2000 - Fachgebiet Hochspannungstechnik

Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik
Fachgebiet Hochspannungstechnik
Schering-Institut
Universität Hannover
UNIVERSITÄT
HANNOVER
2000

Anschriften:
Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik,
Fachgebiet Hochspannungstechnik - Schering-Institut - ( 3103 *) )
Universität Hannover
Callinstraße 25 A
30167 Hannover
Telefon: 0511/762-2703
Telefax: 0511/762-2726
E-Mail : schering@mbox.si.uni-hannover.de
WWW: http://www.unics.uni-hannover.de/schering
Zum Institut gehörige zusätzliche Gebäudeteile:
Mehrzweckgebäude ( 3408 *) ), 9. Etage, Appelstraße 9 A
Parkhaus ( 3201 *) ), Nienburger Straße 17
*) siehe Lageplan im Anhang

Mitarbeiter des Schering-Instituts (von links):
Dr.-Ing. Claus-Dieter Ritschel, Dipl.-Ing. Volker Wasserberg, Dipl.-Ing. Peter Werle,
Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein Borsi, Erich Semke, Brigitte Kirsch, Lore Bellgardt, Mark
Reichelt, MsEE Weerapun Rungseevijitprapa, Prof. Dr.-Ing. Ernst Gockenbach, Dipl.-Ing.
Mark Reuter, Dipl.-Ing. M. Farahani, Karl-Heinz Maske, Dr.-Ing. A. Akbari Azirani,
Claus-Dieter Hasselberg, Dipl.-Ing. Ralf Kotte, Dipl.-Ing. Hackemack

Manfred Beyer
Prof. Dr.-Ing. habil.
4. Januar 1924 – 3. Mai 2000
Institutsdirektor von 1969 bis 1990

Liebe Freunde des Schering-Instituts,
das Jahr 2000, das in aller Welt als Beginn eines neuen Jahrtausends und eines neuen
Jahrhunderts bezeichnet wurde, hat auch für das Schering-Institut eine besondere Bedeutung.
Am 3. Mai 2000 verstarb leider unser sehr verehrter und hoch geschätzter früherer
Institutsleiter
Prof. Dr.-Ing. habil. Manfred Beyer 8
nach längerer Krankheit im Alter von 76 Jahren.
Das Institut trauert gemeinsam mit den Angehörigen um einen engagierten und weltweit
anerkannten Wissenschaftler, der als Leiter des Schering-Instituts von 1969 bis 1990 seine
ganze Kraft dem Wohle des Instituts widmete.
Prof. Beyer hat mit seinem Wirken die Tradition der Hochschullehrerpersönlichkeiten von
Prof. Dr.-phil. Dr.-Ing. E.h. Harald Schering und Prof. Dr.-phil. Gerhard Pfestorf in
beeindruckender Weise weitergeführt und wir werden ihn als langjährigen Institutsleiter in
dankbarer Erinnerung behalten.
Der Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik hat in seinem Entwicklungsplan
eine Konzentration der Forschungs- und Lehraktivitäten in größeren Instituten beschlossen.
Das Institut für Elektrische Energieversorgung und das Schering-Institut haben sich daher zu
einem neuen Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik zusammengeschlossen.
Um die Aufgaben in Forschung und Lehre optimal zu lösen, hat das neue Institut
zwei Fachgebiete
• Elektrische Energieversorgung, Leitung Prof. Dr.-Ing. habil. B. R. Oswald
• Hochspannungstechnik - Schering Institut, Leitung Prof. Dr.-Ing. E. Gockenbach
Wir hoffen, dass sich mit der neuen Institutsstruktur des Fachbereiches und dem neuen
Institut die Bedingungen für eine erfolgreiche Forschung und Lehre verbessern werden.
Der Rückgang der vom Land Niedersachsen zur Verfügung gestellten Ressourcen kann nur
durch zusätzliche Aktivitäten im Einwerben von sogenannten Drittmitteln bei Forschungseinrichtungen
und Industrieunternehmen kompensiert werden. Im Schwerpunktprogramm der
DFG „Zustandsbewertung von Betriebsmitteln und Anlagen der elektrischen
Energieversorgung“ ist es uns gelungen, insgesamt drei Anträge auf Forschungsvorhaben
erfolgreich zu stellen. Daher konnten wir für das Thema „Alterungsverhalten von VPEisolierten
Hochspannungskabeln“ seit dem 1. November 2000
Dipl.-Ing. Mark Reuter
als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter gewinnen.

Leider hat die in den vergangenen Jahren niedrige Zahl der Studienanfänger jetzt auch ihre
Konsequenzen in der Zahl der Studien- und Diplomarbeiten, sodass es zukünftig schwierig
sein wird, hochqualifizierte Absolventen für eine Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter
und Doktorrand zu gewinnen, da zudem die Arbeitsmarktsituation derzeit sehr attraktiv ist.
Der leichte Anstieg der Studienanfänger hat sich fortgesetzt, jedoch wählen sehr viele
Studierende die neuen Studiengänge „Wirtschaftsingenieur“ und „Angewandte Informatik“.
Wir hoffen, durch attraktive Forschungsarbeiten auf den Gebieten Diagnose und
Bewertungsverfahren mit informationstechnischen Inhalten wie Mustererkennung, Neuronale
Netze, Genetische Algorithmen usw. auch Studierende anderer Studiengänge für unsere
Aufgaben zu gewinnen. Leider hat der Begriff „Elektrotechnik“ heute einen geringeren
Stellenwert als „Informationstechnik“, obwohl sich die Gebiete stark überlappen und in jedem
Studiengang ein erheblicher Anteil des jeweils anderen Bereichs zu finden ist.
Mit der zunehmenden Internationalisierung der Studiengänge an den Universitäten haben wir
die Abschlüsse „Bachelor of Science“ und „Master of Science“ eingeführt, um damit
ausländische Studierende mit einem Bachelor-Abschluß für unseren Masterstudiengang zu
interessieren. In diesem Bereich wird sich in der Zukunft noch einiges bewegen. Ergänzend
zu dieser Entwicklung hat eine Evaluation der Lehre und der Forschung stattgefunden, deren
Ergebnisse zukünftig in die Ressourcenverteilung innerhalb der Universität und des
Fachbereiches eingehen werden.
Die Forschungsaufgaben der Mitarbeiter und ihre Begleitung durch Kooperationen mit
Industrieunternehmen sind im Abschnitt Forschung im einzelnen erläutert. Der unmittelbare
Kontakt mit den Herstellern und Anwendern ermöglicht eine attraktive Aufgabenstellung und
die Einbindung der Studierenden in Aufgaben der Forschung im Rahmen von Studien- und
Diplomarbeiten.
Diese sehr gute Zusammenarbeit mit den industriellen Partnern und die sehr wertvolle
Unterstützung der Forschungsarbeiten durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, den
Deutschen Akademischen Auslandsdienst, die Alexander von Humboldt Stiftung, den
Arbeitskreis industrielle Forschung, die Dannie-Heinemann-Stiftung und den Verein der
Freunde der Universität Hannover soll an dieser Stelle, verbunden mit einem sehr herzlichen
Dank, besonders hervorgehoben werden.
Ich wünsche Ihnen auch im Namen aller Mitarbeiter des Schering Instituts für die Zukunft
Gesundheit, Zufriedenheit und Erfolg.
Hannover, im Juni 2001
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 5
2.3 Diplomarbeiten 5
2.4 Exkursionen 5
3 Promotionen 6
4 Forschung 9
5 Veröffentlichungen und Vorträge 34
6 Mitarbeit in Fachgremien und Verbänden sowie bei Tagungen 37
7 Ereignisse und Kontakte 40
8 Gastwissenschaftler 43
Anhang
Technische Ausstattung
Lageplan

1 Personelle Besetzung des Instituts
- 1 -
Institutsdirektor: Prof. Dr.-Ing. Ernst GOCKENBACH
Emeritus: Prof. em. Dr.-Ing. Manfred BEYER († 03.05.)
Privatdozent: Prof. Dr.-Ing. habil. Rainer v. OLSHAUSEN
Lehrbeauftragte: Dr.-Ing. Rainer BITSCH
Dr.-Ing. Stephan PÖHLER
Geschäftszimmer: Frau Lore BELLGARDT
Akademischer Direktor: Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein BORSI
Akademischer Rat: Dr.-Ing. Claus-Dieter RITSCHEL
Wissenschaftliche Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Jürgen GÄRTNER (bis 30.06.)
Dipl.-Ing. Klaus HACKEMACK
Dipl.-Ing. Thomas KOSCHNITZKI (bis 30.09.)
Dipl.-Ing. Ralf KOTTE
Dipl.-Ing. Matthias KRINS (bis 31.05.)
Dipl.-Ing. Mark REUTER (ab 01.11.)
Dipl.-Ing. Volker WASSERBERG
Dipl.-Ing. Peter WERLE
Gastwissenschaftler: MsEE Weerapun RUNGSEEVIJITPRAPA
Chulalongkorn Universität, Bangkok, Thailand
Dr.-Ing. Issouf FOFANA (bis 31.05.)
Elfenbeinküste
Technische Assistentin: Frau Brigitte KIRSCH
Dr.-Ing. Asghar AKBARI AZIRANI (ab 01.04.)
Tehran University, Tehran, Iran
Werkstatt: Feinmechaniker-Meister Karl-Heinz MASKE
Claus-Dieter HASSELBERG
Erich SEMKE
Auszubildender Mark REICHELT (ab 01.09)

2 Lehre
2.1 Vorlesungen, Übungen, Laboratorien
Prof. Dr.-Ing. E. Gockenbach
- 2 -
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 -
SF6-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
(für Maschinenbauer)
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

Mit Assistenten:
- 3 -
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
SF6-isolierten Anordnungen unter Berücksichtigung festigkeitsmindernder Einflüsse -
Dimensionierung von Spannungswandlern und Durchführungen - Berechnung der
Feldverteilung in Kondensatordielektrika
Grundlagen der Elektrotechnik I (Übungen) WS TU 1
(für Maschinenbauer)
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
(für Maschinenbauer)
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

Prof. Dr.- Ing. habil. H. Borsi
- 4 -
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 Schaltertechnik - Beanspruchung,
Bemessung, Prüfung - Schaltgeräte für Wechselstrom
Hochspannungsschaltanlagen und Leitsysteme II SS TV 1
Schaltanlagen für Wechselstrom - Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) -
Statische Kompensatoren - Leitsysteme
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
Hochspannungs- und Hochleistungskabel WS TV 2
Es werden die physikalischen, werkstoff- und fertigungstechnischen Grundlagen von
Mittel-, Hoch- und Höchstspannungskabeln mit den heute gebräuchlichen Dielektrika
(PVC, vernetztes Polyethylen, imprägniertes Papier sowie SF6 als Isoliermedium für
Rohrgasstrecken) und deren Betriebseigenschaften behandelt. Weitere Schwerpunkte
der Vorlesung bilden die für die verschiedenen Kabelarten geeigneten Garnituren
(Endver- schlüsse und Muffen), deren Aufgaben, Funktionsweise, Kontruktion und
Fertigung sowie die im Rahmen der Entwicklung und Qualitätssicherung von Kabeln
und Garnituren erforderlichen elektrischen Prüfungen mit den dabei angewendeten
Meßmethoden.

2.2 Studienarbeiten
Bearbeitungszeit: ca. 3 Monate
2.3 Diplomarbeiten
Bearbeitungszeit : 6 Monate
2.4 Exkursionen
- 5 -
Reuter, Mark:
Elektrische Festigkeit von Öl und
Öl/GFK-Grenzfächen bei unterschiedlichen
Rußgehalten und hoher absoluter
Feuchte
Wiznerowicz, Jan:
Einfluss des Füllstoffes und der Temperatur
auf das Durchschlag- und Teilentladungsverhalten
eines Epoxidharzsystems
Reuter, Mark:
Die Lebensdauer von Grenzflächen zwischen
vernetztem Polyethylen (VPE) und
Ethylen-Propylen-Rubber (EPR) bei elektrischer
und thermischer Beanspruchung
Tschiche, Jörg:
Untersuchungen zur Ortung von
Teilentladungsquellen innerhalb gießharzisolierter
Spulensysteme
03.-05.07. Mehrtägige Studentenexkursion nach Berlin mit Besichtigung des Röhrenwerkes,
des Schaltwerkes, des Meßgerätewerkes und des Kabelwerkes der
Pirelli Kabel und Systeme GmbH, Deutschland sowie des Umspannwerkes
"Mitte" der BEWAG

3 Promotionen
- 6 -
Straßburg, K.: Überwachung und Diagnose von Schaltern und Schaltanlagen im
Mittelspannungsbereich
Vorsitz: Prof. Dr.-Ing. Stölting
Berichter: Prof. Dr.-Ing. Gockenbach
Prof. Dr.-Ing. habil. Oswald
Eingereicht am: 04. Januar 2000
Tag der Promotion: 07. April 2000
Die Geschichte der Mittelspannungs-Schaltanlagentechnik ist so alt wie die Wechselstrom-
Elektrifizierung. Obwohl das Leistungsvermögen und die Verfügbarkeit der Schaltanlagen
ständig verbessert werden, lassen sich Betriebsstörungen nicht vermeiden. Einen wichtigen
Beitrag zur Steigerung der Zuverlässigkeit kann die technische Diagnostik für
Mittelspannungs-Schaltanlagen bieten. Durch eine Überwachung der Schaltanlagen im
Betrieb lässt sich eine bedarfsgerechte Wartung und Instandhaltung der Schaltanlagen
realisieren. Damit wird der Einsatz von robusten und preisgünstigen Komponenten zur
technischen Diagnostik von Mittelspannungs-Schaltanlagen zukünftig auch ökonomisch
sinnvoll.
Am Beispiel eines Vakuum-Leistungsschalters wird ein Messsystem entwickelt, das einen
inkrementalen Drehgeber zur Messung des Winkelverlaufs der Antriebswelle nutzt. Aus dem
Verlauf des Drehwinkels und der berechneten Winkelgeschwindigkeit lassen sich
Veränderungen in der Antriebscharakteristik sicher erkennen. Das Messsystem lässt sich,
nach einer entsprechenden Anpassung, auch für andere Schalter verwenden.
Feuchte kann bei gekapselten SF6-isolierten Schaltanlagen besonders dann zu einem Problem
werden, wenn diese in feucht-heißen subtropischen Regionen eingesetzt werden. Die
Permeation von Wasserdampf in die Anlagen durch gummielastische Dichtungen kann zum
Anstieg der Isoliergasfeuchte und zu einer Verschlechterung der Isolationseigenschaften
führen.
Die Teilentladungsmessung in Mittelspannungs-Schaltanlagen unter Betriebsbedingungen ist
das wichtigste Hilfsmittel bei der Beurteilung des Zustandes der Isolierung. Eine effektive
Unterdrückung externer Störer ist die Hauptforderung bei der elektrischen Messung von
Teilentladungen (TE). Zur Lösung dieses Problems dienen, neben den hier nicht behandelten
Möglichkeiten einer digitalen Bearbeitung der aufgezeichneten Messsignale, die
TE-Messungen mit einem Differenzverstärker und mit der UHF-Methode. Mit der
differentiellen breitbandigen TE-Messung lassen sich schon Impulse kleiner scheinbarer
Ladung in der Nähe der Sensoren messen und lokalisieren. Das Verhalten einer Schaltanlage
im Bereich hoher Frequenzen beim Auftreten von Teilentladungen wird simuliert. Messungen
bestätigen die Gültigkeit des Modells, das den Berechnungen zugrunde liegt.
Moderne Mittelspannungs-Schaltanlagen sind als modulare Felder konstruiert, die durch
silikonkautschukisolierte Sammelschienen miteinander verbunden werden. Da die
Sammelschienen auf der Baustelle installiert werden, ist es sinnvoll, die Montagequalität
durch eine TE-Messung bei der Inbetriebnahme zu prüfen. Dazu kann das Messsystem nach
dem Differenzverfahren sinnvoll eingesetzt werden.

- 7 -
Kunze, D.: Untersuchungen an Grenzflächen zwischen Polymerwerkstoffen unter
elektrischer Hochfeldbeanspruchung in der Garniturentechnik VPE-isolierter
Hochspannungskabel
Vorsitz: Prof. Dr.-Ing. Haase
Berichter: Prof. Dr.-Ing. Gockenbach
Prof. Dr.-Ing. habil. v. Olshausen
Prof. Dr.-Ing. habil. Oswald
Eingereicht am: 15. Februar 2000
Tag der Promotion: 12. Mai 2000
Die vorliegende Arbeit behandelt Untersuchungen an Isolierstoffgrenzflächen in
Hochspannungskabelgarnituren. Eine aus hochspannungstechnischer Sicht entscheidende
Bedeutung für die elektrische Langzeitfestigkeit der Garnituren besitzen im Feldraum
verlaufende Grenzflächen zwischen verschiedenen Isolierwerkstoffen, insbesondere
diejenigen zwischen Kabel- und Garniturendielektrikum. Abhängig von Art und Konzept der
Garnituren ergeben sich weitere Grenzflächen innerhalb der Garniturenisolierung sowie an
der Oberfläche der in Endverschlüssen eingesetzten Steuerelemente. Eine wesentliche
Aufgabe besteht deshalb darin, diese erfahrungsgemäß kritischen Bereiche durch geeignete
Formgebung, Materialauswahl und -bearbeitung sowie durch gezielte Beeinflussung des
Feldverlaufs mittels leitfähiger Steuerlektroden hinreichend elektrisch zu ertüchtigen bzw. zu
entlasten. Durchschlag- und Standzeituntersuchungen an definiert gestalteten
Modellgrenzflächen liefern Erkenntnisse zum Einfluss der Oberflächenbearbeitung und der
Anpresskräfte auf die elektrische Festigkeit. Durch den Einsatz nummerischer
Feldberechnungen wird eine optimale Werkstoffausnutzung sichergestellt.
An Garnituren verschiedener Nennspannungen wurden umfangreiche Versuche ausgeführt,
um die in Modellversuchen ermittelten Zusammenhänge zwischen Grenzflächengestaltung
und der resultierenden elektrischen Festigkeit der Grenzfläche an großvolumigen
Isolierkörpern zu überprüfen. Den Zielen der Prüfungen an Garnituren entsprechend sind bis
auf wenige Ausnahmen keine Durchschläge im Bereich der Isolierstoffgrenzfläche
aufgetreten. Trotz fehlender Durchschläge wurde der Versuch unternommen, das vorliegende
Ergebnismaterial zu bewerten. Aus den so gewonnenen Ergebnissen lassen sich keine
unmittelbaren Belastbarkeitsgrenzen für die geprüften Garnituren bzw. deren Grenzflächen
ablesen, die im Widerspruch zu den Resultaten der Modellversuche stehen. Die
Versuchsergebnisse liefern als nachgewiesene technische Mindestanforderungen wertvolle
Informationen über die Eignung der Garnituren im Netzbetrieb.
Der Vergleich der Versuchsergebnisse mit bekannten Zerstörungstheorien führt für die
Isolierstoffgrenzfläche in Garnituren zur Grenzflächenerosion als hauptsächlichen
Schädigungsmechanismus, wobei dieser bevorzugt von den im Grenzflächenbereich
vorhandenen Hohlräumen ausgeht. Insbesondere bei den Modelluntersuchungen zeigte sich,
dass die Parameter Oberflächengenauigkeit und Anpressdruck einen signifikanten Einfluss
auf die tangentiale elektrische Festigkeit der Grenzfläche haben. Bei verschiedenen
Beanspruchungsformen (Blitzstoß- und Wechselspannung) bleibt der Einfluss der Parameter
qualitativ erhalten, quantitativ ergeben sich nennenswerte Unterschiede.
Anhand der Ergebnisse aus Versuchen an Modellen und Garnituren wurde die Anwendbarkeit
des statistischen Vergrößerungsgesetzes auf den Übergang vom verwendeten Modell auf die
Garnitur nachgewiesen, was eine grundlegende Voraussetzung für die allgemeine Nutzung

- 8 -
der Ergebnisse der Modellversuche bei der Garniturendimensionierung bildet. Unter
Verwendung der experimentell ermittelten Lebensdauerexponenten erlaubt das vorgestellte
Verfahren zur Dimensionierung von Grenzflächen in Aufschiebegarnituren neben Aussagen
zur Kurzzeitfestigkeit auch eine Abschätzung des Lebensdauerverbrauches der individuell
dimensionierten Grenzfläche nach Ablauf von 40 Jahren Nennbetrieb und somit eine
Abschätzung der resultierenden Betriebssicherheit.

4 Forschung
4.1 Arbeitsgebiete
Feste Isolierstoffe
- 9 -
Das Alterungsverhalten von polymeren Isolierstoffen für Mittel- und Hochspannungskabel
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
in polymeren Isolierstoffen zur Bewertung der Restlebensdauer der Isolierung und die
Ertüchtigung der Reaktionsharzformstoffe für die Anwendung in einem höheren
Temperaturbereich, wobei die Parameter des Härtungsverfahrens und die sich daraus
ergebenden mechanischen inneren Spannungen einen wesentlichen Einfluß auf das elektrische
Verhalten von Reaktionsharzformstoffen haben. Zusätzlich werden Diagnoseverfahren
entwickelt, die eine kontinuierliche Erfassung der für die Alterung relevanten Daten
ermöglichen und damit zu einer Verbesserung der Bewertung und der
Lebensdauerabschätzung führen sollen.
Flüssige Isolierstoffe
Die Substitution alter Isolierflüssigkeiten durch andere flüssige Isolierstoffe, die
Regenerierung von flüssigen und festen Isolierstoffen und die Verzögerung des
Alterungsprozesses von Flüssigkeit/Papier Isolierungen sind die wichtigsten Aufgaben in
diesem Arbeitsgebiet. Die Untersuchungen der elektrischen Eigenschaften beschränken sich
nicht auf die reinen Flüssigkeiten, sondern schließen auch die bei der Substitution
auftretenden Mischungen mit ein. Bei der Regenerierung von flüssigen und festen
Isolierstoffen und der Verzögerung der Alterungsprozesse steht der Entzug von Wasser aus
dem Isolierstoffsystem im Vordergrund, wobei die Art des Isolierstoffes, die Art der
Filterung, der Temperatureinfluß und die Geschwindigkeit der Wasserentnahme unter
Betriebsbedingungen eine wesentliche Rolle spielen. Hier ist auch auf eine schonende und
lebensdauerbegleitende bzw- verlängernde Trocknung der Papierisolierung zu achten. 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 Mustererkennungsverfahren durch neuronale Netze, genetische
Algorithmen oder Clusteranalyse. Da die Erscheinungsformen der Teilentladungen zum Teil
gerätespezifisch sind, werden neben der Erhöhung der Empfindlichkeit der
Teilentladungsmessung Untersuchungen an Transformatoren, Hochspannungskabeln und
gießharzimprägnierten Hochspannungsgeräten durchgeführt.

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.
Die im Rahmen eines EU-Forschungsvorhabens erarbeiteten Auswerteverfahren werden unter
Berücksichtigung der für das Prüfergebnis relevanten Parameter eingesetzt und ihre
praktische Anwendung erprobt. Aus den Ergebnissen werden 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.
Monitoring
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 bei zukünftig
stärkerer Auslastung der Betriebsmittel von größerer Bedeutung sein wird. Die
Anforderungen an die Erfassungssysteme sind Erkennung der relevanten Parameter, hohe
Zuverlässigkeit und Einsatz unter Betriebsbedingungen. Ausgehend von diesen
Randbedingungen sind die 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
konzentrieren sich im wesentlichen auf die Betriebsmittel, kunststoffisolierte
Hochspannungskabel sowie flüssigkeitsgefüllte oder feststoffisolierte
Hochspannungstransformatoren. Dabei steht bei den Hochspannungskabeln die Erkennung
von alterungsrelevanten Parametern und bei den Transformatoren die Detektion von Wasser,
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.
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. Die Ergebnisse führen
zu einer Verbesserung der Blitzschutzmaßnahmen und zur Modifikation von Empfehlungen
von Blitzschutzmaßnahmen für zukünftige Konstruktionen.

4.2 Berichte
- 11 -
Dr.-Ing. A. Akbari Azirani, Dipl.-Ing. P. Werle
"Hochfrequenzmodellierung von Transformatoren zur Berechnung der Übertragungsfunktionen
zur Teilentladungsortung"
Übertragungsfunktionen (UTF) eines Leistungstransformators im Hochfrequenzbereich
werden in der Energietechnik z.B. für die Analyse von transienten Vorgängen oder zur
Isolationskoordination verwendet. In den letzten Jahren wurden UTF zur Erkennung von
Wicklungskurzschlüssen oder zur Diagnose mechanischer Deformation der aktiven Teile des
Transformators eingesetzt. Aus diesem Grund wurden zahlreiche Untersuchungen zur
Entwicklung eines passenden Modells für Transformatorspulen durchgeführt, welches auch
bis in den Hochfrequenzbereich hinreichend genau ist.
Im ersten Schritt dieser Forschungsarbeit konnte gezeigt werden, dass die Teilübertragungsfunktionen
(TUTF) von Transformatorspulen als Übertragungsfunktionen von Signalen aus
z. B. inneren Fehlerstellen zur von außen zugänglichen Durchführung bzw. zum Sternpunkt,
auch für die Auswertung und die Ortung von Teilentladungen verwendet werden können.
Da am betriebsbereiten Transformator TUTF jedoch nicht messbar sind, ist eine passende
Modellierung der Eigenschaften des Transformatoraktivteils erforderlich, um die TUTF
entlang der Spule zu ermitteln.
Es gibt verschiedene Verfahren, um die komplexe Anordnung eines Transformatoraktivteils
zu modellieren, wobei hauptsächlich die zwei Ansätze: „Black-Box Modus und detailliertes
Modell“ eingesetzt werden. Black-Box Modelle sind für die Isolationskoordination von
Hochspannungssystemen besonders nützlich, weil kein Wissen vom internen Verhalten des
Systems erforderlich ist. Beim detaillierten Modell werden die physikalischen und
geometrischen Merkmale der Wicklung wie Kapazität, Selbst- und Gegeninduktivität sowie
ohmsche- und dielektrische Verluste durch RLC Einheiten dargestellt, um das Verhalten der
gesamten Transformatorspule durch Verbindung dieser Einheiten zu simulieren.
Bei der TE-Ortung ist es normalerweise genügend, eine Auflösung des TE-Ortes bis zu einer
Scheibeneinheit entlang der Spule zu erreichen. Deshalb wird jede Scheibe der Wicklung als
eine RLC Einheit modelliert, wie in Bild 1 dargestellt. In Bild 1 stellt hierbei L die
Selbstinduktivität der Wicklung pro Einheit, Cg die Kapazität zur Erde, Cs die
Längskapazität, R die ohmschen Verluste und Rs bzw. Rg die dielektrischen Verluste in der
Isolierung zwischen benachbarten Wicklungseinheiten bzw. zwischen Wicklungseinheit und
Erdpotential dar. Die stromabhängige Spannungsquelle bildet den Einfluss der Gegeninduktivitäten
aller anderen Wicklungseinheiten nach.
Die angegebene Ersatzdarstellung kann im Zeit- und Frequenzbereich analysiert werden. Im
Zeitbereich werden die Ströme und Spannungen als Zustandvariable betrachtet und der Zusammenhang
zwischen Ein- und Ausgang wird durch die Lösung der Zustandsgleichungen
berechnet. Im Frequenzbereich hingegen wird mit frequenzabhängigen Knotenadmittanzmatritzen
und Maschenimpedanzmatritzen entsprechend der Kirchhoffschen Gesetze gerechnet.
Die Bestimmung der Parameter kann anhand von Konstruktionsunterlagen der Wicklung
unter Berücksichtigung der Geometrie und der verwendeten Materialien mit Hilfe von
numerischen und analytischen Methoden erfolgen. Der wesentliche Nachteil dieses
Verfahrens ist, dass die Parameter einzeln berechnet werden und somit der Einfluss der

- 12 -
Kopplung der Wicklungen nicht hinreichend genau berücksichtigt werden kann. Zudem sind
vor allem bei älteren Transformatoren oftmals die betreffenden Unterlagen nicht genau genug,
um die Parameter zu bestimmen. Daher wurden die Parameter in diesem Forschungsprojekt
mit Hilfe eines Optimierungsprozesses bestimmt, wobei die Parameter solange variiert
werden, bis die gemessene Systemantwort der Transformatorspule mit der simulierten
übereinstimmt.
Bild 1 Model einer Wicklung einer Transformatorspule zur Berechnung der
Teilübertragungsfunktionen (TUTF)
Konventionelle Optimierungsmethoden zur Schätzung der Parameter zeigten keine akzeptable
Lösung für das Problem, weshalb neue Methoden, wie z.B. genetische Algorithmen, zur
Parameteroptimierung eingesetzt wurden.
i ( )
0 t
Transformatorspule
i ( )
1 t
v1(
t)
v15(
t)
elektrisches Modell
iN (t)
v16(
t)
Bild 2 Vordefinierte Schaltung, die für eine Parameterbestimmung
durch Genetische Algorithmen verwendet worden ist.
Genetische Algorithmen (GA) sind wie neuronale Netzwerke und Fuzzy-Logik Verfahren, die
aus den Prinzipien der Natur abgeleitet wurden. Derzeit sind GA ein wichtiger Teil der

- 13 -
sogenannten Soft-Computing Algorithmen, da sie eine robuste Suche in komplizierten
Lösungsräumen ermöglichen.
Zunächst wurden GA benutzt, um Parameter einer definierten Schaltung mit 16 RLC-
Einheiten zu optimieren (siehe Bild 2). Bei dieser Schaltung wurden die Elemente zunächst
willkürlich gewählt, um zu überprüfen, ob mit GA generell eine Lösung gefunden werden
kann. Die Größen der Schaltungselemente und die optimierten Parameter durch den GA sind
in Tabelle 1 dargestellt. Es ist klar ersichtlich, dass mit den gewählten Verfahren eine
adäquate Parametersuche möglich ist.
R
(Ω)
Rs
(ΜΩ)
Rg
(ΜΩ)
Cs
(pF)
Cg
(pF)
L
(mH)
M 1
(mH)
Definiert 10 15 30 273 2,73 0,004 0,002
Berechnet 9,9963 15,7499 31,4996 274 2,70 0,0041 0,0022
Tabelle 1 Definierte und berechnete Größen der Schaltungselemente
Wegen der guten Ergebnisse dieser Simulation wurde dann versucht, die Spule eines
Verteiltransformators im Labor zu simulieren. Die gemessene Systemantwort dieser Spule
und die Antwort des Modells sind in Bild 3 dargestellt. Die Lösung ergab sich nach 150
Generationen des GA, wobei eine weitere Verbesserung der Lösung anhand weiterer
Iterationen erreicht werden kann.
1
Volt
1
-
5
0
Model
Messung
0 2 4 6 8
Bild 3 Gemessene und berechnete Systemantwort einer Transformatorspule
µs

Dipl. Ing. M. Farahani
- 14 -
"Teilentladungsmessung zur Beurteilung des Isolierungszustands rotierender
Hochspannungsmaschinen"
Methoden zur Zustandsbewertung und Überwachung von rotierenden Hochspannungsmaschinen
sind von der Herstellung bis zur diagnostischen Prüfung vor Ort von großer
Bedeutung. Teilentladungsmessungen, die sich als eine der wichtigsten Isolationsprüftechniken
und -diagnoseverfahren etabliert haben, ermöglichen eine detaillierte Einsicht
in die physikalischen Vorgänge innerhalb der Isolierung und in die Alterungsvorgänge der
Isoliermaterialien.
Als Isolierungsmaterial in Maschinenwicklungen werden am häufigsten Mikafolien aufgrund
der guten Hitzebeständigkeit, mechanischen Festigkeit, Nichtbrennbarkeit und Festigkeit
gegenüber Feuchtigkeit eingesetzt. Dabei werden die aus den isolierten Teilleitern
hergestellten Formspulen mit Glimmerbändern umwickelt und vorrangig in einem Vakuum-
Druck-Prozess (VPI) mit Harz imprägniert, um kleinste Hohlräume in der Isolierung zu
verhindern.
Um das Erdpotential über die gesamte Länge der Stäbe zu verteilen und um Entladungen an
der Isolierstoffoberfläche im Nutbereich zu vermeiden, wird dort ein leitfähiger Belag, der
sogenannte Außenglimmschutz (AGS), aufgebraucht. Ein weiterer halbleitender Glimmschutz,
der sogenannte Endenglimmschuz (EGS), dient zur Steuerung des elektrischen Feldes
an den Nutaustritten (Wickelkopfbereich).
Trotz aller Maßnahmen können in der Isolierung von Hochspannungsmaschinen
Teilentladungen (TE) auftreten, die aufgrund der Materialauswahl und des Aufbaus in der
Regel zu keiner kritischen elektrischen Alterung des Isoliersystems führen. Durch
kombinierte thermische, mechanische und elektrische Überbeanspruchungen kann es jedoch
im Verlauf des Betriebs zu einer Beeinträchtigung der VPI-Glimmer-Isolierung durch TE
kommen.
TE in elektrischen Maschinen entstehen sehr häufig dort, wo der Glimmschutz oder die
Isolierung mechanisch beschädigt sind. Die bekanntesten TE-Typen elektrischer Maschinen
sind in Tabelle 1 zusammen mit ihren Ursachen aufgelistet. Die für die Isolierung elektrischer
Maschinen kritischen TE-Typen sind Nuten- und Oberflächenentladungen.
TE-Typ Ursache
Nutentladungen zwischen AGS Leitervibration oder Verschiebung der
und Ständerblech
Ständerbleche
Oberflächenentladungen Zerstörung des AGS oder EGS
Hohlraumentladungen Hohlräume im geschichteten Dielektrikum oder
an dessen Grenzflächen zum Leiter
Koronaentladungen Zerstörung des EGS oder erhöhte
TE zwischen AGS und EGS
Verschmutzung im Wickelkopf
Verschmutzungsbedingte Potentialverschiebung
TE zwischen Leitern oder Bruch der Leiter oder Unterbrechung der
Verbindungen im Wickelkopf Verbindungen im Wickelkopf
Tabelle 1 Verschiedene TE-Typen bei elektrischen Maschinen

- 15 -
Die elektrischen Maschinen gehören nicht zu den einfachen TE-Prüfobjekten, da die
Stromimpulse innerhalb der Maschine sich nicht nur entlang der Wicklungen ausbreiten,
sondern aufgrund hoher kapazitiver und induktiver Kopplungen auch zwischen den
Wicklungen. Die ursprünglich sehr kurzen TE-Stromimpulse treten wegen des äußerst
komplizierten Stromimpulsübertragungsverhaltens der Wicklungen und aufgrund zahlreicher
Reflexionsvorgänge am Auskopplungsort in verzerrter Form auf.
Die gerade begonnene Forschungsarbeit hat daher eine Bewertung des Isolierungszustands
der rotierenden Hochspannungsmaschinen durch Teilentladungsmessung zum Ziel und wird
folgende Untersuchungen beinhalten:
• Untersuchungen zur Erkennung des TE-Stromübertragungsverhaltens der elektrischen
Maschinen und Bestimmung des Einflusses der verschieden Kopplungsmechanismen
auf die Messergebnisse in Abhängigkeit des TE-Entstehungsorts.
• Vergleich der TE-Signale, die durch verschiedene TE-Sensoren (Auskopplungen)
erfasst werden sowie Auswahl und Entwicklung eines optimalen Auskopplungssystems.
• Optimierung der Erfassung von Teilentladungsimpulsen in rotierenden Hochspannungsmaschinen.
• Erfassung von Teilentladungsimpulsen bei verschiedenen Fehlerzuständen in
elektrischen Hochspannungsmaschinen.
• Diagnostik des Isolationszustands auf der Basis der gewonnenen Meßergebnisse und
der vorhandenen Datenbank.
• Untersuchung zur Erweiterung des Wissens über das Alterungsverhalten der Isolierung
von Hochspannungsmaschinen unter elektrischer und thermischer Beanspruchung.
• Untersuchungen zur Darstellung der Zusammenhängen zwischen elektrisch meßbaren
TE-Kenngrößen und der verbleibenden Lebensdauer der Isolierung .
• Entwicklung eines neuen Verfahrens zur TE-Ortung in Hochspannungsmaschinen.
Dipl.-Ing. K. Hackemack, Dipl.-Ing. P. Werle
"Verfahren zur automatisierten Auswertung von Blitzstoßspannungsprüfungen"
Blitzstoßspannungsprüfungen werden zum Nachweis der elektrischen Festigkeit von Hochspannungsgeräten
bei transienten Spannungsbeanspruchungen eingesetzt. Die für diese
Prüfungen anzuwendenden Prüf- und Auswerteverfahren sind in der IEC-Norm 60060-1 bzw.
in der entsprechenden VDE-Norm 0432-1 festgelegt. Sie basieren jedoch in vielen Punkten
auf analogen Aufzeichnungs- und Auswerteverfahren, bei welchen der Blitzstoßimpuls auf
lichtempfindlichem Fotopapier aufgezeichnet und anschließend mit Lineal und Bleistift von
erfahrenen Prüfingenieuren ausgewertet wurde. Durch die Einführung digitaler Mess- und
Auswertesysteme wurde eine kostengünstigere und leistungsfähigere Durchführung von

- 16 -
Blitzstoßspannungsuntersuchungen möglich. Die manuellen Methoden lassen sich jedoch
nicht generell in eindeutige, digitale Algorithmen umsetzen, weshalb in der jetzigen Fassung
der Normen keine digitalen Verfahren definiert sind. Insbesondere bei Stoßspannungsimpulsen
mit überlagerten Oszillationen oder Überschwingungen, welche zum Beispiel bei
Transformatorprüfungen auftreten, können unterschiedliche, automatisierte Verfahren zu
verschiedenen Ergebnissen führen. Bei Impulsen, bei denen die Frequenz der Überlagerung
um 500 kHz schwankt, kann die Auswertung nach den aktuellen Regeln zu Sprüngen in der
ermittelten Testspannung führen, so dass die Prüfungen nur schwer vergleichbar sind. Aus
diesem Grund wurde ein von der EU unterstütztes Projekt initiiert, an dem neben dem
Schering-Institut folgende Institutionen mitarbeiteten: KEMA (Niederlande), NGC (England)
und L.C.O.E. (Spanien). In einer ersten Phase wurden an verschiedenen Isolierstoffen Blitzstoßspannungsprüfungen
mit überlagerten Oszillationen und Überschwingungen variabler
Frequenz durchgeführt, um das physikalische Durchschlagverhalten bei Blitzstoßspannungen
zu untersuchen. Basierend auf den Forschungsergebnissen werden abschließend Vorschläge
zur Anpassung der relevanten Abschnitte der IEC-Norm 60060-1 bzw. DIN-VDE 0432-1
erarbeitet.
Die Ergebnisse der Blitzstoßprüfungen mit im Scheitel überlagerten Oszillationen bzw. Überschwingungen
an den Isolierstoffen Luft, SF6, Isolieröl und PE lassen sich folgendermaßen
zusammenfassen:
° Im Scheitelwert überlagerte Überschwingungen haben den gleichen Einfluss auf die Blitzstoßdurchschlagspannung
wie Oszillationen. Die Dauer der Überschwingung lässt sich
daher in die korrespondierende Frequenz umrechnen.
° Die Frequenz der überlagerten Oszillation bzw. Überschwingung hat einen Einfluss auf
die Blitzstoßdurchschlagspannung.
° Die Amplitude der Oszillation bzw. Überschwingung beeinflusst die Blitzstoßdurchschlagspannung
ebenfalls.
Die Blitzstoßprüfungen an den oben genannten Isolierstoffen haben gezeigt, dass der Einfluss
der überlagerten Oszillationen bzw. Überschwingungen auf die Blitzstoßdurchschlagspannung
mit zunehmender Frequenz abnimmt. Niederfrequente Überlagerungen haben einen
starken Einfluss auf die Blitzstoßdurchschlagspannung, während hochfrequente Überlagerungen
das Durchschlagverhalten kaum beeinflussen. Dies führt zur Einführung eines frequenzabhängigen
Spannungsfaktors k(f), der den Einfluss der Frequenz der Oszillation bzw. Überschwingung
auf das Durchschlagverhalten berücksichtigt. Die Blitzstoßdurchschlagspannung
Utest kann dann nach der folgenden Formel berechnet werden:
Utest = Uextr -(1-k)∆U
mit Uextr: höchste Amplitude des aufgezeichneten Blitzstoßimpulses 1
∆U: Amplitude der überlagerten Oszillation bzw. Überschwingung
In Bild 1 sind die Verläufe des Spannungsfaktors k dargestellt. Die graue Kurve, die nach den
aktuellen Normen zu verwenden ist, hat bei 500 kHz einen Sprung, so dass die Testspannung
im Bereich dieser Frequenz ebenfalls springt. Die schwarze Kurve stellt den Vorschlag für
den Verlauf des Spannungsfaktors k dar. Mit dieser Kurve kann das frequenzabhängige
Durchschlagverhalten berücksichtigt werden, und Sprünge in der ermittelten Testspannung
werden vermieden, da die Funktion stetig verläuft. Die Reproduzierbarkeit der Auswertung
der Blitzstoßspannungsprüfung wird somit wesentlich erhöht.
1 In Anlehnung an einen Vorschlag der gemeinsamen Task Force zwischen der CIGRE WG 33-03 "High
Voltage Testing and Measuring Technique" und dem SC 12 "Transformers"

- 17 -
Zur Berechnung der Durchschlagspannung mit
Hilfe des frequenzabhängigen Spannungsfaktors
ist jedoch weiterhin die Ermittlung der
Amplitude der überlagerten Oszillation bzw.
Überschwingung erforderlich. Bei einer
manuellen Auswertung kann die Ermittlung der
Amplitude wie bisher über die Konstruktion
einer glatten doppelt-exponentiellen mittleren
Kurve geschehen. Die mittlere Kurve ist jedoch
in den aktuellen Normen mathematisch nicht
exakt definiert, so dass verschiedene digitale Auswertungsverfahren zu unterschiedlichen Ergebnissen
führen. Ein reproduzierbarer Vergleich verschiedener Blitzstoßspannungsprüfungen
ist nur schwer möglich. Daher sind Verfahren erforderlich, die sowohl bei einer automatischen
als auch bei einer manuellen Auswertung zu vergleichbaren Ergebnissen führen.
Die Problematik einer nicht eindeutigen Definition bezüglich der doppelt-exponentiellen
mittleren Kurve (DE) kann vermieden werden, wenn der Rücken des aufgezeichneten Blitzstoßimpulses
(BI) mit einer einfach-exponentiellen Funktion (EE) angenähert wird. In Bild 2
ist diese Annäherung am Beispiel des Impulses "Case 9" aus dem IEC-Prüfdatengenerator
(TDG) gemäß IEC-Norm 61083-2 illustriert.
U
1200
kV
800
600
400
200
0
EE
DE
siehe B
gemessener Impuls (BI)
U extr
0 2 4 6 µs 10
µs
t
t
Bild 2 Blitzstoßimpuls (BI) mit einfach-exponentieller (EE) und doppelt-exponentieller (DE)
Ausgleichskurve
a) Gesamtverlauf
b) Ausschnittvergrößerung im Bereich des Scheitels
A
Vergleichende Untersuchungen haben gezeigt, dass die einfach-exponentielle Ausgleichskurve
sowohl per Hand als auch automatisch mit einer hohen Reproduzierbarkeit ermittelt werden
kann. Die Amplitude der überlagerten Schwingung ∆U lässt sich ebenfalls mit einer hohen
Reproduzierbarkeit ermitteln und die Frequenz kann aus den Schnittpunkten der einfachexponentiellen
Ausgleichskurve und dem gemessenen Blitzstoßimpuls berechnet werden.
Ungenauigkeiten in der Bestimmung der Frequenz haben nur einen geringen Einfluss auf die
ermittelte Testspannung, da der frequenzabhängige Spannungsfaktor k stetig mit steigender
Frequenz sinkt. Sprünge in der Auswertung der Testspannung, die nach der aktuellen IEC-
Norm 60060-1 bei Überlagerungen mit Frequenzen im Bereich von 500 kHz auftreten können,
werden somit vermieden.
Die Konstruktion einer mittleren Kurve kann umgangen werden, wenn die aufgezeichneten
Rohdaten mit digitalen Filtern, deren Filterkennlinie gemäß der Frequenzabhängigkeit des
Spannungsfaktors k angepasst ist, weiterverarbeitet werden. Die Testspannung ist dann der
Extremwert des Ausgangssignals des Filters. Ein solches Filter lässt bei Blitzstoßimpulsen mit
k
U
1
0,5
0
1030
kV
990
970
950
alte
Kurve
DE
BI
neue Kurve
100 1000 kHz
Frequenz
∆U
10000
Bild 1 Spannungsfaktor k als Funktion der
Frequenz der Überlagerung
EE
0,9 1,4 1,9 2,4 2,9 3,4
B

- 18 -
Überlagerungen niedriger Frequenz die Amplitude der Überlagerung nahezu unverändert. Die
Amplituden hochfrequenter Oszillationen bzw. Überschwingungen werden hingegen
vollständig unterdrückt. In diesem Fall ist dann das Ergebnis der Filterung ein glatter Blitzstoßimpuls,
dessen Extremwert der Testspannung entspricht.
U
-700
kV
-900
-1000
-1100
Die Anwendung der Filtermethode ist
im Bild 3 am Beispiel des Impulses
"Case 14" aus dem IEC-TDG verdeutlicht.
Dieser Impuls stellt einen Blitzstoßimpuls
mit einem hochfrequenten
Überschwingen dar. Nach den
aktuellen Auswertungsregeln würde
der Scheitelwert der mittleren Kurve
als Testspannung Utest = -960 kV
gewertet. Unter Berücksichtigung der
Ergebnisse des EU-Projekts hat eine
Überlagerung dieser Frequenz jedoch
Einfluss auf die Blitzstoßdurchschlagspannung.
Unter Verwendung
des im Bild 1 dargestellten
Verlaufs des Spannungsfaktors
reduziert das Filterverfahren den ge-
messenen Extremwert von Uextr = -1071 kV auf eine resultierende Testspannung von
Utest = -1036 kV. Durch die Filterung werden zusätzlich hochfrequente Überlagerungen in der
Stirn des aufgezeichneten Blitzstoßimpulses geglättet, so dass die Stirnzeit T1 eindeutig
ermittelt werden kann.
Mehrdeutigkeiten, die bei einer Anwendung einer mittleren Kurve zur Auswertung von
Blitzstoßimpulsen mit digitalen Verfahren entstehen, können durch die vorgestellte Annäherung
mit einer einfach-exponentiellen Ausgleichskurve und durch den Einsatz des
Filterverfahrens vermieden werden. Die Auswertung mit einer einfach-exponentiellen Ausgleichskurve
kann sowohl per Hand als auch mit digitalen Algorithmen erfolgen, so dass die
Ergebnisse verschiedener Blitzstoßprüfungen mit hoher Reproduzierbarkeit verglichen
werden können. Die Projektpartner stellen die Verfahren derzeit in nationalen und internationalen
Gremien vor, so dass die Ergebnisse und Vorschläge bei einer Neufassung der
IEC 60060-1 einbezogen werden können.
Dipl.-Ing. R. Kotte
gefiltertes Signal
gemessener Impuls
µs
t
Bild 3 Beispiel für die Anwendung der
Filtermethode zur Bestimmung der
Blitzstoßparameter
4 6 8 10 14
"Untersuchungen zur Gleichspannungsfestigkeit von Fahrzeugbatterien"
In Fahrzeugbatterien kann sich während des Ladevorgangs Knallgas bilden. Infolge einer statischen
Aufladung des Batteriegehäuses besteht dann die Gefahr, dass der mit einer elektrischen
Entladung einhergehende Entladungsfunken das Gas entzündet, und die Batterie explodiert.
Vor diesem Hintergrund wurden experimentelle Untersuchungen zur Gleichspannungsfestigkeit
von Fahrzeugbatterien durchgeführt, wobei sich die Versuche auf den als
schwachste Stelle der Isolierung anzusehenden Batteriedeckel beschränkten.
Für die Bestimmung der Durchschlagspannung des aus Polyethylen gefertigten Batteriegehäuses
wurde als Hochspannungselektrode ein Messingzylinder mit einem Durchmesser
von 40 mm verwendet, wie Bild 1 zu entnehmen ist. Um eine gute Kontaktierung mit der

- 19 -
unebenen Batteriedeckeloberfläche zu gewährleisten,
wurde zwischen Elektrode und Prüfobjekt
eine Scheibe aus elektrisch leitfähigem
Silikonkautschuk gelegt. Ein konstanter
Anpressdruck war dabei durch die Masse der
Messingelektrode von 2 kg gewährleistet. Der
in der Batterie enthaltene Elektrolyt wurde über
den Minuspol mit Erdpotenzial verbunden und
bildete somit die Gegenelektrode der Anordnung.
Die zwischen den beiden Batteriepolen
anliegende Potenzialdifferenz von 12 V war
relativ zu der Beanspruchungsspannung von
≥ 1 kV vernachlässigbar, so dass für den Elektrolyt
näherungsweise von einem konstanten
Potenzial ausgegangen werden konnte.
Bei dem Batteriedeckel wurden drei markante
Bereiche unterschieden, für die verschiedene
Durchschlagspannungen zu erwarten waren.
Daher wurde die Messelektrode auf den Einfüllöffnungen,
auf den Füllstandsanzeigern, den
sogenannten „Charge Eyes“ sowie an Stellen
abseits der zuvor genannten Bereiche platziert,
um auf diese Weise ein Festigkeitsprofil des
Deckels zu erhalten. Die als Gegenelektrode
dienende Batterieflüssigkeit wies Kriecheigen-
Bild 1
Prüfanordnung zur Bestimmung der
Gleichspannungsfestigkeit einer
Fahrzeugbatterie
schaften auf. Daher bestand die Gefahr, dass der elektrisch leitfähige Elektrolyt entlang der
Verschlussstopfen und der Charge Eyes an bzw. auf die Batterieoberfläche gelangte und
dadurch die Festigkeit der Isolierstrecke signifikant verschlechterte. Um einen derartigen
Einfluss zu kontrollieren wurden die Durchschlagspannungen sowohl mit trockenen als auch
mit elektrolytbenetzten Stopfen und Charge Eyes ermittelt.
Die Bestimmung der elektrischen Festigkeit erfolgte in Form eines 60-s-Stufentests mit einer
Stufenhöhe von 2 kV, wobei die Anfangsspannung 8 kV betrug. Lediglich bei den Messungen
an den Einfüllöffnungen mit befeuchteten Verschlussstopfen wurden aufgrund der geringeren
Festigkeit dieser Bereiche der Isolierung die Stufenweite auf 1 kV und die Anfangsspannung
auf 5 kV reduziert. Für jede der zu untersuchenden Deckelregion wurden mindestens sechs
Einzelmessungen durchgeführt und anschließend aus den ermittelten Werten der arithmetische
Mittelwert sowie die Standardabweichung errechnet. Alle Messungen fanden bei
Raumtemperatur und einer Luftfeuchtigkeit von ca. 50 % statt.
Erste Testreihen in einem abgedunkelten Raum hatten gezeigt, dass bei einer stetigen
Erhöhung der Spannung dem eigentlichen Durchschlag der Isolierstrecke des öfteren hör- und
sichtbare Entladungserscheinungen bei deutlich niedrigeren Spannungswerten vorausgingen.
Da insbesondere die sichtbaren Entladungen bereits zu einer Entzündung eines in der Batterie
vorhandenen Gases ausreichen können, wurden bei jedem Versuchsdurchlauf stets die Teilentladungs(TE)-Einsetzspannung,
die Spannungen, bei denen erste hör- und sichtbare Entladungen
auftraten, sowie die Durchschlagspannung protokolliert. Als TE-Einsetzspannung
wurde hierbei die Spannung definiert, bei der erste TE mit einem Ladungsinhalt > 30 pC auftraten.

- 20 -
Die Ergebnisse der Untersuchungen an den Einfüllöffnungen sind dem Diagramm in Bild 2
zu entnehmen.
Sp
an
nu
ng
kV
0
TE-Einsetzspannung
hörbare Entladungen
sichtbare Entladungen
Durchschlagspannung
trocken befeuchtet trocken befeuchtet
Typ A Typ B
Bild 2 Verschiedene relative elektrische Festigkeitswerte für den Bereich der
Einfüllöffnungen eines Batteriedeckels
Aus der Darstellung wird deutlich, dass eine stetige Zunahme der Beanspruchungsspannung
zunächst zum Einsatz von Teilentladungen führt. Bei einer weiteren Spannungssteigerung
treten dann erste hör- und sichtbare Entladungen auf, denen anschließend das endgültige
Versagen der Isolierstrecke in Form eines Durchschlags folgt. Weiterhin ist erkennbar, dass
ein Befeuchten der Stopfen mit dem Elektrolyten zu einer mehr oder weniger signifikanten
Verringerung aller aufgenommenen Festigkeitswerte führt.
In Bild 3 sind die Resultate der im Bereich des Charge Eye durchgeführten Untersuchungen
zusammengefasst.
Spannung
30
kV
20
15
10
5
0
TE-Einsetzspannung
hörbare Entladungen
sichtbare Entladungen
Durchschlagspannung
trocken befeuchtet
Bild 3 Verschiedene elektrische Festigkeitswerte
für den Bereich des Charge Eye
eines Batteriedeckels
Aus dem Säulendiagramm geht wieder die
bereits bekannte Reihenfolge der
Entladungsarten hervor. Eine Steigerung
der Beanspruchungsspannung führt
zunächst zu TE, danach zu ersten hör- und
sichtbaren Entladungen und schließlich
zum Durchschlag der Isolierstrecke. Des
Weiteren wird deutlich, dass keine der
aufgenommenen Größen durch ein
Befeuchten des Charge Eye eine
signifikante Beeinflussung erfährt.
Hinsichtlich der elektrischen Festigkeit der
Batteriedeckel ist als wesentliche Aussage
festzuhalten, dass sich der Bereich der
Einfüllöffnungen als Schwachpunkt der
Isolierung herausgestellt hat. Insbesondere
bei einer Benetzung der Verschlussstopfen
mit Batteriesäure sind in diesem Bereich
deutlich niedrigere Festigkeitswerte zu
erwarten als an anderen Stellen des
Batteriedeckels.

- 21 -
Dipl.-Ing. V. Wasserberg
"Ein neues System zur Aufbereitung von flüssigen Isolierstoffen"
Im Bereich der Leistungstransformatoren fast ausschließlich eine Kombination eines flüssigen
sowie eines mit der Flüssigkeit imprägnierten porösen Feststoffes eingesetzt, um die durch
Verluste entstandene Wärme abzuführen.
Aus Kostengründen sowie aufgrund der relativ guten, bisher mit dieser Stoffkombination gemachten
Erfahrungen, hat sich dabei eine Papierisolation, welche in einem Mineralöl imprägniert
ist, als vorteilhaft erwiesen. Aufgrund verbesserter Temperatur, Alterungs- und Umwelteigenschaften
gewinnen aber auch Aramidpapiere und Ersatzflüssigkeiten für das Mineralöl
zunehmend an Bedeutung.
relative Depolymerisationsgeschwindigkeit
1000
100
10
H 2COOH
C
C
O
H
CH
OH
H CH
80 °C
H
100 °C
120 °C
C
OH
H 2O
O
OH
C
H
CH OH
H
CH
2COOH
1
0 1 2 3 [%] 4
Wassergehalt im Papier
C
H
H
C
O
Unter diesen Ersatzflüssigkeiten ist insbesondere die Esterflüssigkeit von Interesse, da sie im
Vergleich zu Mineralöl neben höherer thermischer Stabilität auch ein höheres Wasserlösungsvermögen
aufweist. Wasser hat neben Sauerstoff, hohen Temperaturen und dem Einfluß der
katalytisch wirkenden Metalle des Transformators einen entscheidenden Einfluß auf das Alterungsverhalten
der Zellulose des Isolierpapiers und auf die elektrische Festigkeit des
Isolieröles. Es beschleunigt nicht nur die Depolymerisation der Zellulose, sondern bei diesem
Vorgang wird durch die Auftrennung der Brücken zwischen den Glukoseringen (Bild 1)
zusätzlich Wasser erzeugt.
80
kV
60
U
B
40
20
0
�� ��� ����
Verdrängungskörpe
Verdrängungskörpe
r����
r
�� �� ��� �� ����� ��� �
�� �
������������������� �� �� �
���
��
�� ��� �
�� ��
Pt 100
���� �����
�� ����
������� ���
Bild 1 Abspaltung von Wasser aus Zellulose
und dadurch bedingte Beschleunigung
der Depolymerisation.
20 °C - 120 °C
0 20 40 60 80 100 120 % 140
W rel.
Bild 2 Elektrische Festigkeit von Mineralöl in Abhängigkeit von der relativen Feuchte.

- 22 -
Die elektrische Festigkeit eines mineralischen Isolieröles ist beispielhaft in Bild 2 dargestellt.
Bereits bei einer relativen Feuchtigkeit größer etwa 20% tritt eine signifikante Reduktion der
elektrischen Festigkeit ein.
Die relative Feuchte, welche aus dem Quotienten der absoluten Feuchte zur Sättigungsfeuchte
gebildet wird, kann aber nur ermittelt werden, wenn bekannt ist, wieviel Wasser die Isolierflüssigkeit
bei einer gegebenen Temperatur zu lösen vermag. Diese Sättigungsfeuchte ist in
Bild 3 für Mineralöl dargestellt.
In einem Transformator, in dem sich
10000
neben der reinen Isolierflüssigkeit
ppm
auch Zellulosepapier befindet bildet
sich in Abhängigkeit von der Tempe-
1000
ratur ein Gleichgewicht zwischen
dem in der Isolierflüssigkeit gelösten
Wasser und der darin befindlichen
Zellulose aus, wie dies in Bild 4
100
dargestellt ist.
Mit höheren Temperaturen steigt der
Wasseranteil in der Isolierflüssigkeit
10
0 40
ϑ
80 °C 120
während er in dem Isolierpapier fällt.
Zu beachten ist dabei allerdings, dass
der Wassergehalt der Isolierflüssigkeit
in ppm, der des Isolierpapieres
Bild 3 Wasserlösungsvermögen von Mineralöl
jedoch in Prozent angegeben ist, d. h.
in Papier befindet sich eine große
Menge Wasser.
W L
Wassergehalt im Papier
11
[%]
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
20 °C 30 °C 40 °C
hoch
Temperatur
0 10 20 30 40 50 60 70 [ppm] 90
Wassergehalt im Öl
50 °C
60 °C
80 °C
100°C
Bild 4 Wassergehalt in Mineralöl und Zellulose bei verschiedenen Temperaturen.
In einem Transformator herrschen aufgrund der Verluste Temperaturen um 60 °C. Bei dieser
erhöhten Temperatur ist relativ viel Wasser in der Isolierflüssigkeit gelöst, die Papierisolation
hingegen gibt Wasser ab. Wird nun die Isolierflüssigkeit aus dem Transformator abgezogen,
gekühlt und durch einen Zellulosefilter gepresst, so gibt sie das mitgenommene Wasser ab
tief

- 23 -
(Bild 5). Das derart getrocknete Öl wird dann wieder in den Transformator zurückgefüllt, wo
es für die erneute Aufnahme von Wasser zur Verfügung steht. Versuche bestätigen eine
Absenkung des Wassergehalts des Mineralöles auf unter 1 ppm.
��
�
�
�
�
�
��
��
�
Pumpe
Kühler
Warmes,feuchtes Öl
Kühlkreislauf
Getrocknetes Isolieröl
Bild 5 Schematische Darstellung einer Anlage zur kontinuierlichen Trocknung von
Isolierflüssigkeiten.
Zellulose Filterpatrone
Bei diesem Trocknungsverfahren handelt es sich um ein Verfahren zur langsamen und
kontinuierlichen Trocknung der Isolation während des Betriebes, so dass keine Betriebsunterbrechung
des Transformators oder andere Maßnahmen notwendig sind und die Trocknung
jederzeit betriebsbegleitend begonnen werden kann. Alle Nachteile einer schnellen Trocknung
werden mit den beschriebenen Verfahren vermieden.

Dr.-Ing. C.-D. Ritschel
- 24 -
"Untersuchung verbesserter Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Funkenbildung an
Verbindungselementen einer CFK-Flügelkomponente bei Blitzeinschlag"
Tabelle 1 gibt eine Zusammenfassung möglicher Ursachen der Funkenbildung an Verbindungselementen
(VE) sowie daraus resultierende Möglichkeiten für Schutzmaßnahmen.
Ursachen Schutzmaßnahmen
VE-Typ Hi-Lok-Paßniet
• loser Sitz
• Bohrungstoleranz
• Stromdichte
• Dichtkonzept
VE-Typ Huck-Blindbolt
• Mehrteiligkeit
• Dichtkonzept
• Stromdichte
Einsatz von Hülsen- oder Expansionsnieten:
VE-Typ Huck-Tite
Einsatz von Dichtringen als Ersatz von Dichtmittel:
VE-Typen Eddie-Bolt u. Hi-Lok mit Dichtring
Einsatz von Blindnieten mit größerer Klemmkraft:
VE-Typ Radial-Lok Blind
Einsatz von Dichtringen als Ersatz von Dichtmittel:
VE-Typen Eddie-Bolt und Hi-Lok mit Dichtring
Tabelle 1 Ursachen zur Funkenbildung und Schutzmaßnahmen
Ziel der Untersuchungen war es u.a., die durch den Einsatz neuer Verbindungselemente beabsichtigte
Verbesserung des Blitzschlagverhaltens zu überprüfen und die Funktionsfähigkeit
der verbesserten Schutzmaßnahmen nachzuweisen. Das Versuchsprogramm umfaßte folgende
Punkte:
• Ermittlung des Einflusses durch den Einsatz von Hülsennieten Huck-Tite mit erhöhtem
Preßsitz
• Ermittlung des Einflusses des Dichtkonzepts auf die Funkenbildung im Bereich des
Verbindungselements durch den Einsatz von Eddie-Bolts mit Dichtringen unter Setz- und
Schließkopf und Hi-Loks mit Dichtring im Schließkopf als Ersatz von Dichtmittel.
• Ermittlung des Einflusses von Reparaturmaßnahmen durch den Einsatz von Blindnieten
Radial-Lok Blind
Die Flügelkomponente wurde nach SAE AE4L von außen mit Blitzströmen unterschiedlicher
Amplitude beaufschlagt. Die Höhe der Belastung richtete sich nach der Zonenzuordnung
entsprechend FAA AC20-53A (Tabelle 2).
Die Einleitung des Blitzstromes erfolgte über einen kurzen Lichtbogen in das zu untersuchende
Verbindungselement. Eine eventuell im Innern der Flügelkomponente auftretende
Funkenbildung wurde mit einem Videoübertragungssystem mit Mikrokamera beobachtet.

- 25 -
Zone Belastung Zweck
2A Komponenten D und C1 Für den Bereich am Flügel mindestens
100 kA, 0,25 MJ/Ohm, 30 C nachzuweisende Belastung nach AC20-53A
1A Komponenten A und C1 Ermittlung der Belastungsgrenze bis zur
bis 200 kA, 2,0 MJ/Ohm, 30 C Funkenbildung
Tabelle 2 Blitzbelastungen
Niedrige Strombelastungen (Zone 2A) wurden von der Konstruktion des Schale-Rippen-Anschlusses
mit CFK-Rippenwinkeln ohne Funkenbildung an den Verbindungselementen ertragen.
Ein Unterschied bezüglich der Funkenbildung zwischen dem "naß" eingesetzten Hülsenniet
Huck-Tite und dem "trocken" mit Dichtringen eingesetzten Eddie-Bolt war nicht erkennbar.
Ebenso zeigten sich bei dem mit Dichtringen in Aluminium-Rippenwinkel eingesetzten
Hi-Lok keine Funken. Bei den in CFK-Stringern eingesetzten Verbindungselementen Eddie-
Bolt wurden an der benachbarten Aluminium-Rippe starke Funken beobachtet, die eine
sicherere Beurteilung der Funkenbildung an dem zu untersuchenden Verbindungselementen
nicht zuließen, wobei es auch hier am Verbindungselement keine Funkenbildung zu geben
schien.
Der Radial-Lok Blind ist als Reparaturmaßnahme unter dem Aspekt der Funkenbildung ungeeignet.
Die Ursache hierfür ist in der nach wie vor unzureichenden Klemmkraft und in der
Mehrteiligkeit zu sehen.
Mit Erhöhung des Blitzstromes bis auf 200 kA wurde in allen Fällen die Belastungsgrenze
überschritten. Ausgeprägte Funkenbildung wurde vor allem bei den Radial-Lok Blind beobachtet,
die bereits bei niedriger Belastung versagt hatten (Bild 1). Bei den Eddie-Bolt lag die
Grenze bei ca. 150 kA. Hi-Lok und Huck-Tite waren bis 174 kA bzw. 156 kA ohne Funken,
während bei der nächsthöheren Belastungsstufe von 200 kA auch hier Funken zu beobachten
waren.
Aufnahme vor der Blitzbelastung Aufnahme während der Blitzbelastung
Bild 1
Verbindungselement Typ Radial-Lok Blind, Blitzbelastung: 171 kA; 1,85 MJ/Ohm; 33 C

Dipl.-Ing. P. Werle, Dipl.-Ing. V. Wasserberg
- 26 -
"Entwicklung eines Überhitzungsschutzsystems für Trockentransformatoren"
Ein wesentlicher Nachteil der Trockentransformatoren liegt in der Sensibilität gegenüber
Teilentladungsphänomenen, da aufgrund des fehlenden Selbstheilungseffektes des festen
Dielektrikums eine langfristige Zerstörung der Isolierung oftmals nicht verhindert werden
kann, sobald Teilentladungsaktivitäten auftreten.
Teilentladungen geringerer Energie können anfänglich die Isolierung an der Teilentladungsstelle
aufbrechen, so dass kleine Kanäle entstehen, die wiederum aufgrund der dadurch
hervorgerufenen elektrischen Feldinhomogenitäten Ausgangspunkt für weitere Teilentladungen
sein können. Diese müssen jedoch nicht unmittelbar folgend auftreten, da durch
die ersten Teilentladungen an der Teilentladungsstelle auch Zersetzungsgase entstehen
können, die zunächst entsprechend dem Paschengesetz durch eine Druckerhöhung in der
Fehlerstelle deren Spannungsfestigkeit erhöhen, so dass sich die Teilentladungsaktivität bis
zum völligen Aussetzen reduzieren kann. Die Zersetzungsgase diffundieren jedoch mit der
Zeit in das Gießharz, so dass der Druck und damit die Spannungsfestigkeit der Fehlerstelle
absinkt und ein erneutes Auftreten von Teilentladungen erfolgen kann. Ist dieser Zyklus
einmal eingeleitet, tritt eine in der Regel langsame aber kontinuierliche Verschlechterung der
Isolierung ein, bis schließlich Teile der Isolierung versagen und es zunächst zu Kurzschlüssen
zwischen einzelnen Wicklungen des Transformators kommen kann. An solchen
Windungsschlüssen entstehen dann lokale Temperaturüberhöhungen, die sich, wie in Bild 1
dargestellt, ringförmig entlang der Wicklung ausbreiten und das Auftreten von
Teilentladungen begünstigen, weshalb diese Erwärmungen ein Vorstadium der vollständigen
Zerstörung der Isolierung kennzeichnen.
Die Temperaturerhöhungen können bei nicht rechtzeitiger
Abschaltung des Transformators dazu
führen, dass die Feststoffisolation in Brand gerät,
was nicht nur die völlige Zerstörung des Betriebsmittels
nach sich zieht, sondern zusätzlich Folgeschäden
an Gebäuden und Anlagen verursachen
kann, welche die Anschaffungskosten des Trockentransformators
bei weitem überschreiten können. Ein
derartiges Szenario, wie es in Bild 2 exemplarisch an
einem in Brand geratenen Gießharztransformator
dargestellt ist, gilt es zu vermeiden. Die Trockentransformatorenhersteller
bauen daher in der Regel
eine PTC-Sicherung in die Unterspannungsspulen
des Transformators ein, mit der Begründung, dass
aufgrund der dort auftretenden höheren Strombeanspruchung
und den damit verbundenen höheren
Temperaturen die Unterspannungsseite bevorzugt
gegen Überhitzungen zu sichern ist. Wenn sich die
Temperaturüberhöhungen jedoch infolge von Windungsschlüssen
in den Hochspannungsspulen zu
einem Brand ausweiten, ist eine PTC-Sicherung in
den Unterspannungsspulen nutzlos. Daher wurde ein
neuartiges Überhitzungsschutzsystem entwickelt,
welches eine online Überwachung aller aktiven Teile
des Trockentransformators erlaubt.
Bild 1 Ringförmige Verfärbungen infolge
eines Windungsschlusses
Bild 2 Spule eines in Brand geratenen
Trockentransformators

- 27 -
Das Funktionsprinzip dieses Systems basiert auf den temperaturabhängigen Transmissionseigenschaften
eines Kunststofflichtwellenleiters (KLWL). Wird durch einen solchen Leiter
ein Lichtsignal gesendet, kann es auf der anderen Seite mit Hilfe eines Fotoempfängers
detektiert werden, was in Bild 3 schematisch dargestellt ist.
Ungedämpfte Lichtsignalübertragung
Gedämpfte Lichtsignalübertragung bei Temperaturerhöhung
Lokale Temperaturerhöhung
Bild 3 Funktionsprinzip der KLWL-Sicherung
Infolge einer Temperaturerhöhung
an einer
Stelle auf der Oberfläche
des Lichtwellenleiters
erhöht sich
die Dämpfung des
Lichtsignals, so dass
bei einer bestimmten
Grenztemperatur die
Dämpfung so hoch ist,
dass kein Lichtsignal
mehr vom Fotoempfänger
detektiert wer-
den kann, was zu einem Alarm einer zentralen Steuereinheit führt. Wird ein solcher KLWL
auf den Oberflächen aller Spulen und des Kerns eines Trockentransformators montiert, kann
ein online Überhitzungsschutz erfolgen. Bei der in Bild 4 schematisch dargestellten
Montagetechnik wird der KLWL an jeweils 4 Stellen einer Spule auf der Innen- und
Außenseite mit einem speziellen 2-Komponenten-Epoxidharz fixiert, wobei die KLWL-
Sensoren aller Spulen in Reihe verschaltet werden, um Kosten und Aufwand für die
Steuereinheit zu minimieren.
Sender
Empfänger
Kunststofflichtwellenleiter
Bild 4 Montagetechnik des KLWL-Sensors
Lokale Überhitzung
Sender
Unterbrochener
Empfang
Im Falle eines lokalen Temperaturanstiegs kann je nach Ausführung der Steuereinheit die
Abschaltung des Transformators erfolgen oder ein entsprechender Alarm über zur Verfügung
stehende Schnittstellen an die Leitwarte gesendet werden. In der Regel wird eine
Auslösetemperatur von ca. 130°C verwendet, wobei zum Vergleich erwähnt sei, dass die
charakteristischen ringförmigen Verfärbungen (siehe Bild 1) bei Temperaturen ab etwa 270°C
entstehen. Dadurch kann eine Abschaltung des Transformators in einem so frühen Stadium
erfolgen, dass lediglich die defekte Spule ausgetauscht oder repariert werden muss und keine
größeren Folgeschäden entstehen.

- 28 -
Das patentierte Überhitzungsschutzsystem ist durch intelligentes Design selbstüberwachend
(fail-safe), so dass zwischen internen Störungen und einem Alarm unterschieden werden
kann. Der erste Prototyp dieses Systems ist mittlerweile seit ca. 2 Jahren im Betrieb (siehe
Bild 5), wobei im ersten Quartal 2001 etwa 50 weitere Trockentransformatoren in
Deutschland mit diesem System ausgerüstet wurden. Insbesondere der geringe
Anschaffungspreis, der lediglich wenige Prozent der Transformatorkosten ausmacht, sowie
die Möglichkeit, das System einfach nachzurüsten, erlauben eine effiziente Erhöhung der
Betriebsüberwachung von Trockentransformatoren.
KLWL
Bild 5 Eingebauter Prototyp (KLWL-Sensor links, Steuereinheit rechts)
Dipl.-Ing. P. Werle, Dr.-Ing. A. Akbari
"Neue Techniken zur Teilentladungsortung an Leistungstransformatoren"
Zur Zeit werden TE-Messungen an Leistungstransformatoren überwiegend schmalbandig
durchgeführt und zwar vor Ort aber offline, so dass ein externer Generator nötig ist, der den
Aufwand einer solchen Messung extrem erhöht. Bei dieser Messmethode können weder die
Spannungsverteilung entlang der Spulen noch die thermischen Gegebenheiten mit der
Beanspruchung im Betrieb verglichen werden. Eine Ortung ist mit der beschriebenen
Methode in der Regel nicht möglich, so dass exakte Informationen fehlen um ggf. adäquate
Durchführung
Spule
Wicklungs
paket
x D (t) x S (t)
Bild 1 Funktionsprinzip
Bild 1 Funktionsprinzip
TE-Orte
Sternpunkt

- 29 -
Maßnahmen einleiten zu können. Daher werden in Fällen, in denen TE-Signale nachgewiesen
werden konnten, in einem zweiten Schritt akustische TE-Messungen durchgeführt, um die
TE-Entstehungsorte zu lokalisieren, was jedoch oftmals nur mit mäßigem Erfolg gelingt.
Am Schering-Institut wurden in der Vergangenheit umfangreiche Untersuchungen durchgeführt,
mit dem Ziel, breitbandig gemessene TE-Signale mit Hilfe von Methoden aus dem
Bereich der Mustererkennung zu analysieren und den Entstehungsort der TE-Impulse zu
bestimmen. Dabei zeigte sich, dass mit derartigen Verfahren prinzipiell eine Ortung der TE-
Quellen möglich ist, sofern
Referenzimpulse vorliegen, mit
denen die Mustererkennungsverfahren
eingestellt werden
können. Da ein solches a priori
Wissen in Form von
Referenzimpulsen jedoch in der
Regel nicht verfügbar ist, kann
die Methode nur bedingt
eingesetzt werden.
100kO
1
2
3
4
5
6
7
Bild 2 Messaufbau im Labor
x ( t)
= FFT
x ( t)
FFT
x
i
i
{ x ( t)
}
� FFT D �
�
� = x
�UTF(
i → D)
�
{ x ( t)
}
−1�
FFT S �
= FFT �
� =
�UTF(
i → S)
�
: = Fast Fourier Transform
i_von_Durchführung
Das Funktionsprinzip des neuen Verfahrens beruht darauf, dass jedes TE-Signal von seinem
Entstehungs- zum Auskopplungsort einer charakteristischen Verformung unterliegt, welche
durch die jeweilige Übertragungsfunktion definiert ist. Entsprechend der Systemtheorie kann
somit auch ein an von außen zugänglichen Klemmen gemessenes TE-Signal an dessen
Ursprung zurückberechnet werden, sofern die Übertragungsfunktion zum Ursprung bekannt
ist. Dieses Prinzip stellt die Grundidee einer neuen Technik zur Lokalisierung von TE-
Impulsen dar.
Die Spule eines Transformators wird zunächst als Black-box betrachtet, bei der TE-Signale
gleichzeitig an der Durchführung und am Sternpunkt gemessen werden können, wie dies in
Bild 1 dargestellt ist.
Das TE-Signal im Zeitbereich xi(t) kann dann an dessen Ursprung i berechnet werden, indem,
wie in Gleichung 1 angegeben, das an der Durchführung bzw. am Sternpunkt gemessene
Signal xD(t) bzw. xS(t) im Frequenzbereich durch die Übertragungsfunktion zwischen TE-
−1
50O
50O
= x
x
i_von_Sternpunkt
Tief-
pass
Tief-
pass
i _ von _ Durchführung
i _ von _ Sternpunkt
(1)
⇔ i : = TE −Ursprung
(2)
Digitizer

- 30 -
Ursprung und Durchführung UTF(i→D) bzw. zwischen
TE-Ursprung und Sternpunkt UTF(i→S) dividiert und
anschließend zurück in den Zeitbereich transformiert
wird.
Da der Ursprung i jedoch im allgemeinen gesucht wird
und damit unbekannt ist, müssen die an Durchführung
und Sternpunkt gemessenen Signale auf alle
vermutlichen TE-Entstehungsorte zurückgerechnet
werden. An dem Ort, an dem die von Durchführung und
Sternpunkt zurückgerechneten Signale identisch sind,
liegt der wahre TE-Ursprung, was in Gleichung 2
definiert ist.
Diese Methode ist jedoch nur unter der Einschränkung
gültig, dass es sich bei der Black-box um ein lineares
zeitinvariantes System handelt, was angenommen
werden kann, wenn nur Frequenzen oberhalb von etwa
10 kHz betrachtet werden, da dann für die Transformatorspulen
die Berechnungsvorschriften für Luftspulen
gültig sind und keine nichtlinearen Effekte berücksichtigt
werden müssen.
Das Verfahren wurde an einem speziell präparierten
Ortsnetztransformator (10 kV / 380 V / 200 kVA) im
Labor erprobt, indem an einer Phase in 7 äquidistante
Abschnitte entlang der Spule 3 Arten von Teilentladungen
eingespeist wurden, die mit Hilfe dreier Prüfgefäße
bestehend aus einer Nadel-Platte Anordnung in Öl,
Transformerboard und Luft, erzeugt wurden, was in
Bild 2 dargestellt ist.
In jede der 7 Klemmen wurden von jeder TE-Art 50
Impulse eingespeist, so dass insgesamt 1050 TE-Impulse
zur Verfügung standen, welche jeweils an Durchführung
und Sternpunkt über einen 50 Ω Widerstand
erfasst und mit einer Abtastfrequenz von 100 MHz
aufgezeichnet wurden, wobei ein Eingangstiefpass von
20 MHz Verwendung fand. Die Teilübertragungsfunktionen
von der Durchführung sowie vom
Sternpunkt zu den 7 Klemmen wurden mit einem
vektoriellen Netzwerkanalysator bestimmt.
Bei der anschließenden Auswertung mittels der
Gleichungen 1 und 2 hat sich gezeigt, dass alle 1050
TE-Impulse eindeutig dem korrekten Entstehungsort
zugeordnet werden konnten. Deutlich wird dies in
Bild 3, wo exemplarisch für eine TE-Art die an der
Durchführung und am Sternpunkt gemessenen Signale
im oberen Bild und darunter jeweils die an die 7 Klemmen
zurückgerechneten TE-Impulse abgebildet sind. Es
ist zu erkennen, dass die von der Durchführung und vom
0.05
0
-0.05
5
0
-5
5
0
-5
5
0
-5
5
0
-5
5
0
-5
10
0
-10
10
0
Sternpunkt
Durchführung
Berechnet von der Durchführung
Berechnet vom Sternpunkt
Gemessene Daten
Klemme 1
Klemme 2
Klemme 3
Klemme 4
Klemme 5
Klemme 6
Klemme 7
-10
0 10 20 30 40 50
Zeit in µs
0.05
0
-0.05
0.5
0
Bild 3 Analysierte TE-Signale
Durchführung
Sternpunkt
Gemessene Daten
Berechnet vom Sternpunkt
Klemme 5
-0.5
von der Durchführung
0 20 40
Zeit in µs
60
Bild 4 Doppelimpuls
80

- 31 -
Sternpunkt auf die Klemmen zurückgerechneten Signale an Klemme 3 fast identisch sind,
womit der TE-Ursprung korrekt ermittelt ist.
Wie in Bild 4 dargestellt, können auch Doppelimpulse, also TE-Impulse, die in einem kurzen
zeitlichen Abstand aufeinander folgen, einfach dem richtigen Ursprung zugeordnet werden.
Dargestellt sind hier lediglich die an Durchführung und Sternpunkt gemessenen Signale sowie
die zurückgerechneten Signale am korrekten TE-Entstehungsort.
Ein besonderer Vorteil dieser Methode ist weiterhin, dass ein TE-Signal am wahren Ursprung
visualisiert werden kann, was bislang mit keiner anderen Methode möglich ist, so dass eine
relativ exakte Bestimmung der scheinbaren Ladung durchführbar wird. Zudem können
impulsförmige Störungen, die bei Messungen vor Ort auftreten und den TE-Signalen ähnlich
sind, herausgefiltert werden, da diese von außen kommen und somit auf keinen Ursprung
innerhalb des Transformators zurückgerechnet werden können.
Dipl.-Ing. P. Werle
"Neues Sensorsystem zur Erfassung von Teilentladungen an gießharzisolierten
Spulensystemen"
Feststoffisolierungen auf Kunststoffbasis sind aufgrund des fehlenden Selbstheilungseffektes
besonders empfindlich gegenüber Teilentladungen (TE), da sie eine langsame aber
kontinuierliche Verschlechterung der Isolationseigenschaften bis hin zur Zerstörung des
Betriebsmittels hervorrufen können. In der Regel erfolgen TE-Messungen mit
Parallelauskopplung, die eine Analyse von TE-Mustern in Form von Phasen-Ladungs-
Histogrammen ermöglichen. Eine Lokalisierung von TE-Entstehungsorten ist mit solchen
Verfahren wie mit akustischen TE-Messungen nicht möglich aufgrund der hohen Dämpfung
infolge der Feststoffisolierung. Eine möglichst genaue Kenntnis des TE-Ortes erlaubt jedoch
gezielte Reparaturmaßnahmen oder Designänderungen. Daher wurde ein neues Sensorsystem
zur Erfassung von Teilentladungen an gießharzisolierten Spulen entwickelt, welches neben
einer präzisen Bestimmung der scheinbaren Ladung auch die Ortung der TE-Quelle gestattet.
50
Kalibriergenerator
1
2
3
4
5
6
7
A
Bandpass
f
Verstärker
Bild 1 Neues Verfahren zur Teilentladungsmessung an Gießharzspulen
1
2
3
4
5
6
7

- 32 -
Die Sensoren des Messsystems bestehen aus kleinen
Metallplättchen mit definierter Fläche, welche auf der
Oberfläche einer gießharzisolierten Spule montiert
werden, wobei die Ausrichtung so erfolgt, dass jeder
Sensor direkt über einem Wicklungspaket liegt. Durch
die Sensoren werden die elektromagnetischen
Signalwellen infolge einer Teilentladung erfasst, wobei
an demjenigen Sensor das größte Signal gemessen wird,
der am nächsten zur Teilentladungsquelle liegt, was
schematisch in Bild 1 dargestellt ist.
In Bild 2 sind die gemessenen Signalverläufe der einzelnen
Sensoren dargestellt, wobei die Ladung des
eingespeisten Kalibrierimpulses 20 pC betrug. Es ist zu
erkennen, dass am Sensor 7 im Vergleich zu allen
anderen Sensorsignalen die größte Signalamplitude
erfasst wird, da dieser Sensor am nächsten zur
Signalquelle liegt. Die Sensorsignale sind aufgrund der
Dämpfungseigenschaften der Spule umso kleiner, je
weiter der zugehörige Sensor von dem Entstehungsort
des Signals entfernt ist. Diese Problematik wird mit
dem Sensorsystem umgangen, da die TE in der Nähe
ihrer Quelle erfasst wird, was letztendlich eine genauere
Bestimmung der scheinbaren Ladung erlaubt. Die
maximale Empfindlichkeit der vorgestellten Messung
liegt hierbei in einer geschirmten Umgebung unter
2 pC.
Ein Problem dieser Methode ist der hohe Messaufwand,
da die Sensorsignale gleichzeitig erfasst werden
müssen. Dies kann jedoch durch eine quasi-simultane
Erfassung umgangen werden, bei der die Sensorsignale
über einen Multiplexer nacheinander aufgenommen
werden. Dies ist möglich, da TE-Aktivitäten im
allgemeinen über einen längeren Zeitraum auftreten, so
dass eine Mittelwertbildung der Signale über mehrere
Perioden ebenfalls Unterschiede in den Amplituden
bzw. Phasen-Ladungs-Histogrammen der
verschiedenen Sensoren aufzeigt.
Eine weitere Schwierigkeit besteht in der Erfassung der
Sensorsignale, wenn die Spule auf Hochspannungspotential
gebracht wird. Die Signale können dann nicht
weiter gegenüber Erdpotential gemessen und verstärkt
werden, da sich die Sensoren auf undefiniertem Potential
nahe des Hochspannungspotentials befinden. Daher
wurde ein spezieller Differenzverstärker entwickelt, der
das Sensorsignal verstärkt und anschließend in ein optisches
Signal umwandelt, welches über einen Lichtwellenleiter
übertragen wird. Das Lichtsignal wird dann
von einem Fotoempfänger rückgewandelt und auf den
Eingang eines TE-Messgerätes gegeben, welches in
0 V
0 V
0 V
0 V
0 V
0 V
0 V
1 1 >
>
1 1 >
>
1 1 >
>
1 1 >
>
1 1 >
>
1 1 >
>
1 1 >
>
Bild 2
Signale der Sensoren 1 – 7
Skaleneinteilung 1V / 10µs
1
2
3
4
5
6
7

- 33 -
einem Frequenzbereich zwischen 100 kHz und 250 kHz Phasen-Ladungs-Histogramme
erstellt. Die beschriebene Anordnung ist in Bild 3 dargestellt, in Verbindung mit einer TE-
Signal Einspeisung an der untersten Klemme der Spule durch eine Nadel-Platte Anordnung
innerhalb eines Gießharzblocks.
Neben den Sensorsignalen erfolgt zum Vergleich auch die konventionelle TE-Messung über
Parallelauskopplung mit
einem 6000 pF Kondensator.
Nach der Kalibrierung
der Sensoren und
des Parallelauskopplungs-
AKV
6000 pF
1
2
3
4
5
6
7
1 GΩ
Optische
Übertragung
TE-Analysator
�����������������������������������
�����������������������������������
Bild 3 3 Versuchsaufbau im im Labor
zweiges wurde eine Spannung
von ca. 4 kV an die
oberste Klemme der Spule
gelegt und die Sensorsignale
für jeweils insgesamt
3000 Perioden aufgezeichnet,
wobei immer
nach 500 Perioden auf
den nächsten Sensor umgeschaltet
wurde. Die bei
dieser Messung erhaltenenPhasen-Ladungs-Histogramme
sind in Bild 4
dargestellt, wobei hier
eine unipolare Darstellung gewählt wurde. Es wird deutlich, dass am Sensor 7 die größten
scheinbaren Ladungen gemessen werden, da dieser Sensor am nächsten zur TE-Quelle liegt,
womit der TE-Ursprung korrekt lokalisiert ist.
Bemerkenswert ist zudem, dass an Sensor 7 im Mittel eine scheinbare Ladung von etwa 9 pC
gemessen wurde, hingegen über die Parallelauskopplung lediglich ca. 4 pC
Die Untersuchungen zei-
+18
+18
gen, dass sich das neue
pC
pC
Sensorsystem sowohl zur
Ortung von TE-Quellen
0
0
an gießharzisolierten Spulen
als auch zur präzisen
-18
Sensor 1
-18
Sensor 3
Bestimmung der scheinbaren
Ladung eignet.
+18
pC
0
0 180 deg 360
Sensor 5
-18
0 180 deg 360
+18
pC
0
0 180 deg 360
Sensor 7
-18
0 180 deg 360
Bild Bild 4 4 Phasen-Ladungs-Histogramme der der Sensorsignale
Weiterführende Untersuchungen
vor Ort oder im
Prüffeld von Gießharzspulenherstellern
müssen
zeigen, ob sich die hier
vorgestellte Technik auch
in der alltäglichen Praxis
bewährt.

5 Veröffentlichungen und Vorträge
- 34 -
P. Werle, V. Wasserberg H. Borsi, E. Gockenbach
Ein neuartiges Sensorsystem zur Erfassung von Teilentladungen an gießharzisolierten
Transformatoren
VDI Berichte 1530, Tagung Sensoren und Meßsysteme 2000, 03/2000, Ludwigsburg, S. 599 - 608
V. Wasserberg H. Borsi, E. Gockenbach, M. Ulrich
Ein neuer Sensor zur Überwachung von Leistungstransformatoren
VDI Berichte 1530, Tagung Sensoren und Meßsysteme 2000, 03/2000, Ludwigsburg, S. 985 – 990
P. Werle, V. Wasserberg H. Borsi, E. Gockenbach
Thermischer Schutz von Gießharztransformatoren mit einem Sensor zur Erfassung lokaler
Überhitzungen
VDI Berichte 1530, Tagung Sensoren und Meßsysteme 2000, 03/2000, Ludwigsburg, S. 991 - 996
H. Borsi, A. Kaindl, L. Schön, R. Röckelein
Influence of Processing Parameters on Electrical Insulation Properties for Epoxy-Resin
Materials - An Investigation by Experiment and Finite Element Analysis Simulation
IEEE Intern. Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA, USA, 3/2000, S. 48 - 51
P. Werle, K. Hackemack, E. Gockenbach, H. Borsi
The Breakdown Behavior of Impulse Stressed Polyethylene in Dependence on the Parameters
Characterizing Lightning Impulses
IEEE Intern. Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA, USA, 3/2000, S. 119 - 122
H. Borsi, T. Koschnitzki, A. Kaindl, S. Nowak
Practical Application of Partial Discharge Measurements at Epoxy Impregnated Coils for
Analyzing Signal Noise in the Radio Frequency Range
IEEE Intern. Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA, USA, 3/2000, S. 168 - 171
R. Kotte, E. Gockenbach, H. Borsi
Influence of the Filler on the breakdown and Partial Discharge Behavior of Heat-resistant
Cast Resin
IEEE Intern. Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA, USA, 3/2000, S. 176 - 179
V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach
A New Method for Drying the Paper Insulation of Power Transformers during Service
IEEE Intern. Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA, USA, 3/2000, S. 251 - 254
P. Werle, V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach
A New Protection and Monitoring System for Dry Type Transformers Based on Innovative
Sensor Technologies
IEEE Intern. Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA, USA, 3/2000, S. 255 - 258
V. Wasserberg, M. Krins, H. Borsi, E. Gockenbach
Investigations on Cavities inside Liquid-Immersed Paper and Pressboard Insulation Materials
and their Influence on the Electric Behavior
IEEE Intern. Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA, USA, 3/2000, S. 422 - 425

- 35 -
M. Krins, H. Borsi, E. Gockenbach
Parameters Governing the aC and LI Flashover Strength of Interfaces between Epoxy Resin
Tubes and Transformer Oil
IEEE Intern. Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA, USA, 3/2000, S. 431 - 434
V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach
Improving the Insulation Condition of Power Transformers with an Innovative Paper Insulation
Demoistering Procedure
6th ICPADM, Xi‘an, China (2000), S. 85-88
K. Hackemack, P. Werle, E. Gockenbach, H. Borsi
A New Proposal for the Evaluation of Lighning Impulses
6th ICPADM, Xi‘an, China (2000), S. 93 - 96
P. Werle, V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach
New Devices for a Dry Type Transformer Protection and Monitoring System
6th ICPADM, Xi‘an, China (2000), S. 567 - 570
R. Kotte, E. Gockenbach, H. Borsi
About the Breakdown and Partial Discharge Behavior of Different Heat-Resistant Cast Resins
6th ICPADM, Xi‘an, China (2000), S. 583 - 586
P. Werle, H. Borsi, E. Gockenbach
A New Method for Partial Discharge Location on Powertransformers Based On a System Theoretical
Approach
6th ICPADM, Xi‘an, China (2000), S. 831 - 834
M. Krins, H. Borsi, E. Gockenbach
Investigations Concerning the Impact of the Water Content on the Flashover Strength of Different
Spacer Materials in Transformer Oil.
6th ICPADM, Xi‘an, China (2000), S. 845 - 848
M. Krins, H. Borsi, E. Gockenbach
Differences and Similarities in the Breakdown and Flashover Behavior of Ester Liquid and
Transformer Oil
2nd Int. Conf. on Dielectric and Insulation (ICDI), Stará Lesná, Slowak. Rep. (2000), S. 22 - 27
P. Werle, V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach
Comparison of Different Partial Discharge Measurement Methods on Dry Type Transformers in
Operation
2nd Int. Conf. on Dielectric and Insulation (ICDI), Stará Lesná, Slowak. Rep. (2000), S. 120 - 125
M. Krins, H. Borsi, E. Gockenbach
Differences and Similarities in the Breakdown and Flashover Behavior of Ester Liquid and
Transformer Oil
2nd Int. Conf. on Dielectric and Insulation (ICDI), Stará Lesná, Slowak. Rep. (2000), S. 22 - 27
P. Werle, V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach
Comparison of Different Partial Discharge Measurement Methods on Dry Type Transformers in
Operation
2nd Int. Conf. on Dielectric and Insulation (ICDI), Stará Lesná, Slowak. Rep. (2000), S. 120 - 125

- 36 -
E. Gockenbach, D. Kunze, B. Parmigiani, R. Schroth
Macroscopic Internal Interfaces in High Voltage Cable Accessories
CIGRE 2000, Paris, Paper 12-201
K. Hackemack, P. Werle, E. Gockenbach, et al.
Electrical Insulation for Non-Standard Wave Shape Lightning Impulses
CIGRE 2000, Paris, Paper 12/33-08
I. Fofana, H. Borsi, E. Gockenbach
Moisture Uptake of Mineral Oil at Different Air Relative Humidities and Temperatures
Conf. on Electr. Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), Victoria, Kanada (2000), S. 276 - 279
M. Krins, J. Gärtner, R. Jochem, E. Gockenbach
Correlation Between Numerical Field Computation and Experimental Investigations on the Parameters
Governing the Flashover Behavior of Solid/Liquid Interfaces
Conf. on Electr. Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), Victoria, Kanada (2000), S. 788 - 791
E. Gockenbach, W. Hauschild
Anwendbarer Frequenzbereich hoher Wechselspannungen für Vor-Ort-Prüfungen von VPE-
Kabelsystemen
Elektrizitätswirtschaft Jg. 99 (2000), Heft 26, S. 60 - 67
E. Gockenbach, W. Hauschild
The Selection of the Frequency Range for High-Voltage On-Site Testing of Extruded Insulation
Cable Systems
IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 16, Nr. 6 (2000), S. 11 - 16
E. Gockenbach, P. Werle, V. Wasserberg, H. Borsi
Monitoring and Diagnosis Systems for Dry Type Distribution Transformers
ERA Conference High Voltage Plant Life Extension, Linkebeek/Belgien (2000), S. 2.9.1 - 2.9.7

- 37 -
6 Mitarbeit in Fachgremien und Verbänden sowie bei Tagungen
14.01. DKE K 251 "Errichtung von Blitzschutzanlagen" in Frankfurt/Main
Prof. Gockenbach
26.01. DKE K 181 "Feste Isolierstoffe" in Frankfurt/Main
Prof. Gockenbach
26.01. Forschungsgemeinschaft "Werkstoffe und Werkstofftechnologien
der Elektrotechnik" in Frankfurt/Main
Prof. Gockenbach
15.-16.02. Kabelseminar in Hannover
Prof. Gockenbach
02.-05.04. Intern. Symposium on Electrical Insulation, in Anaheim/USA
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Hackemack, Dipl.-Ing. Kotte,
Dipl.-Ing. Krins Dipl.-Ing. Wasserberg, Dipl.-Ing. Werle mit den Beiträgen:
"The Breakdown Bahavior of Impulse Stressed Polyethylene Dependence on
the Parameters Characterising Lightning Impulses"
"Influence of the Filler on the Breakdown and Partial Discharge Behaviour of
Heat-resistant Cast Resin"
"A New Method for Drying the Paper Insulation of Power Transformers
during Service"
"A New Protection and Monitoring System for Dry Type Transformers Based
on Innovative Sensor Technologies"
"Investigations on Cavities Inside Liquid-Immersed Paper and Pressboard
Insulation Materials and their Influence on the Electric Behavior"
"Parameters Governing the AC and LI Flashover Strength of Interfaces
between Epoxy Resin Tubes and Transformer Oil"
03.05. DKE Lenkungsausschuß in Frankfurt/Main
Prof. Gockenbach
23.05. Beirat VDE Bezirksverein Hannover
Prof. Gockenbach
23.-24.05. DFG-Sitzung in Bonn "Zustandsbewertung von Betriebsmitteln und Anlagen
in der elektrischen Energieversorgung"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
25.05. Beirat Kabelseminar in Hannover
Prof. Gockenbach
12.-15.06. 2 th International Conference on Dielectric and Insulation (ICDI) in Stará
Lesná, Tschech. Rep.
Prof. Borsi mit den Beiträgen:
"Differences and Similarities in the Breakdown Behaviour of Ester Liquid and
Transformer Oil"
"Comparison of Different Partial Discharge Measurement Methods on Dry
Type Transformers in Operation"

- 38 -
15.-16.06. DKE K 124 "Hochspannungsprüftechnik" in Nürnberg
Prof. Gockenbach
17.06. DA CIGRE SC 33 in Erlangen
Prof. Gockenbach
20.-26.06. 6 th Intern Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials
(ICPADM), in Xian, China, Prof. Gockenbach, Dipl.-Ing. Hackemack
mit den Beiträgen:
"Improving the Insulation Condition of Power Transformers with an
Innovative Paper Insulation Demoistering Procedure"
"A New Proposal for the Evaluation of Lightning Impulses"
"New Devices for a Dry Type Transformer Protection and Monitoring System"
"About the Breakdown and Partial Discharge Behavior of Different Heat-
Resistant Cast Resins"
"A New Method for Partial Discharge Location on Powertransformers Based
On a System Theoretical Approach"
"Investigations Concerning the Impact of the Water Content on the Flashover
Strength of Different Spacer Materials in Transformer Oil"
05.-07.07. 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 Technique"
26.08.-01.09. CIGRE Konferenz SC 15 und SC 33 in Paris
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
04.-08.09. CIGRE WG 33-03 "High Voltage Testing and Measuring Technique" in
Dresden
Prof. Gockenbach
09.-10.10. MIDEL Sales Conference in Hamburg
Prof. Borsi mit dem Vortrag:
"Trocknung von Transformatoren mit Hilfe von Esterflüssigkeiten und
Mischflüssigkeiten"
11.-12.10. Haefely Symposium in Stuttgart
Prof. Gockenbach mit dem Vortrag:
"Grundsätzliche Untersuchungen zur Prüfspannung kunststoffisolierter Kabel"
15.-18.10. Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, in Victoria,
Kanada
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dr.-Ing. Fofana, Dipl.-Ing. Gärtner, Dipl.-Ing.
Krins, cand. el. Jochem mit den Beiträgen:
"Correlation Between Numerical Field Computation and Experimental
Investigations on the Parameters Givering the Flashover Behavior of
Solid/Liquid Interfaces"
"Moisture Uptake of Mineral Oil at Different Air Relative Humidities and
Temperatures"

- 39 -
17.10. DFG-Sitzung in Magdeburg "Elektromagnetische Verträglichkeit"
Prof. Gockenbach
07.-08.11. Kabelseminar in Hannover
Prof. Gockenbach mit den Vorträgen:
"Diagnoseverfahren in betrieblichem Einsatz"
"Kabelsanierung mit der Injektionsmethode"
"Magnetfelder von Kabeln"
16.11. DKE K 251 "Errichtung von Blitzschutzanlagen", Frankfurt/Main
Prof. Gockenbach
17.11. TU Darmstadt "Hochspannungs-Kolloquium"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
23.-14.11. ERA Conference, Brüssel
Prof. Gockenbach mit dem Vortrag:
"Monitoring and Diagnosis Systems for Dry Type Distribution Transformers"
04.-05.12. DKE Lenkungsausschuss in Frankfurt/Main,
Prof. Gockenbach
07.12. ETG-Workshop "Isolierstoffe" in Frankfurt,
Prof. Gockenbach mit dem Beitrag:
"CIGRE SC 15 Aktivitäten im Bereich der Isolierstoffe"
07.12. Hochspannungsinstitut an der Universität in Krakow,
Prof. Borsi mit dem Vortrag
"New Sensors for Monitoring Transformers"
14.12. Beirat Kabelseminar in Hannover
Prof. Gockenbach

7 Ereignisse und Kontakte
- 40 -
31.01. Besprechung High Voltage Technology in Basel
"Hochspannungsprüftechnik"
Prof. Gockenbach
09.02. Besprechung Schenectady Dr. Beck und Artec, Berlin, in Hannover
"Einsatz von Flüssigkeiten zur Trocknung von Transformatoren"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
28.02. Besprechung Schenectady Dr. Beck in Hamburg
"Trocknung von Transformatoren während des Betriebs"
Prof. Borsi
29.02. Besprechung Pucaro in Köln
"Isolierstoffe für Transformatoren"
Prof. Gockenbach
07.03. Besprechung EFEN in Hannover
"Hochspannungs- und Hochleistungssicherungen"
Prof. Gockenbach
16.03. Besprechung Artec, Berlin, in Hannover
"Trocknung von Transformatoren"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
24.03 Besprechung Garton, Greifswald, in Hannover
"Gasanalyse von Transformatoren"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
28.03. Besprechung Siemens Medizintechnik in Erlangen
"TE-Messung an Spulen"
Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Koschnitzki
30.03. Besprechung ADtranz AG in Mannheim
"Verhalten der Esterflüssigkeit Midel 7131 in Stromrichteranlagen"
Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Wasserberg
17.04. Besprechung Prof. Nagabhushana, IIST Bangalore/Indien, in Hannover,
"ISH 2001 in Bangalore"
Prof. Gockenbach
26.04. Besprechung Arbeitskreis AiF in Ratingen
"Untersuchungen zur elektrotechnischen Nutzung hochwärmeformbeständiger
Reaktionsharzformstoffe durch Modifikation der Komponenten, insbesondere
der Füllstoffe"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Kotte

- 41 -
03.05. Besprechung Alstom in Mönchengladbach
"Trocknung von sich im Betrieb befindlichen Transformatoren mit Hilfe von
hygroskopischen Flüssigkeiten"
Prof. Borsi
03.05. Besprechung PreussenElektra in Gelsenkirchen
"Trocknung von sich im Betrieb befindlichen Transformatoren mit Hilfe von
hygroskopischen Flüssigkeiten"
Prof. Borsi
11.05. Besprechung Phenix Technologies, Accident/USA, in Hannover
"Hochspannungsprüftechnik"
Prof. Gockenbach
12.05. Besprechung Dätwyler Cables and Systems, Altdorf/Schweiz, in Hannover
"Isolierstoffe für Hochspannungskabel"
Prof. Gockenbach
25.05. Besprechung Hübner Verfahrenstechnik in Bocholt
"Gießharztechnologie"
Prof. Borsi
31.05. Besprechung Alstom in Mönchengladbach
"Diagnose von Transformatoren"
Prof. Borsi
31.05. Besprechung Pirelli Kabel, Berlin in Berlin
"Alterung von Hochspannungsisolierungen"
Prof. Gockenbach
08.06. Besprechung MHH Hannover, in Hannover
"Monitoringsysteme für Trockentransformatoren"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Werle, Dipl.-Ing. Wasserberg
09.06. Besprechung Behnke Transformatoren in Hannover
"Eigenschaften von Öl-Papier Isolierungen"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
12.06. Besprechung MHH Hannover, in Hannover
"Monitoringsysteme für Trockentransformatoren"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Werle, Dipl.-Ing. Wasserberg
19.06. Besprechung Avacon, Laatzen, in Hannover
"Hochspannungstechnik"
Prof. Borsi
24.06. Besprechung SBG, Regensburg, in Neumarkt
"Gießharztechnologie"
Prof. Borsi

- 42 -
17.07. Besprechung BBI, Gommern, in Magdeburg
"Gammagenerator",
Prof. Gockenbach
04.08. Besprechung Prof. Mosheni, Teheran, in Hannover,
"Forschungsgebiete des Instituts"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
18.08. Besprechung UKE, Hamburg, in Hannover
"Verhalten von PVC Isolierungen"
Prof. Gockenbach
11.09. Besprechung UKE, Hamburg, in Hannover
"Verhalten von PVC Isolierungen"
Prof. Gockenbach
18.09. Besprechung Frauenhofer Institut in Magdeburg
"Gammagenerator"
Prof. Gockenbach
21.09. Besprechung VARTA in Hannover
"Statische Aufladung von Batterien"
Prof. Gockenbach, Dipl.-Ing. Kotte
28.09. Besprechung Cable Cure, Rinteln, in Hannover
" Werterhaltung von Mittelspannungskabeln"
Prof. Gockenbach
29.09. Besprechung UKE in Hamburg
"Verhalten von PVC Isolierungen"
Prof. Gockenbach
04.10. Besprechung Frauenhofer Institut in Magdeburg,
"Gammagenerator"
Prof. Gockenbach
04.10. Besprechung ADtranz AG in Mannheim
"Esterflüssigkeit Midel 7131 in Stromrichtern für Lokomotiven"
Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Wasserberg
06.10. Besprechung Pirelli Kabel und Systeme in Neustadt
"Dauerverhalten von Isolierstoffen"
Prof. Gockenbach
19.10. Besprechung UKE in Hamburg
"Verhalten von PVC Isolierungen"
Prof. Gockenbach
20.10. Besprechung Frauenhofer Institut in Magdeburg
"Gammagenerator"
Prof. Gockenbach

- 43 -
31.10. Besprechung Siemens Medizintechnik in Erlangen
"TE-Messung an Spulen"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Koschnitzki
09.11. Besprechung Arbeitskreis AiF in Hannover
"Untersuchungen zur elektrotechnischen Nutzung hochwärmeformbeständiger
Reaktionsharzformstoffe durch Modifikation der Komponenten, insbesondere
der Füllstoffe",
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Kotte
20.-21.11. Besprechung ABB-Forschungszentrum in Dättwil, Schweiz
"Epoxidharztechnologie"
Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Kotte
22.11. Besprechung Dornier, Friedrichshafen, in Hannover
"Impulstransformatoren"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
01.12. Besprechung Haefely Test Systems, Basel, in Hannover
"Prüfanlagen"
Prof. Gockenbach
16.12. Besprechung UKE in Hamburg
"Verhalten von PVC Isolierungen"
Prof. Gockenbach
19.12. Besprechung Behnke Transformatoren in Hannover
"Elektrische Festigkeit von flüssigen Isolierstoffen"
Prof. Gockenbach, Prof. Borsi
8 Gastwissenschaftler
Herr MsEE Weerapun Rungseevijitprapa, Institut für Elektrische Energietechnik,
Chulalongkorn Universität, Bangkok, Thailand, ist seit Oktober 1996 als Stipendiat
des DAAD Gast am Schering-Institut. Er wird sich im Rahmen seiner Dissertation mit
der Beurteilung der Nutzungsdauer von VPE-Hochspannungskabelisolierungen mit
Hilfe eines Modells zur Kabelalterung beschäftigen.
Herr Dr. Issouf Fofana ist seit dem 1. Februar 1998 als Stipendiat der Alexander-von-
Humboldt-Stiftung am Schering-Institut. Er beschäftigt sich im Rahmen seiner wissenschaftlichen
Qualifikation (Habilitation) mit Verfahren zur Lebensdauerverlängerung
der Isolierung betriebsgealterter Transformatoren und Wandler, insbesondere im
Hinblick auf Feuchtigkeit in festen und flüssigen Isolierstoffen.
Herr Dr. Asghar Akbari Azirani ist seit dem 1. April 2000 als Stipendiat der
Alexander-von-Humboldt-Stiftung am Schering-Institut. Er ist auf dem Gebiet
Teilentladungsüberwachung und -ortung an Hochspannungstransformatoren tätig.

Technische Ausstattung
Wechselspannungsanlagen 2 x 800 kV / 1 A
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Wechselspannungsanlage 200 kV mit Teilentladungsmeßplatz
Stoßspannungsanlage bis 2400 kV
Gleichspannungsanlage 800 kV / 50 mA
Stoßstromanlage 250 kA für die Simulation von Blitzeinwirkungen
Geschirmte Meßkabinen für Teilentladungsmessungen
Labor für die Herstellung von Gießharzprüflingen: Presse, Extruder, Gießanlage
Aufdampfanlage
Labor für Flüssigkeitsuntersuchungen: Bestimmung von Wassergehalt, Bestimmung von
Gasgehalt, Gasanalyse
Spektrumanalysatoren, Signalgeneratoren
Video-Systeme für Funkendetektion
Automatische Meßwerterfassungssysteme für Teilentladungsmessungen und Kabelmonitoring

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