Hochspannungstechnik

Kurzzusammenfassung des Projekts: Analyse von Teilentladungen bei Hochspannungsprüfungen mit leistungselektronisch gespeisten Gleichspannungsgeneratoren

Kurzzusammenfassung des Projekts: Im Rahmen des Verbundvorhabens E²HGÜ werden von verschiedenen Partnern Betriebsmittel für die Hochspannungsgleichstromübertragung entwickelt und mit Hilfe von so genannten Mock-ups experimentell evaluiert.

In Isoliersystemen der Hochspannungsgleichstromübertragung wird die elektrische Feldverteilung im stationären Fall durch die elektrische Leitfähigkeit der Isolierstoffe bestimmt. Sehr häufig kommen flüssige Isolierstoffe („Transformatoröl“) zum Einsatz, für die es zwar Modellansätze gibt, welche den Ladungstransport und damit die elektrische Leitfähigkeit beschreiben, die jedoch zentrale Parameter wie Injektion oder Dissoziationsprozesse nur in Form von festen Faktoren und nicht über physikalisch-chemische Prozesse berücksichtigen. Das liegt insbesondere daran, dass reale Isolierflüssigkeiten Gemische aus verschiedenen chemischen Stoffen darstellen und mehrere physikalisch-chemische Prozesse zur Leitfähigkeit der Isolierflüssigkeit beitragen, welche sich überlagern und gegenseitig beeinflussen können.

Das grundlegende Ziel der Forschungsarbeiten im Projekt ULFI ist es daher, zum besseren Verständnis der unterschiedlichen Ladungstransportprozesse in flüssigen Isolierstoffen beizutragen. Dabei soll ein neuer und grundlegender Ansatz verfolgt werden, bei dem die Untersuchungen an reinen Paraffinen vorgenommen werden, welche auch den Hauptbestandteil von konventionellem Transformatoröl darstellen. Durch die eindeutige chemische Struktur der Paraffine können Ladungstransportprozesse direkt mit den chemisch-physikalischen Eigenschaften der Isolierflüssigkeit in Verbindung gebracht werden. Außerdem lassen sich für die Forschungsarbeit Paraffine auswählen, die bei Raumtemperatur erstarren, sodass etwaige Polarisationszustände eingefroren und näher untersucht werden können. Darüber hinaus lassen sich durch das Einfrieren auch hochreine, entionisierte Proben präparieren, die sich hervorragend für die geplanten Untersuchungen eignen.

Im Forschungsvorhaben sollen zum einen die relevanten Ladungsträgergeneratrionsprozesse, wie Injektion und elektrochemische Dissoziationsprozesse an den Elektroden, näher analysiert werden. Zum anderen werden Volumenprozesse, wie die chemische Probenzusammensetzung sowie die feldstärkeabhängige Dissoziation genauer betrachtet. Die Untersuchungen umfassen neben der Bestimmung der zeit-, temperatur- und feldstärkeabhängigen Leitfähigkeit auch eine Bestimmung der quantitativen Ladungsträgerverteilung und der Feldstärke innerhalb einer Probe mittels der sog. Pulsed Electro-Acoustic-Methode. Diese Messungen dienen insbesondere der Verifikation der erarbeiteten physikalisch-chemischen Modelle.

Für die Bearbeitung dieses Forschungsvorhabens werden umfangreiche Kenntnisse und Laborausstattungen im Bereich der Hochspannungsmesstechnik und -diagnostik sowie der Chemie und Materialwissenschaften benötigt. Deshalb ist eine interdisziplinäre Kooperation des Instituts für Energie- und Hochspannungstechnik (THWS) mit dem Lehrstuhl für Chemische Technologie der Materialsynthese (Universität Würzburg) vorgesehen, um die jeweiligen Kompetenzen synergetisch zu vereinen.