Ermittlung der Lebensdauerkennlinie für polymere Isolierstoffe unter Beanspruchung mit hohen Gleichspannungen

Allgemeine Informationen

Projektnummer	62215208
Projekttitel laut Förderbescheid	Ermittlung der Lebensdauerkennlinie für polymere Isolierstoffe unter Beanspruchung mit hohen Gleichspannungen
Akronym	HVDC
Projektlaufzeit	01.08.2021 - 31.03.2025
Forschungsschwerpunkt	Energie und Umwelt
Projektkategorie	Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld	Energie und Umwelt
Themengebiet	polymere Isolierstoffe für hochspannungsanwendunge
Grundeinheit	Fakultät Elektrotechnik und Informatik

Inhaltliche Projektbeschreibung

Ziel

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines reproduzierbaren Verfahrens zur Ermittlung des Lebensdauerverhaltens von polymeren Isolierstoffen unter hoher elektrischer Gleichfeldbeanspruchung, wobei eine Methode gesucht wird, die ein Analogon zur Bestimmung der Lebensdauerkennlinie bei Wechselfeldbeanspruchung darstellen soll. Dazu muss eine entsprechende Messtechnik entwickelt oder ein bestehendes Verfahren modifiziert werden, welche die Hypothesen in Bezug auf die Abhängigkeit der Lebensdauer von verschiedenen Parametern, wie Raumladungsbildung und Temperatur berücksichtigt. Aus dieser Arbeit soll weiterführend ein Vorschlag für ein standardisiertes Prüfverfahren abgeleitet werden, um die gegenwärtige Lücke bei der validen Lebensdauervorhersage für polymere Isolierstoffe unter hohen Gleichspannungen zu schließen

Methodik

Aufgrund der Breite der in der Hochspannungstechnik eingesetzten polymeren Isolierstoffe und der Notwendigkeit letztlich diese alle zu untersuchen, wird das Vorhaben auf zwei Institutionen aufgeteilt. Hiermit soll mittels der Anwendung unterschiedlicher Methoden zur Raumladungsmessung einerseits die jeweils andere Institution mit ihren Ergebnissen bestätigt werden und andererseits die Bandbreite der prüfbaren Materialien erhöht werden. Das sichert die Qualität der Untersuchungen und lässt gleichzeitig auf fundiertere Aussagen zur Reproduzierbarkeit der angewandten Methoden hoffen. Ebenso die daraus zu entwickelnden Theorien und Methoden unterliegen dadurch einer strengeren, analytischen Evaluierung und erhalten daher bereits vor der Veröffentlichung eine höhere Nachhaltigkeit. Für die Messung der Raumladungen soll die LIPP-Methode zum Einsatz kommen. LIPP steht für laser-induced-pressure-pulse und ist eine Weiterentwicklung der frühen thermischen Methoden zur Raumladungsmessung und eine Art der sogenannten PWP (pressure-wave-propagation) Methode. Hierbei wird ein ultrakurzer, energiereicher Laserimpuls an der Elektrode in mechanische Energie umgewandelt. Dieser Impuls propagiert durch den Prüfkörper und führt dort zu einer örtlichen Kompression des Materials was mit einer Auslenkung der darin vorhandenen Ladungsträger einhergeht. Diese Ladungsauslenkung bewirkt eine Verschiebung der influenzierten Ladung und führt damit zu einem messbaren Stromsignal an der Gegenelektrode. Mit vielfacher Verstärkung kann dieses Signal mit einem Speicheroszilloskop aufgezeichnet werden. Zur Anwendung, mathematischen Beschreibung sowie zur Optimierung und Erweiterung gibt es bereits einige Arbeiten allerdings auch eigene Erfahrungen, die in das Projekt einfließen werden. Der Versuchsstand wird für die parallele Alterung von mindestens fünf 1 mm starken Prüfkörpern unter hoher elektrischer (E ~ 100 kV/mm) und thermischer (bis 80 °C) Belastung ausgelegt werden müssen. Die besondere Herausforderung stellt neben der parallelen Spannungsversorgung, auch bei Ausfall eines Prüflings, insbesondere die online, in situ Raumladungsmessung dar. Die Automatisierung dieses Systems zur selbstständigen Steuerung des Impulslaser aber auch die Messwertaufzeichnung und der Schutz dieser vor Überspannung sind als herausragende Meilensteine des Projektes zu bewerten. In Folge der Konstruktion folgen Dauerversuche bis längstens drei Monate

Weitere Daten

• Ansprechpartner

  • Herr Prof. Stefan Kornhuber (Projektleitung)
  • Herr Henry Hirte

• Fördermittelgeber

  • KO 5486/5-1 (676661) - DFG
  
  
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• Finanzierung

  • 313.175,00 €

• Kooperationen mit externen Partnern

  • Leibniz Universität Hannover