Hochspannungs-Labor
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Großgeräte wird im Wesentlichen für folgende Forschungsprojekte eingesetzt: 1. Kompakte Gleichspannungssysteme: Für die Übertragung elektrischer Energie mit hohen Gleichspannungen (HGÜ) werden neben Freileitungen und Freiluftschaltanlagen, vor allem auf Offshore-Anlagen und in dicht besiedelten Gebieten, metallgekapselte gasisolierte Schaltanlagen eingesetzt werden. Für entsprechende Isoliersysteme existieren weder erprobte Bemessungsrichtlinien noch entsprechende Prüfvorschriften. Die wissenschaftliche Herausforderung besteht darin, die elektrische Beanspruchung der festen und gasförmigen Isolierstoffe in entsprechenden Isoliersystemen zu ermitteln, zu verifizieren und dafür entsprechende Prüfstrategien zu entwickeln. Dies erfordert die Kenntnis der auftretenden Spannungsbelastungen sowie geeigneter Werkzeuge zur Berechnung der elektrischen Felder. Bei Gleichspannungsbelastung sind diese durch die elektrische Leitfähigkeit der beteiligten Isolierstoffe und die gegebene Anordnung bestimmt. Die Leitfähigkeit fester polymerer Isolierstoffe hängt dabei wesentlich von der Art des Werkstoffs sowie auch von der Temperatur und der Feldstärke ab. In Isoliergasen sind die Prozesse der Ladungsträgerbereitstellung zu berücksichtigen, die in der Regel zu einer stark nichtlinearen Abhängigkeit der Gasleitfähigkeit von der Feldstärke führen. Für den Betrieb bedeutet dies, dass nach jeder vergleichsweise schnellen Spannungsänderung die Spannungsverteilung zunächst durch die geometrische Anordnung und die Permittivitäten der Isolierstoffe bestimmt ist (kapazitive Spannungsverteilung) und nach einer gewissen Übergangszeit in eine durch die elektrischen Leitfähigkeiten bestimmte stationäre resistive Spannungsverteilung übergeht. Dabei treten an den Grenzflächen Feldstoff/Isoliergas in der Regel Oberflächenladungen auf, welche vor allem bei heteropolaren Spannungsbelastungen (z.B. Polaritätswechsel) zu Feldstärkeüberhöhungen führen. Ziel des Forschungsprojekts ist es, das Verhalten kompakter Isoliersysteme in metallgekapselten gasisolierten Anlagen bei typischen Spannungsbelastungen in HGÜ-Systemen (Gleichspannung, überlagerte Stoßspannung, Polaritätswechsel) zu untersuchen und die Eignung ausgewählter Systeme in einem Langzeitversuch nachzuweisen. 2. Isoliersysteme mit synthetischer Luft: Als Ersatz für das treibhauswirksame Isoliergas Schwefelhexafluorid wird synthetische Luft in Betracht gezogen. In diesem Zusammenhang interessiert die elektrische Festigkeit typischer Elektrodenanordnungen in synthetischer Luft bei verschiedenen Spannungsformen. Um entsprechende Anlagen hinreichend kompakt gestalten zu können, werden hohe Gasdrücke benötigt. Ziel des Forschungsprojekts ist es, das Isoliervermögen von synthetischer Luft in typischen Isolieranordnungen zu bestimmen und dabei den Einfluss der Rauheit der Elektroden rechnerisch zu simulieren und experimentell zu verifizieren. 3. Einsatz von Wärmerohren in gasisolierten Geräten und Anlagen: Als strukturtragende Konstruktionselemente werden in der Hochspannungstechnik feste Isolierstoffe verwendet. Die dafür in Frage kommenden Werkstoffe haben jedoch eine schlechte thermische Leitfähigkeit, so dass die Stromwärmeverluste im Wesentlichen nur durch Wärmestrahlung und Konvektion an die Umgebung abgegeben werden können. Um in gasisolierten Geräten und Anlagen die Stromtragfähigkeit weiter erhöhen zu können, sind leistungsfähigere Mechanismen zur Wärmeübertragung zu erschließen. Ziel des Forschungsprojekts ist es zu klären, ob und in welchem Maße die Wärmeleitfähigkeit der isolierenden Stützstrukturen durch den Einsatz von Wärmerohren verbessert werden kann.
