ■ 

Übersetzungsmessungen Detektion von Windungs- oder Lagenschlüssen ■ 

FRA 

(Frequency Response Analysis) 

RVM 

(Recovery Voltage Measurement) 

FDS 

(Frequency Domain Spectroscopy) 

PDC 

(Polarization Depolarization Current) 

Detektion von Windungsschlüssen und Spulendeformationen 

Bestimmung der Papierfeuchte / Alterungszustand 

Bestimmung der Papierfeuchte 

Bestimmung der Papierfeuchte 

Teilentladungsmessungen Detektion von Schwachstellen in der Isolierung ■ 

DGA 

(Dissolved Gas Analysis) 

Integrale Ermittlung von elektrischen oder 

thermischen Fehlern 

Ölparameter Bestimmung der Isolierölqualität Χ Χ 

Furananalyse 

Bestimmung des Grades des Papierabbaus bzw. 

der Papieralterung 

Χ Χ 

DP 

(Degree of Polymerization) 

Bestimmung der Isolierpapierqualität Χ Χ 

Visuelle Inspektion 

Detektion von Leckagen, Verschmutzungen, 

Verschleiß und ungenügendem Korrosionsschutz 

■ 

Thermografie Ermittlung von Wärmequellen und Heißpunkten ■ 

UV-Kamera Detektion von Korona-Impulsen ■ 

Χ 

Online 

Offline 

■ 

■ 

■ 

■ 

Χ 

Art 

elektrisch 

chemisch optisch 

Tabelle 1 Methoden zur Zustandsdiagnose von Transformatoren 

Insbesondere für Transformatoren wurden unterschiedlichste Teilentladungsdetektionsverfahren 

auf optischen, akustischen oder elektrischen Messungen beruhend entwickelt, ohne 

dass sich bislang eine Methode als optimal erwies und die wesentlichsten Anforderungen 

erfüllte, nämlich die Bestimmung der scheinbaren Ladung sowie die gleichzeitige Ermittlung 

des Teilentladungsortes mit entsprechender Sensitivität sowie die online-Tauglichkeit bei 

adäquater Störunempfindlichkeit. Am Schering-Institut wurde daher in der Vergangenheit ein 

System entwickelt, welches mittels der gleichzeitigen elektrischen Auskopplung der 

Teilentladungssignale an Durchführung und Sternpunkt bei Kenntnis der Spulencharakteristik 

neben der Bestimmung der scheinbaren Ladung auch eine Fehlerortung erlaubt. Das Prinzip

- 33 - 

1U 

1V 

1W 

1N 

Bild 1 Messaufbau und Signalerfassung 

dieses Systems und dessen sukzessive 

Anpassung und Optimierung im 

Bereich der Messtechnik und 

Signalverarbeitung wurde in den 

vergangenen Jahresberichten sowie 

internationalen Beiträgen veröffentlicht. 

Mittlerweile konnte das System 

effizient bei verschiedenen Messungen 

vor Ort eingesetzt werden und wird nun 

als modulares, automatisiertes System 

realisiert, weshalb nachfolgend beispielhaft 

die Ergebnisse einer Messungen 

an einem 40 MVA Transformator 

vor Ort beschrieben sind. 

Den vor Ort verwendeten Messaufbau 

sowie die Signalerfassung zeigt Bild 1, 

aus dem deutlich wird, dass für die 

Signalauskopplung außen an den 

Durchführungen ein patentierter kapazitiver 

Sensor angebracht wird, so dass 

keine Messanschlüsse an den Durchführungen, 

welche vor allem bei älteren 

Transformatoren oftmals nicht vorhanden 

sind, benötigt werden. Das 

Signal wird dann über einen Ankopplungsvierpol 

(AKV) zur Hochpassfilterung 

geführt, um anschließend 

mittels eines batteriebetriebenen Verstärkers 

das Signal-Rausch-Verhältnis 

(SNR, Signal to noise ratio) zu verbessern, 

bevor das elektrische Signal in 

ein optisches umgewandelt wird, um es 

möglichst störungsfrei zu übertragen. 

Die Rücktransformation in ein elektrisches 

Signal erfolgt unmittelbar vor 

der Aufzeichnung mit einem digitalen 

Speicheroszilloskop (DSO), wobei 

durch diese Technik die Einkopplung 

von Störsignalen so effizient unterdrückt 

wird, dass während der Messung 

eine eventuelle Teilentladungsaktivität 

ohne weitere Signalaufbereitung 

erkannt werden kann. Aus dem in 

Bild 1 dargestellten Oszilloskopbild, 

kann somit entnommen werden, dass 

bei dieser Messung lediglich die Phase 

1V auffällig war, so dass nunmehr 

einzelne Impulse speziell dieser Phase 

detektiert und analysiert werden 

können. Bild 2 zeigt die Aufnahme von 

Signalen auf Phase 1V, wobei zunächst

Bild 2 

Bild 3 

Bild 4 

- 34 - 

Unterdrückung von kontinuierlichen und 

impulsförmigen Störern 

Diskriminierung zwischen inneren und 

äußeren Impulsen 

Analyse von Einzelimpulsen 

die kontinuierlichen Störsignalanteile 

mittels spezieller Wavelet-Filter sowie 

Frequenzsperrfilter im Frequenzbereich 

unterdrückt werden und anschließend 

eine Impulsunterdrückung von Signalen, 

die ihren Ursprung außerhalb des 

Transformators haben, erfolgt. Die 

Diskriminierung zwischen inneren und 

äußeren Signalen wird dabei mit Hilfe 

der Analyse von Signalquotienten im 

Frequenzbereich durchgeführt, wofür die 

an Sternpunkt und Durchführung 

gemessenen Signale im Frequenzbereich 

dividiert werden, so dass wie Bild 3 

zeigt eine Klassifizierung der Signalgruppen 

möglich wird. Zum Schluss 

werden einzelne Impulse bzgl. Scheinbarer 

Ladung sowie Entstehungsort 

analysiert (Bild 4), wobei in diesem 

Beispiel lediglich Teilentladungen mit 

scheinbaren Ladungen von wenigen 

100 pC gemessen wurden. Der 

Entstehungsort der Teilentladungen 

konnte im oberen Bereich der 

Stammwicklung der Phase 1V lokalisiert 

werden, wobei aufgrund des niedrigen 

TE-Pegels zunächst eine weitere 

Beobachtung der TE-Entwicklung zu 

empfehlen ist, bevor weitere 

Maßnahmen einzuleiten sind. 

Die Praxistauglichkeit des vorgestellten 

Systems konnte mittlerweile bei verschiedenen 

Messungen vor Ort verifiziert 

werden, so dass eine Methode zur 

Verfügung steht, die eine detaillierte 

Analyse von Teilentladungsphänomenen 

an Transformatoren erlaubt und somit 

einen Beitrag zur Verbesserung der 

Zustandsdiagnose und damit zur 

Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit 

von Transformatoren leisten kann. 

Die Verbesserung der Modellierung des 

Transformators wird dann zukünftig 

noch eine Erhöhung der Sensitivität der 

Methode und eine Verbesserung der 

Bestimmung der Wahren Ladung 

ermöglichen.

- 35 - 

Dr.-Ing. X. Zhang 

Life assessment of the electric components in a MV transmission and distribution system 

The asset management of a transmission and distribution system operating in an electric 

market involves key decisions for the network to maximise long term profits, but combined 

with acceptable and manageable risks. 

It is the technical asset Manager’s task to quantify the network parameters (network topology, 

component inventory, actions and procedures of maintenance, etc.), technical operating 

conditions (voltage types, operating temperature, service time, etc.) and to manage their 

effects (probability, maintainability, maintenance, etc.) as shown in Fig. 1. As an output of 

condition assessment (network parameters and operational conditions) multiple fault 

scenarios should be found to influence the performance of assets and thereby the reliabilities 

of assets’ expected behaviour are obtained (in terms of failure rate, expected life, system 

constrains etc.). 

Failures in electric components are often attributed to the electric breakdown of electric 

components due to the presence of degradation stresses, such as, electrical, thermal, 

mechanical and ambient condition (due to the associated environment). Thus it is essential 

that investigations on the behaviour of electric components under multi-stress conditions are 

of primary importance in the light of providing endurance characterisation and life modelling 

as consistent as possible with the ageing conditions encountered in service. With the life 

model the failure behaviour about possible times to failure and the related statistical variance 

is given for the technical operating conditions. Such an evaluation will help to predict failure 

events for various operating conditions (as technical parameters in Fig. 1) and thus a timely 

implementation of a strategy to replace electric components in combination with network 

redesign options is a key to success for asset management. 

Fig. 1 Technical Asset Management 

Electric power systems cover several areas of electric components including cables, gasinsulated 

switchgears, medal-clad switchgears, oil-immersed transformers, overhead lines, 

insulators, protection and local control. Typical ageing processes are considered to be partial 

discharges, tree formation, electro-, thermochemical and mechanical processes. The 

determination of degradations of the electric components is limited to the establishment of an 

empirical correlation, which with a minimum of adjustable parameters can successfully

- 36 - 

predict the degree of degradation of electric components under the influence of electrical, 

thermal and mechanical stresses. 

A chance for the development of a thorough electro-thermo-mechanical life model is given by 

the phenomenological theory of ageing. If a generic combination of N stresses, S i (i = 1, 2, ..., 

N), is applied to the electric components, a suitable life function L of the properties of the 

electric components can be established according to the following relationship: 

L = f S , S , ..., S ) 

( 

1 2 N 

Fig. 2 shows the calculated life model for electric field and temperature. L 0 and E 0 are 

reference coefficients. 

As a multi-stress model the total probability 

p N of electric breakdown is 

thoroughly defined as a function of 

stresses and given by the failure 

percentiles p i for each pair of stresses 

S i : 

N 

∏ 

p N 

= 1 − (1 − p i 

) 

i= 

1 

ln(L/L 0 ) 

The distributions of probability are 

adjusted to account for the increase 

in the operating history as a function 

ln(E/E 0 ) 

T 

of electric breakdown strength 

(Fig. 3) and thermal stress (Fig. 4) of 

the device. In this way, the failure 

Fig 2 Life model for electric field and temperature 

model of probability provides life 

lines at different stresses at the same probability. 

ln(-ln(1-p N )) 

ln(-ln(1-p N )) 

ln(E/E 0 ) 

ln(L/L 0 ) 

T 

ln(L/L 0 ) 

Fig. 3 Probability with electric field 

Fig. 4 Probability with temperature 

In the laboratory or test plant, it is always only a performance function of an individual 

electric component and a short test duration. For practical applications it is desirable to 

describe the performance functions of all electric components and to predict an extending 

lifetime of whole electric system in service.

- 37 - 

From a statistical standpoint, all these questions can be dealt by using the enlargement law, 

which represents a practical application of the multiplication law for non-dependent 

probabilities, p N, j (j = 1, 2, ..., M). The non-dependence of the failure processes, which take 

place in parallel with respect to volume-effect and time-effect, is of course assumed. 

M 

, M 

= 1 − ∏ (1 − 

N , j 

) 

j= 

1 

p N 

p 

Therefore, an accepted statistical method of determining the likelihood of failure at the given 

stresses is to fit a distribution to a series of failure date and to take the increasing failure rates 

into account. In Fig. 5 the result is shown concerning the probability density as a function of 

time. One aspect in reliability calculations of electric power systems is that the failure of most 

electric components rises over the years according to the increasing right wing of the wellknown 

bathtub curve. An example of the calculated failure rate is shown in Fig. 6. 

probability density 

0.5 

0.25 

0 10 20 30 

year 

Fig. 5 Probability density as function of time 

and time-dependent influences 

are evaluated together. If the 

calculation procedure presented 

here is to be used to clarify 

whether a damage accumulation 

is caused by statistical 

effects or by life characteristic, 

it is advisable to carry out both 

experiments on the electric 

breakdown strength and also 

the accelerated ageing tests. In 

the future, asset management 

will have to work even more 

intensively with quantitative 

mathematical and physical methods 

to make a decision with 

accurate dates. 

failure rate (1/km*a) 

0.5 

0.25 

The use of the mathematical 

and physical models in relation 

to geometrical and time 

differences in both laboratories 

and electric power systems 

is becoming increasingly 

important in assessing 

the probability of failure in 

electric power systems. Only 

in this way there is any prospect 

of being able to estimate 

the reliability of electric 

power systems for service 

conditions. 

The statistical effect, the empirical 

life law as well as the 

superposition of statistical 

0 5 10 15 

year 

Fig. 6 Failure rate as function of time

- 38 - 

4 Veröffentlichungen und Vorträge 

M. Farahani, H. Borsi, E. Gockenbach 

Experience with partial discharge, dissipation factor and recovery voltage measurements for 

the evaluation of insulation systems of high voltage rotating machines 

Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), Cancun/Mexiko, 

2002, P. 454-457 

M. Krins, M. Reuter, H. Borsi, E. Gockenbach 

Breakdown and flashover phenomena related to the presence of high absolute water contents 

in clean and carbonized transormer oil 

Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), Cancun/Mexiko, 

2002, P. 252 - 255 

V. Wasserberg, P. Werle, H. Borsi, E. Gockenbach 

Optimierte Monitoring- und Diagnoseverfahren für Isoliersysteme von Transformatoren 

ETG-Fachtagung Diagnose elektrischer Betriebsmittel Berlin, Febr. 2002, S. 77 (Abstrakt und 

Folgeseiten) 

E. Gockenbach 

Möglichkeiten und Grenzen der Diagnostik von Isolierstoffen in elektrischen Betriebsmitteln 

ETG- Fachtagung Diagnose elektrischer Betriebsmittel Berlin, Febr. 2002, S. 113 - 116 

E. Lemke; E. Gockenbach; W. Kalkner 

Messtechnik für die Diagnose Elektrischer Betriebsmittel 

ETG- Fachtagung Diagnose elektrischer Betriebsmittel Berlin, Febr. 2002, S. 113 - 116 

A. Akbari, P. Werle, H. Borsi, E. Gockenbach 

A Continuous Parameter High Frequency Model based on Travelling Waves for Transformer 

Diagnostics Purposes 

14th International Symposium on Electrical Insulation (ISEI), Boston/USA, April 2002, P. 

154 - 157 

P. Werle, A. Akbari, H. Borsi, E. Gockenbach 

Enhanced Online PD Evaluation on Power Transformers using Wavelet Techniques and 

Frequency Rejection Filter for Noise Suppression 

14th International Symposium on Electrical Insulation (ISEI), Boston, USA, April 2002, P. 

195 - 198 

V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach 

Effects of Different Drying Procedures on the Composition of a Liquid Impregnated Solid 

Insulation 


346 - 349 

P. Werle, H. Borsi, E. Gockenbach 

Diagnosing the Insulation Condition of Dry Type Transformers using a Multiple Sensor 

Partial Discharge Localization Technique 


166 – 169

- 39 - 

R. Kotte, E. Gockenbach, H. Borsi 

Influence of the Cure Parameters on the Partial Discharge Behavior of Cast Resins 

14th International Symposium on Electrical Insulation (ISEI), Boston/ USA, April 2002, P. 

387 - 390 

M. Farahani, H. Borsi, E. Gockenbach, B. Bethge, M. Kaufhold, J. Jung 

Investigations on characteristic parameters to determine the actual status of the insulation 

system of high voltage rotating machines 

The 9th INSUCON International Electrical Insulation Conference, Berlin, June 2002, P. 189 - 

194 

E. Gockenbach 

Review of Material Advance for High Voltage Elektrical Machines 

The 9th INSUCON International Electrical Insulation Conference, Berlin, June 2002, P. 203 - 

208 

I. Fofana, V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach 

Preliminary Investigations for the Retrofilling of Perchlorethylene Based Fluid Filled 

Transformer 

IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 9, No. 1, Febr. 2002, P. 97 - 

103 

H. Borsi 

Möglichkeiten der Isolationsdiagnose durch Bewertung der dielektrischen Antwort von 

Isoliersystemen 

Micafil Symposium über die Werterhaltung von Isolations-systemen in Transformatoren, 

Schaltanlagen und Kabeln Stuttgart, März 2002, Beitrag Nr. 16 

E. Gockenbach 

Monitoring von Kabelsystemen - Möglichkeiten und Wirtschaftlichkeit 

Micafil Symposium über die Werterhaltung von Isolations-systemen in Transformatoren, 

Schaltanlagen und Kabeln Stuttgart, März 2002, Beitrag Nr. 19 

E. Gockenbach, H. Borsi 

Performance and New Application of Ester Liquids 

14th Intern. Conference on Dielectric Liquids (ICDL), Graz/Österreich, July 2002, P. 203 - 

206 

V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach, I. Fofana 

Novel systems for the Upgrading of Power Transformer Insulations 

14th Intern. Conference on Dielectric Liquids (ICDL), Graz/Österreich, July 2002, P. 203 - 

206 

H. Borsi, E. Gockenbach 

Partial Discharge Measurement and Evaluation Techniques for Transformers 

Intern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2002, Paper 49-E-TRN-524 

H. Borsi 

Possibilities of the Diagnosis of Power Transformers on Site 

Intern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2002, Paper 12-E-TRN-589

- 40 - 


A New Method for On-line Measurement and Evaluation of Partial Discharge in Power 

Transformers Using Fibre-Optic Transmission 

Intern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2002, Paper 49-E-TRN-330 


Transfer Function-Based Partial Discharge Localization in Power Transformers 

IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 18, No. 5, Sept./Oct. 2002, P. 22 - 32 

H. Borsi 

Möglichkeiten der Diagnose von Leistungstransformatoren vor Ort 

Siemens Kolloquium Transformer Life Management Nürnberg, Juni 2002, Beitrag 1 

M. Farahani, H. Borsi, E. Gockenbach 

Calculation and Measurement of Dielectric Response Function in Insulation Systems of High 

Voltage Rotating Machines 

Intern. Conference on Properties and Application of Dielectric Materials (ICPADM), 

Nagoya/Japan, June 2003, Paper P1-44, P. 290 - 293 

K. Hackemack, E. Gockenbach 

Robust Evaluation Procedure for Lightning Impulses 


Nagoya/Japan, June 2003, Paper 6-4, P. 518 - 521 

M. Farahani, E. Gockenbach, H. Borsi, M. Kaufhold 

A Method for the Evaluation of Insulation Systems for High Voltage Rotating Machines 


Nagoya/Japan, June 2003, Paper 19-2, P. 1108 - 1111 

P. Werle, E. Gockenbach, H. Borsi 

Partial Discharge Measurements on Power Transformers using Transfer Function for 

Detection and Localisation 


Nagoya/Japan, June 2003, Paper 21-1, P. 1154 – 1157 

E. Gockenbach, H. Borsi, P. Werle 

Partial discharge detection and localisation in power transformers via transfer function as tool 

for insulation condition assessment 

Nordic Insulation Symposium (NORD-IS03), Tampere/Finnland, June 2003, P. 37 - 44 

E. Gockenbach 

On-line monitoring and diagnosis as basis for the asset management of power transformers 

13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August 

2003, Extract P. 282 

M. Farahani, H. Borsi, E. Gockenbach, M. Kaufhold 

Partial discharge pattern recognition as a diagnostic tool for stator bar defects 


2003, Extract P. 318

- 41 - 

P. Werle, A. Akbari, E. Gockenbach, H. Borsi 

An Enhanced System for Partial Discharge Diagnosis on Power Transformers 



R. Kotte, E. Gockenbach, H. Borsi 

Performance of internal mechanical stressed cast resins evaluated by partial discharge 

measurements 



M. Reuter, E. Gockenbach, H. Borsi 

Dielectric and electric parameters used for insulation characterization of multistress aged 

XLPE-cables 



I. Fofana, H. Borsi, E. Gockenbach, M. Farzaneh 

Results on ageing of Aramid paper under selective conditions 



V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach 

Investigations on a New Method for the extension of the Lifetime of Free Breathing 

Transformers 



K. Hackemack, E. Gockenbach, H. Borsi 

New proposal for manual and automatic evaluation of lightning impulse test voltages with 

oscillations 



E. Gockenbach, S. Berlijn, F. Garnacho 

An Improvement of the Evaluation of Lightning Impulse Test Voltages using the k-factor 



H. Borsi, E. Gockenbach 

Partial Discharge Measurement and Evaluation Techniques for Transformers 



E. Gockenbach, L. T. Coffeen, J. A. Britton, J. Rickmann 

A New Objective Technique to Detect Winding Displacements in Power Transformers Using 

Frequency Response Analysis, without the Need for Historical Data 


2003, Extract P. 587

- 42 - 

H. Borsi, E. Gockenbach, W. Wasserberg 

Life Extension of the Transformer Insulation with an Innovative Online Drying System 

10th Intern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2003, Vol. 5, P. 41 - 48 

H. Borsi 

Sensitive Monitoring and Protection of Transformers by Gas Rate Monitoring 

10th Intern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2003, Vol. 5, P. 49 - 54 

J. Gärtner, M. Krins, E. Gockenbach, H. Borsi 

Partial Discharge (PD) Behavior of High Voltage Fuses with Modified Filler 

7th Intern. Conf. of Electric Fuses and their Applications (ICEFA 03), Gdansk/Poland, Sept. 

2003, P. 161 - 167 

E. Gockenbach, H. Borsi 

Diagnosis of Power Transformers via Partial Discharge Detection and Localisation with the 

Transfer Functions as Basis for Insulation Condition Assessment 

48th Intern. Wissenschaftl. Kolloquium, TU Ilmenau, Sept. 2003

- 43 - 

5 Mitarbeit in Fachgremien und Verbänden sowie bei Tagungen 


16. – 18.01. Techn. Akademie Esslingen - Lehrgang Epoxidharze in der Elektro-technik 

in Esslingen 

Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Kotte, mit dem Vortrag: 

Verschiedene Einflussgrößen auf das Durchschlag- und Teilentladungsverhalten 

hochwärmebeständiger Reaktionsharzstoffe 

19. – 20.02. Kabelseminar in Hannover 

Langzeitverhalten von polymeren Isolierstoffen 

Prof. Gockenbach 

20.02 DKE K 181 Feste Isolierstoffe in Frankfurt/Main 


26. – 27.02. ETG Fachtagung Diagnostik elektrischer Betriebsmittel in Berlin 

Prof. Gockenbach, Dipl.-Ing. Wasserberg, MSc. Farahani 

Beiträge 

- Messtechnik für die Diagnose elektrischer Betriebsmittel 

- Optimierte Monitoring- und Diagnoseverfahren für Isoliersysteme von 

Transformatoren 

- Möglichkeiten und Grenzen der Diagnostik von Isolierstoffen in 

elektrischen Betriebsmitteln 

04. – 08.03 Gastprofessur TU Wien Hochspannungstechnik 


12.03. Beirat Kabelseminar in Hannover 


19. – 21.03. Micafil Symposium in Stuttgart 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi 

Beiträge: 

- Möglichkeiten der Isolationsdiagnose durch Bewertung der 

dielektrischen Antwort von Isoliersystemen 

- Monitoring von Kabelsystemen – Möglichkeiten und Wirtschaftlichkeit 

04.04. CIGRE SC 15, Advisory Group, in Delft/Niederlande 


22.04. DKE Tagung Standardisierung für den Markt in Frankfurt/Main 


23.04. DKE Lenkungsausschuss in Frankfurt/Main 


02. – 03.05. DKE K 124 Hochspannungsprüftechnik in Regensburg 

Prof. Gockenbach

- 44 - 

03.06. DAK CIGRE SC 33 in München 


17.06. BEWAG Symposium in Berlin 

Grundsätzliche Untersuchungen zum Durchschlagverhalten 

Kunststoffisolierter Kabel bei Spannungen unterschiedlicher Frequenz 


18. – 20.06. INSUCON in Berlin 

Prof. Gockenbach, MSc Farahani 

- Investigations on characteristic parameters to determine the actual status 

of the insulation system of high voltage rotating machines 

- Review of Material Advance for High Voltage Electrical Machines 

25.06. Beirat VDE Bezirksverein in Hannover 


07. – 10.07. Intern. Conference on Dielectric Liquids (ICDL) in Graz/Österreich 

Prof. Gockenbach, Dipl.-Ing. Wasserberg 

- Performance and New Application of Ester Liquids 

- Novel System for the Upgrading of Power Transformer Insulations 

10. – 12.07. IEE High Voltage Engineering and Testing, New Castle, Großbritannien 

Prof. Gockenbach mit den Vorträgen 

- Basic Testing and Measuring Techniques 

- Digital Measuring Technique and Evaluation Procedures 

- Partial Discharge Measuring Techniques 

19. – 22.08. CIGRE WG 33-03 High Voltage Testing and Measuring Technique 

in Ludvika/Schweden 


23.08. URSI Conference in Maastricht/Niederlande 


- Practical Results concerning the Prediction of Damaging Effects for 

Lightning Impulses (LEMP) 

26. – 30.08 CIGRE SC 15 Materials for Electrotechnology in Paris 


24.09. DKE K 132 Zuverlässigkeit in Frankfurt/Main 


28. – 30.10 International Power System Conference PSC in Teheran, Iran 

Prof. Borsi 

- A New Method for On-line Measurement and Evaluation of Partial 

Discharge in Power Transformers Using Fibre-Optic Transmission

- 45 - 


Prof. Gockenbach mit den Vorträgen: 

- Diagnoseverfahren in betrieblichem Einsatz 

- Magnetfelder von Kabeln 

21. – 23.10. VDE Kongress in Dresden 


04.11. VDE Beirat in Hannover 


14.11. DKE TBINK in Frankfurt/Main 


21.11. DK CIGRE bei der FGH in Mannheim 





18. – 19.02 Kabelseminar in Hannover 


Langzeitverhalten von polymeren Isolierstoffen 

11.03 Beirat Kabelseminar in Hannover 


20.03. ETG Fachtagung Silikonelastomere in Berlin 


21.03. ETG Fachbereich FB Q2 Werkstoffe, Isoliersysteme und Diagnostik 

in Berlin 


01.04. DKE K 181 Feste Isolierstoffe in München 


15.04. IEC TC 98 JWG 10 Electrical Measurement of Partial Discharge during 

Short Risetime repetitive Voltage Impulses in London/Großbritannien 


23.04. CEM-Tagung, Hannover 


Monitoring und Diagnose von Isoliersystemen als Grundlage für die 

Risikobewertung elektrischer Betriebsmittel

- 46 - 



19.05. Beirat VDE Bezirksverein Hannover 


21.05. DKE K 124 Hochspannungsprüftechnik in Halle 


22. – 23.05 HighVolt Kolloquium in Dresden 


Teilentladungs-Ortung in Transformatoren mittels Transferfunktion 

26. – 27.05. IEC TC 14 WG 29 High Temperature Liquid Emersed Power Transformers 

in Nürnberg 

Dipl.-Ing. Wasserberg 

03. – 05.06 Intern. Conf. on Properties and Appplication of Dielectric Materials 

(ICPADM) 

in Nagoya/Japan 

Prof. Gockenbach, Dipl.-Ing. Hackemack 

- Calculation and Measurement of Dielectric Response Function in 

Insulation Systems of High Voltage Rotating Machines 

- Robust Evaluation Procedure for Lightning Impulses 

- A Method for the Evaluation of Insulation Systems for High Voltage 

Rotating Machines 

- Partial Discharge Measurements on Power Transformers using Transfer 

Function for Detection and Localisation 

06.06. Workshop Future Electric Power Equipment and Electrical Insulation 

Techniques Universität Nagoya/Japan 

Dipl.-Ing. Hackemack, Prof. Gockenbach 

Degradation Mechanism and its Diagnostic Techniques for Power 

Transformers 

10. – 15.06. NORD-IS03 in Tampere/Finnland 

Prof. Borsi 

Partial discharge detection and localisation in power transformers via 

transfer function as tool for insulation condition assessment 

14. – 16.07. IEE High Voltage Engineering and Testing in New Castle/Großbritannien 

Prof. Gockenbach mit den Vorträgen 

- Basic Testing and Measuring Techniques 

- Digital Measuring Technique and Evaluation Procedures 

- Partial Discharge Measuring Technique

- 47 - 

25. – 29.08. Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH) in 

Delft/Niederlande 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dr.-Ing. Zhang, Dipl.-Ing. Hackemack 

Dipl.-Ing. Reuter, Dipl.-Ing. Dolata, Dipl.-Ing. Abedi, MSc. Shayegani, 

Dipl.-Ing. Wasserberg, MSc. Farahani, Dipl.-Ing. Szczechowski, 

MSc. Hasan, MSc. Ehsani, Dr.-Ing. Akbari 

- On-line monitoring and diagnosis as basis for the asset mangement of 

power transformers 

- Partial discharge pattern recognition as a diagnostic tool for stator bar 

defects 

- An enhanced system for partial discharge diagnosis on power 

transformers 

- Performance of internal mechanical stressed cast resins evaluated by 

partial discharge measurements 

- Dielectric and electric parameters used for insulation characterization of 

multistress aged XLPE-cables 

- Results on ageing of Aramid paper under selective conditions 

- Investigations on a new method for the extension of the lifetime of free 

breathing transformers 

- New proposal for manual and automatic evaluation of lightning impulse 

test voltages with oscillations 

- An improvement of the evaluation of lightning impulse test voltages 

using the k-factor 

- Partial discharge measurement and evaluation techniques for 

transformers 

- A new objective technique to detect winding displacements in power 

transformers using frequency response analysis, with the need for 

historical data 

01. – 03.09. CIGRE WG D1-33 High Voltage Testing and Measuring Technique 

in Arnhem/Niederlande 


03. – 05.09. CIGRE SC D1 Materials and Emerging Technologies in Turku/Finnland 


08. – 09.09. DKE K 182 Flüssige Isolierstoffe in Bonn 

Prof. Borsi 

22. – 25.09. 48. Wissenschaftliches Kolloquium, TU Ilmenau, in Ilmenau 


Diagnosis of Power Transformers via Partial Discharge Detection and 

Localisation with the Transfer Functions as Basis for Insulation Condition 

Assessment 

26. – 27.09. DFG-Kolloquium SPP Zustandsbewertung von Betriebsmitteln und 

Anlagen der elektrischen Energieversorgung in Ilmenau 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dr.-Ing. Zhang, Dipl.-Ing. Szczechowski, 

Dipl.-Ing. Reuter, Dipl.-Ing. Abedi, Dipl.-Ing. Dolata, MSc. Shayegani

- 48 - 

01. – 02.10. Onninen-ETG Symposium Umweltfreundliche Verteiltransformatoren 

in Helsinki/Finnland 

Prof. Borsi 

- Esterflüssigkeit als Isolier- und Kühlmittel für Transformatoren 



- Diagnoseverfahren in betrieblichem Einsatz 

- Magnetfelder von Kabeln 

14. – 18.10. IEC TC 42 High Voltage Test Techniques 

und TC 42 WG 10 Mesurement of Partial Discharges During Short Risetime 

Repetitive Voltage Impulses 

in Montreal/Kanada 


21.10. VDE Niedersachsen in Hannover 


20. - 23.10. Intern. Power System Conference (PSC) in Teheran/Iran 

Prof. Borsi 

- Life Extension of the Transformer Insulation with an Innovative Online 

Drying and Filtering System 

- Sensitive Monitoring and Protection of Transformers by Gas Rate 

Monitoring 

03.11. VDE-Beirat in Hannover 


11.11. Beirat Kabelseminar in Hannover 


18. – 19.11. DK CIGRE Erneuerbare Energien / Windenergie in Berlin 


11.12. DKE-Tagung Systemaspekte in der Normung in Frankfurt/Main 



Prof. Gockenbach

- 49 - 

6 Ereignisse und Kontakte 


17.01. Besprechung Siemens A & D, Berlin, in Hannover 

TE-Messung an Hochspannungsmaschinen 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, MSc. Farahani 

23.01 Besprechung UKE in Hamburg 

Verhalten von PVC Isolierungen 


24.01. Besprechung EFEN, Eltville, in Hannover 

Hochspannungs- und Hochleistungssicherungen 


01.02. Besprechung UKE in Hamburg 



04.02. Exkursion mit Studierenden E.ON Lehrte 

Prof. Gockenbach, Dipl.-Ing. Hackemack, Studierende 

04.02. Besprechung mit Prof. Kurrat, Prof. Kind, TU Braunschweig, in Hannover 

Hochspannungstechnik in Niedersachsen 


12.02. Besprechung Universität Oldenburg in Oldenburg 

Windenergie in Niedersachsen 


28.02. Besuch Prof. Hayakawa, Universität Nagoya, in Hannover 

Diskussion von Fachthemen 


13.03. Besprechung Pirelli Kabel, Berlin und Mailand, in Hannover 

Alterung von Hochspannungsisolierungen 

Prof. Gockenbach, Dr. Ritschel, Dipl.-Ing. Reuter 

14.03. Besprechung ISET in Kassel 

Dezentrale Energieversorgung 


03.04. Besuch Prof. Sato, Universität Tokyo, Japan 

Diskussion von Fachthemen 


17.04. Besprechung Arbeitskreis AiF in Hannover 

Untersuchungen zur elektrotechnischen Nutzung hochwärmebeständiger 

Reaktionsharzformstoffe durch Modifikation der Komponenten, 

insbesondere der Füllstoffe 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Kotte

- 50 - 

10.05. Hochspannungskolloquium Schering-Institut in Hannover 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, alle Mitarbeiter 

10.05. Treffen der ehemaligen Doktoranden des Schering-Instituts 

16.05. Besprechung Siemens A & D in Nürnberg 




Verhalten von PVC-Isolierungen 


27. – 28.05. DFG Kolloquium SPP Zustandsbewertung von Betriebsmitteln und 

Anlagen der elektrischen Energieversorgung in Darmstadt 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Reuter 




15.07. Promotion Graf, TU München 

Isolationsverhalten von N 2 -SF 6 -Gemischen für gasisolierte Anlagen 

Mitwirkung als Referent 


01.08. Besprechung Siemens A & D in Berlin 


Prof. Borsi, MSc. Farahani 




16.08 Besprechung EADS Bremen in Hannover 


27.09. Besprechung Siemens Schaltwerk in Berlin 

Hochspannungstechnische Entwicklungen 





16. – 18.10. Exkursion Siemens, BEWAG und IPH, Berlin 

Mitarbeiter des Instituts und Studierende 


Isolierstoffe für Hochspannungsmaschinen 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi

- 51 - 

22.11. Promotion Lick, TU Graz 

Elektrische Festigkeit langer Durchschlagstrecken im Öl-Board- 

Dielektrikum 

Mitwirkung als Referent 



Isolierstoffe für Hochspannungsmaschinen 



06. – 07.01. Besprechung Omicron in Klaus/Österreich 

Neue Messverfahren in der Hochspannungstechnik 

Prof. Borsi 

08. – 09.01. Mitwirkung Berufungskommission C3 - Professur Hochspannungstechnik 

TU Dresden 


16.01. Besprechung Schenectady Beck Isoliersysteme, Hamburg, 

und Vertretern eines russischen Großtrafoherstellers in Hannover 

Einsatz von Esterflüssigkeit in Leistungstransformatoren 

Prof. Borsi 




29.01. Besprechung Arbeitskreis AiF , Hannover, in Ratingen 

Untersuchungen zur elektrotechnischen Nutzung hochwärmebeständiger 

Reaktionsharzformstoffe durch Modifikation der Komponenten, 

insbesondere 

der Füllstoffe 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Kotte 

31.01. Besprechung Prof. Fuhrmann, Vantico, Basel, in Hannover 

Epoxidharze in der Elektrotechnik 

Prof. Borsi 

03.02. Exkursion mit Studierenden E.ON Lehrte 

Prof. Gockenbach, Dipl.-Ing. Hackemack, Studierende

- 52 - 



Prof. Borsi 

25.02. Besprechung HDI in Hannover 

Schäden an Gleichspannungskabeln 


27.02. Besprechung Benning GmbH in Bocholt 

TE-Messung an Maschinen 

Prof. Borsi 




03. – 07.03 Gastprofessur an der TU Wien 

Vorlesung Hochspannungstechnik 


13.03. Besprechung Weitkowitz in Peine 

Stromtragfähigkeit von Verbindungen 

Prof. Gockenbach, Dr.-Ing. Ritschel 

17.03. Besprechung FGH in Mannheim 

AiF-Projekt Asset Management 


27.03. Besprechung Benning GmbH, in Bocholt 



02.04. VDE Parlamentarischer Abend in Hannover 


09.04. Fachtagung Epoxidharze, Schlüsselwerkstoffe der Elektrotechnik 

auf der Industriemesse Hannover 

Prof. Borsi mit Vortrag: 

Der Werkstoff Epoxidharz aus der Sicht des Elektrotechnikers 




15.05. Besprechung VA.Tech (ELIN), Weiz/Österreich, in Hannover 

TE-Diagnostik an Transformatoren 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Abedi, Dipl.-Ing. Szczechowski 



Prof. Gockenbach

- 53 - 

20.05. Verleihung des Titels Professeur associé der Université du Québec in 

Chicoutimi/Kanada 

an Prof. Borsi 

28.05. Besprechnung Alstom in Birr/Schweiz 

Bewertung von Maschinenisolierungen 





20.06. Besprechung Mr. Raju, Raman Boards Ltd., Mysore/Indien, in Hannover 

20.07. Isolierstoffe für Transformatoren 


27.06. Besprechnung Alstom in Birr/Schweiz 

Bewertung von Maschinenisolierungen 


01.07. Besprechung LEONI Elocab GmbH, Georgensmünd, in Hannover 

Niederspannungskabel 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dr. Ritschel 

02.07. Besprechung VA.Tech (ELIN), Linz/Österreich 

Trocknung von Transformatorisolierungen 

Dipl.-Ing. Wasserberg 

08. – 09.07 Besprechung Firma Powels in Brüssel/Belgien 

Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren 

Prof. Borsi 



Prof. Borsi 

18.07. Besprechung Maurer & Söhne, München, in Hannover 

Brandentstehung durch Kurzschluss 


22.07. Besprechung Techn. Hochschule Czestochowa/Polen, in Hannover 

Konferenz Planung und Kooperation 


29.07. Besprechung HDI in Hamburg 



28.07. – 01.08 Besprechung an der RWTH Aachen, Messungen am ITMC 

Alterung von polymerer Kabelisolierung 

Dipl.-Ing. Reuter

- 54 - 

01.08. Promotion Cornelissen, RWTH Aachen 

Ultraschalldiagnostik als neues Verfahren zur Zustandsbewertung 

elastomerer Isolierstoffe in Energiekabelsystemen 

Prof. Gockenbach als Referent 

12.09. Besprechung Varta in Hannover 

Elektrostatisches Verhalten von Batterien 

Prof. Gockenbach, Dr. Ritschel 

24.09. Besprechung Benning GmbH in Bocholt 






01.10. Besprechung FGH in Mannheim 

AiF-Projekt Asset Management 


14. – 15.10. Besprechung Siemens in Kirchheim/Teck 

TE-Messung an Trockentransformatoren 

Dipl.-Ing. Wasserberg, Dipl.-Ing. Abedi, Dipl.-Ing. Szczechowski 

18.10. Besuch an der University of Science for Water and Electric Energy 

in Teheran/Iran 


PD-Monitoring and Diagnostics on Power Transformers 

23. – 24.10. Besprechung HDI in Karlskrona/Schweden 



26.10. Besuch an der Ferdowsi University in Maschhad/Iran 


Life Management of Power Transformers 

28.10. Besprechung Elektrizitätsversorgungsunternehmen in Khorassan/Iran 

Lifemanagement von Leistungstransformatoren und Blockheizkraftwerken 

Prof. Borsi 

01.11. Besprechung Elektrotechnische Fakultät der KNZ Universität in 

Teheran/Iran 

Zusammenarbeit mit der Universität Hannover 

Prof. Borsi 

07.11. Besprechung mit Prof. Kurrat, TU Braunschweig, in Hannover 

Forschung auf dem Gebiet fester Isolierstoffe 

Prof. Gockenbach, Prof. Borsi

- 55 - 

19. – 20.11. Besprechung mit Omicron, Klaus/Österreich in Hannover 

Neue Messverfahren in der Hochspannungstechnik 

Prof. Borsi 



Prof. Borsi 

28.11. Besprechung Siemens, Bremen, in Hannover 

TE-Detektion an Transformatoren! 


04.12. Besprechung Siemens Transformatorenwerk in Nürnberg 


Vergleich von Mineralöl, Esterflüssigkeit und Epoxidharz als 

Isolier- und Imprägniermittel für Transformatoren 

08.12. Besprechung Pirelli, Neustadt, in Hannover 

Alterung von polymerisolierten Kabeln 

Prof. Gockenbach, Dipl.-Ing. Reuter 

18.12. – 04.01. Besprechung Iran Transformer Research Institute in Teheran/Iran 

Diagnostic of Power Transformer Insulation 

Prof. Borsi

- 56 - 

7 Gastwissenschaftler 

Herr Dr. Nabi Melikov, Technische Hochschule für Erdöl und Chemie in Baku, 

Aserbaidschan, besuchte für zwei Monate als Stipendiat des DAAD zum wiederholten Mal 

das Schering-Institut und informierte sich eingehend über die Curricula der Universitäten und 

Fachhochschulen im Bereich der elektrischen Energietechnik, insbesondere im Hinblick auf 

die Bachelor- und Masterstudiengänge. 

Herr MSc. Mohsen Farahani ist als Stipendiat des DAAD am Schering-Institut und 

beschäftigt sich im Rahmen seiner Promotion mit dem Thema Zustandsbewertung von 

Isolierungen für Hochspannungsmaschinen. 

Herr MSc. Omar Hassan ist als Stipendiat des Ministeriums für Hochschulwesen, Higher 

Institute für Energy, Aswan, Ägypten am Schering-Institut und arbeitet im Rahmen seiner 

Promotion auf dem Gebiet des Monitoring und der Diagnose von 

Transformatorenisolierungen als Basis für die Zustandsbewertung. 

Herr Dr. Asghar Akbari war für zwei Monate als Stipendiat der Alexander-von-Humboldt- 

Stiftung am Schering-Institut auf dem Gebiet der Teilentladungserfassung und -ortung in 

Leistungstransformatoren tätig. 

Herr MSc. Morteza Ehsani ist als Stipendiat des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung 

und Technology des Irans auf dem Gebiet der polymeren Isolierstoffe für 

Freiluftanwendungen am Schering-Institut tätig. 

Herr MSc. Ali Reza Setayeshmehr arbeitet als Stipendiat des iranischen Ministeriums für 

Wissenschaft, Forschung und Technology an seiner Dissertation auf dem Gebiet der Diagnose 

von Transformatorisolierungen und deren Anwendung im Asset Management. 

Herr MSc. Victoria Lopez ist als Stipendiat des mexikanischen Ministeriums für Wissenschaft 

und Technologie am Schering-Institut im Rahmen seiner Dissertation auf dem Gebiet der 

Bewertung von Isoliersystemen für Hochspannungsmaschinen tätig. 

Frau Dr. Olga Guefle and Herr Dr. Serguei Lebedev waren im Rahmen eines Stipendiums der 

DFG (Nato Science Fellowship) für drei Monate am Schering-Institut und haben sich mit den 

Themen Einfluss der Polarisation auf das Durchschlagverhalten von polymeren Isolierstoffen 

und Einsatzbedingungen für Teilentladungen in geschichteten festen Isolierstoffen 

beschäftigt.

- 57 - 

Technische Ausstattung 

• Wechselspannung 800 kV / 1 A 

• Wechselspannung 200 kV mit Teilentladungsmessplatz 

• Stoßspannung bis 1800 kV 

• Gleichspannung 800 kV / 50 mA 

• Stoßstromanlage 200 kA für die Simulation von Blitzeinwirkungen 

• Labor für die Herstellung von Gießharzprüflingen: Presse, Extruder, Gießanlage 

• Labor für Flüssigkeitsuntersuchungen: Bestimmung von Wassergehalt, Bestimmung von 

Gasgehalt, Gasanalyse 

• Video-System für Funkendetektion 

• Automatische Messwerterfassungssysteme für Teilentladungsmessungen und 

Kabelmonitoring 

• Geschirmte Räume für Teilentladungsmessung und Teilentladungsortung 

• Verlustfaktormesseinrichtungen 

Leistungsangebot 

• Beratung und Gutachten auf den Gebieten der Hochspannungstechnik (Isolierstoff-, 

Kabel- und Prüftechnik, Monitoring und EMV) 

• Hochspannungsprüfungen von Geräten und Isolierstoffen 

• Untersuchung direkter und indirekter Effekte von Blitzentladungen 

• Unterstützung bei Entwicklungsprojekten 

• Kolloquien und Seminare

2002 - 2003 - Fachgebiet Hochspannungstechnik

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