Grundlegende Untersuchungen zu kontaktlosen, mobilen Messsystemen zur Messung von impulsförmigen Hochspannungen wie Blitz- und Schaltstoßspannung nach Norm

• Antragsteller: Dr.-Ing. Johann Meisner; Professor Dr.-Ing. Peter Werle
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537551470

Die weltweit steigende Nachfrage nach elektrischer Energie kann in vielen Ländern wegen der langen Übertragungsstrecken nur durch den Ausbau der Energietransportkapazitäten mit Ultrahochspannungsleitungen (UHV) gedeckt werden. Die hierfür verwendeten Komponenten und Geräte unterliegen den betriebsbedingten Belastungen (Nennlast, Lastschwankungen, Schaltvorgänge) als auch äußeren Einflüssen (Blitzeinschläge, Kurzschlüsse). Impulsspannungen werden daher bei Hochspannungsprüfungen zur Nachbildung der durch äußere und innere Überspannungen auftretenden Beanspruchungen sowie für grundsätzliche Untersuchungen von Durchschlagsvorgängen benötigt. Der Trend zu immer höheren Übertragungsspannungen weltweit lässt die Entwicklung von Stoßspannungsteilern mit entsprechend hohen Bemessungsspannungen immer schwieriger und kostenintensiver werden, so dass Alternativen notwendig sind. Diese könnten möglicherweise mit Hilfe moderner, innovativer Messtechniksysteme realisiert werden, indem berührungslose, rückwirkungsfreie Sensoren zur Messung des elektrischen Feldes der Impulsspannungen verwendet werden. Eine speziell angepasste, rückführbare Feldsonde für diese Anwendungsfälle wäre eine elegante, transportable und zugleich effiziente und kostenreduzierte Variante. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher Untersuchungen mit verschiedenen Feldsensortechniken durchzuführen, um Messsysteme zu finden, welche die Entwicklung eines innovativen, mobilen Systems zur berührungslosen Messung von Stoßspannungen ermöglichen können, wobei sich das mobile Messsystem von den konventionellen Messsystemen mit Stoßspannungsteilern in Abmaßen, Kosten und Flexibilität signifikant vorteilhaft unterscheiden und zudem eine hohe Linearität bis in den ultrahohen Spannungsbereich aufweisen soll. Dieses Ziel kann nur in Kooperation von Forschungsinstitutionen entstehen, so dass die Durchführung des Projektes mit den beiden Instituten IfES der LUH und PTB als Partner den Vorteil bietet die Untersuchungen mit einer größeren Auswahl an Sensoren und Hardware durchführen zu können. Besonders da die Messungen mittels feldbasierter Methoden abhängig sind von der direkten Umgebung und vom Aufbau, ist es unbedingt notwendig auf die Laboratorien von mindestens zwei Instituten zurückgreifen zu können, um etwaige Umgebungseinflüsse zu minimieren. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Hochspannungshallen der beiden Forschungsinstitute und der Geräteinstallationen, die die Impulsspannungen erzeugen, müssen die in jedem Hochspannungslabor als optimal ausgewählten Messsysteme gegeneinander validiert werden, um die Stabilität und Zuverlässigkeit der ausgewählten Messsysteme unter verschiedenen Prüfbedingungen nachzuweisen. Letztlich kann nur basierend auf solchen Vergleichsuntersuchungen ein universell einsetzbares System entwickelt werden, welches den Stand der Technik der Impulsspannungsmessung erheblich erweitern würde und weltweit vorteilhaft eingesetzt werden könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen