1997 - Fachgebiet Hochspannungstechnik - Schering-Institut

3 Forschung
3.1 Arbeitsgebiete
Feste Isolierstoffe
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Die elektrischen Eigenschaften von vernetztem Polyethylen (VPE) im Hinblick auf die
Zusam-mensetzung des Werkstoffes (homopolymer, copolymer) und der Qualität der
Leitschichten (glatt, superglatt), das Alterungsverhalten von VPE bei elektrischer, thermischer
und mechanischer Beanspruchung und das Verhalten der Reaktionsharzformstoffe bei
erhöhter Temperatur stehen im Vordergrund der Untersuchungen von festen Isolierstoffen.
Ziele dieser Vorhaben sind die Klärung der Alterungsmechanismen im VPE zur Bewertung der
Restlebens-dauer der Isolierung und die Ertüchtigung der Reaktionsharzformstoffe für die
Anwendung in einem höheren Temperatur- und Leistungsbereich.
Flüssige Isolierstoffe
Die Substitution PCB-haltiger Isolierflüssigkeiten durch andere flüssige Isolierstoffe steht im
Vordergrund dieses Arbeitsgebietes. Dabei sind nicht nur die Untersuchungen der elektrischen
Eigenschaften der reinen Flüssigkeit von Bedeutung, sondern auch deren Mischungen mit
geringen Anteilen von Mineralöl, wie sie sich beim Austausch von PCB-haltigem Mineralöl
durch andere Flüssigkeiten ergeben. Diese Untersuchungen werden von der DFG in einem
Einzelantrag unterstützt. Die Arbeiten mit flüssigen Isolierstoffen werden im Hinblick auf das
Monitoring von Transformatoren durch Gasanalyse und Untersuchungen des Teilentladungsverhaltens
ergänzt.
Teilentladungsmeßtechnik
Die Teilentladungsmessung kann in zwei große Anwendungsgebiete unterteilt werden. Die
Teilentladungsmessung während der Prüfung im Werk oder vor Ort als Bestandteil der
Qualitätssicherung und die Teilentladungsmessung während des Betriebes zur Bestimmung
des Zustandes des Betriebsmittels. Die Aufgaben der Meßtechnik sind für die beiden
Anwendungs-gebiete sehr ähnlich, indem die Unterdrückung von Störsignalen eine
wesentliche Aufgabe darstellt. Über diese Methode hinausgehende Möglichkeiten der
Teilentladungserkennung sind die Anwendung von Mustererkennungsverfahren durch z. B.
neuronale Netze. Da die Erschei-nungsformen der Teilentladungen zum Teil gerätespezifisch
sind, werden z. Z. neben der Erhöhung der Empfindlichkeit der Teilentladungsmessung
Untersuchungen an Transformatoren und Hochspannungskabeln durchgeführt.
In elektrischen Einrichtungen der Diagnosetechnik werden häufig hohe Frequenzen der
Speisespannung benötigt. Bedingt durch die bessere kapazitive Kopplung wird die
Teilentladungserfassung im Vergleich zu 50-Hz Spannungsversorgung erheblich erschwert, so
daß eine Trennung zwischen Nutz- und Störsignal noch dringender ist. Zusätzlich stören die
Teilentladungssignale das Ergebnis der Messungen, so daß nicht nur aus Gründen der
Qualitätssicherung der Isolierstoffertigung die Teilentladungserfassung und Ortung von großer
Bedeutung ist. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Teilentladungsmeß- und Ortungssystems
in festen Isolierstoffen für hohe Frequenzen, wobei neben der Spannungseinspeisung
auch die Stromeinspeisung berücksichtigt werden muß.
Hochspannungsprüftechnik
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Im Rahmen der Normenarbeit für digitale Meßwerterfassungssysteme und der Auswertung
von digital aufgezeichneten Stoßspannungen und Stoßströmen werden Verfahren erarbeitet,
die eine einfache und robuste Auswertung für stoßförmigen Verlauf zulassen.
Im Rahmen eines EU-Forschungsvorhabens werden die verschiedenen, in der Praxis
angewandten Auswerteverfahren zusammengetragen und verglichen. Unter Berücksichtigung
der für das Prüfergebnis physikalisch relevanten Parameter sollen Vorschläge für die
Auswertung der gemessenen Stoßspannungen und die derzeit gültigen Vorschriften erarbeitet
werden. Wichtig ist bei diesem Vorhaben die Einbeziehung der für die verschiedenen Geräte
(Transformatoren, Kabel, Schaltanlagen, Freiluft) wichtigen Parameter (Stirnzeit,
Scheitelwert, Überschwingen) und das Einbringen der Erfahrungen aus den in der Praxis
angewandten Auswerteverfahren.
Monitoring
Die Überwachung von elektrischen Betriebsmitteln (Monitoring) nimmt in ihrer Bedeutung
immer stärker zu, da durch das Monitoring eine Erhöhung der Betriebssicherheit erreicht
werden kann und in Zukunft eine stärkere Belastung der Betriebsmittel erwartet wird. Die
Anforderungen an die Erfassungssysteme sind hohe Zuverlässigkeit und Einsatz unter
Betriebsbedingungen. Ausgehend von diesen Randbedingungen sind Parameter zu ermitteln,
aus denen auf eine Veränderung des Betriebsmittels und eine mittelbare oder unmittelbare
Beeinträchtigung der Betriebstüchtigkeit geschlossen werden kann. Die zur Zeit laufenden
Untersuchungen beschränken sich im wesentlichen auf zwei Betriebsmittel, kunststoffisolierte
Hochspannungskabel und gasisolierte Schaltanlagen. Dabei steht bei den Hochspannungskabeln
die Erkennung von Wasser im Schirmbereich und die Erkennung der Entwicklung von
sogenannten Wasserbäumchen im Vordergrund. Bei den gasisolierten Schaltanlagen liegt der
Schwerpunkt in der frühzeitigen Erkennung von Teilentladungen unter verschiedenen
Bedingungen wie Feuchtigkeit, Druck und Alterungsverhalten der eingesetzten Isolierstoffe.
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.
Die Nachbildungen direkter und indirekter Effekte einer Blitzentladung werden an Komponenten
und Modellanordnungen vorgenommen. Die Messungen und Berechnungen der
induzierten Spannungen auf verschiedenen Meßleitungen lassen eine Bewertung der Schutzmaßnahmen
und der Art der Verlegung zu. Mit empfindlichen Videosystemen ist auch eine
eindeutige Funkendetektion im Innenraum einer Modellanordnung möglich, so daß eine
Bewertung der verschiedenen Verbindungselemente ermöglicht wird. Ziele dieses Forschungsvorhabens
sind die Verbesserung der Blitzschutzmaßnahmen und die Erarbeitung von
Empfehlungen von Blitzschutzmaßnahmen für zukünftige Konstruktionen.