Untersuchung von Ladungstransportprozessen in flüssigen Isolierwerkstoffen anhand von hochreinen Paraffinen (ULFI)

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Sextl; Professor Dr.-Ing. Markus H. Zink
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392037946

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Folgende Hinweise fassen die Forschungsergebnisse im Wesentlichen zusammen und geben für Folgeprojekte wertvolle Hinweise: Für die wissenschaftliche Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeit von Isolierflüssigkeiten ist die Verwendung von Edelstahlelektroden bedingt geeignet. Eine Beschichtung mit einem Material mit definierteren Eigenschaften, z.B. Gold, wäre hier vorteilhafter, weil dadurch etwaige Oberflächendefekte, die zu einer Reduktion der Austrittsarbeit von Ladungsträgern führen können, egalisiert werden können. - Für Umpolversuche, bei denen es auf die Auflösung der ersten Sekunden nach dem Umpolvorgang ankommt, ist die Verwendung von automatisch umpolbaren Spannungsquellen nicht geeignet, weil hier der Umpolvorgang zu lange dauert. Es empfiehlt sich die Verwendung von Hochspannungsverstärkern zur Erzeugung von schnellen und präzisen Spannungsrampen. - Von großem wissenschaftlichen Interesse ist nach wie vor die Ausbildung des nach dem Umpolvorgangs bei der Messung der elektrischen Leitfähigkeit zu beobachtende Maximum im Strom. Es bestehen drei unterschiedliche Ansätze, dieses Strommaximum zu deuten und in die Modellbildung einzubinden. Folglich ist es nötig, im Rahmen von Folgeprojekten hier weiter Aufschluss durch gezielte Messreihen und Parameterstudien zu gewinnen. Auch die Verwendung der Messmethoden zur Erfassung der elektrischen Feldstärke in der Isolierflüssigkeit (Kerr-Effekt) oder der Raumladungen (PEA-Methode) könnte hier einen wertvollen Beitrag leisten. - Die Verwendung von Paraffin als Untersuchungsgegenstand hat sich als sehr erfolgversprechend gezeigt, weil das physikalisch-chemische Verhalten der reinen Stoffe grundsätzlich verstanden werden kann. - Es konnte erfolgreich gezeigt werden, dass dem reinen Paraffin durch die Zugabe der entsprechenden Säure (hier n-Nonansäure in n-Dodekan) gezielt Ladungsträger zugeführt werden können. Ein Salz hingegen konnte nicht in eine Lösung überführt werden. Die gezielte Verunreinigung verursacht grundsätzlich die erwartete Auswirkung auf die elektrische Leitfähigkeit, lässt aber auch neue Fragen entstehen, die in Folgeprojekten weiter untersucht werden sollten. - Im Rahmen der Modellbildung und Simulation ist es gelungen, die vorhandenen Ansätze aufzugreifen und ein Stück weit weiterzuentwickeln. Hier ist ebenfalls noch Forschungs- und Modellierungsbedarf vorhanden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Influence of the Electrode Surface Roughness on the Electrical Conductivity of Pure Paraffin. 20th IEEE International Conference on Dielectric Liquids (ICDL) 2019
  C. Dotterweich, F. Dax, M.H. Zink, J. Popp, T. E.M. Staab, G. Sextl, F. Berger
  
• Influence of Impurities on the Electrical Conductivity in Paraffinic Model Oil. VDE-Fachtagung Hochspannungstechnik 2020
  C. Dotterweich, H.-P. Öftering, M.H. Zink, J. Popp, T. E.M. Staab, G. Sextl, F. Berger