Ermittlung der Lebensdauerkennlinie für polymere Isolierstoffe unter Beanspruchung mit hohen Gleichspannungen (HVDC)

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Kornhuber; Professor Dr.-Ing. Peter Werle
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464489575

Infolge der weltweit stattfindenden Energiewende und den verbundenen Veränderungen im Energiesystem, werden neue Hochspannungsübertragungssysteme installiert, die im Gegensatz zur bisher verwendeten Wechselspannungstechnik auf Gleichspannungsübertragung basieren werden. In Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystemen (HGÜ) kommen vermehrt feste polymere Isolierstoffe zum Einsatz, wobei sich die Frage stellt, ob die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der HGÜ-Komponenten mindestens so gut ist wie die der Wechselspannungsanlagen. Die Langzeiterfahrungen mit polymeren Isolierstoffen in HGÜ-Systemen sind im Vergleich zu denen der Wechselstromsysteme als gering einzustufen.Die Lebensdauer einer Hochspannungskomponente wird maßgeblich durch das verwendete Isoliersystem bestimmt, wobei für Wechselspannung Methoden entwickelt wurden, mit denen die Lebensdauer fester polymerer Isolierstoffe in Abhängigkeit der elektrischen Feldstärke bestimmt werden kann. Ein solches Verfahren steht derzeit für Gleichspannung nicht zur Verfügung, was die Lebensdauerabschätzung des Isoliersystems nahezu unmöglich macht. Ein Grund hierfür ist die Bildung von Raumladungen im Isoliersystem unter Gleichspannung, welche die Lebensdauer der Isolierung signifikant beeinflussen. Daher soll ein Forschungsvorhaben durchgeführt werden, welches zum Ziel hat, eine Methode zu entwickeln, mit der die Lebensdauer von polymeren Isolierstoffen in Abhängigkeit der Gleichspannungsbeanspruchung und sich im Isolierstoff bildenden Raumladungen beschleunigt ermittelt werden kann.Dafür sollen typische polymere Isolierstoffe unter Gleich- und Wechselspannung bis zum Versagen gealtert werden, wobei Raumladungsmesstechniken bei den Gleichspannungsuntersuchungen zum Einsatz kommen sollen. Um mehrere verschiedene polymere Isolierstoffe gleichzeitig untersuchen zu können, sollen zwei verschiedene, für Materialien unterschiedlicher Härte jeweils angepasste Verfahren verwendet werden, die Raumladungen in den zu untersuchenden Isolierstoffen örtlich auflösen können. Durch eine parallele Untersuchung verschiedenartiger Isolierstoffe in zwei unabhängigen Institutionen, die je eine Raumladungsmessmethode anwenden, wird ein Vergleich des Verhaltens verschiedener Isolierstoffe bzw. der Eignung und Reproduzierbarkeit unterschiedlicher Messmethoden ermöglicht. Zudem erlaubt dieses Vorgehen infolge der umfangreicheren Untersuchungsergebnisse eine Auswertung mit einer erhöhten statischen Sicherheit, zumal die Ergebnisse des jeweils anderen Instituts verifiziert werden können, da sowohl unterschiedliche als auch ähnliche Isolierstoffe bzw. Prüfsequenzen in beiden Institutionen verwendet werden sollen. Dadurch können Hypothesen und Aussagen genauer und nachhaltiger entwickelt werden, wobei die Untersuchungen mit den unterschiedlichen Spannungsformen letztlich auch miteinander verglichen werden sollen, um zu prüfen, ob aus der Wechselspannungslebensdauer die Lebensdauer unter Gleichspannung zu approximieren ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen