2002 - 2003 - Fachgebiet Hochspannungstechnik

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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 <strong>Hochspannungstechnik</strong> 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 3 Quarzmehl 45 Rütapox 4 silanisiertes Wollastonit 42 epoxidmodifiziertes Isocyanatsystem 5 Quarzmehl 45 Blendur 6 silanisiertes Wollastonit 42 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-
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