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Forschung


Asset Management

Als Folge der Liberalisierung der elektrischen Energieversorgung sind in den letzten Jahren der Bedarf und das Interesse an Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung der Betriebsmittel und Instandhaltungsoptimierung der Netzwerke stark gestiegen. Zu diesem Zweck sind die Zuverlässigkeits- und Instandhaltungsmodelle der elektrischen Betriebsmittel und Netzwerke von besonderer Bedeutung. Auf Basis der durch die Zustandsüberwachung erfassten Daten soll das Zuverlässigkeitsmodell den Ist-Zustand bewerten und darüber Auskunft geben, zu welchem Zeitpunkt die Alterung, bedingt durch elektrische, thermische und mechanische Beanspruchungen, soweit fortgeschritten ist, dass das entstehende Gefährdungspotential nicht mehr vertretbar ist. Unter Berücksichtigung von Instandhaltungsmodellen kann dann die Optimierung aller Instandhaltungsmaßnahmen vorgenommen werden. Allen Instandhaltungsstrategien ist gemeinsam, dass nach gewissen zufälligen oder determinierten Zeitspannen vollständige Instandhaltungsmaßnahmen zur Wartung, Instandhaltung und Erneuerung durchgeführt werden. Die am Schering-Institut laufenden Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit der Erarbeitung der für die Instandhaltungsstrategien notwendigen Grundlagen und mit dem Vergleich und der Optimierung der Strategien mit Hilfe mathematischer Modelle.

Feste Isolierstoffe

Die Veränderungen von polymeren Isolierstoffen für Mittel- und Hochspannungskabel bei elektrischer, thermischer und elektrisch-thermischer Beanspruchung sowie das Verhalten von Reaktionsharzformstoffen bei erhöhter Temperatur und Temperaturwechsel stehen im Vordergrund der Untersuchungen von festen Isolierstoffen. Die Erkennung der Alterungsmechanismen und die Bewertung der Restlebensdauer der Isolierung sind die Ziele der Untersuchungen an polymeren Isolierstoffen. Die Ertüchtigung für eine Anwendung in höheren Temperaturbereichen durch Variation der Reaktionsharze und Füllstoffe ist die Hauptaufgabe der Untersuchungen an Reaktionsharzformstoffen. Die Parameter des Härtungsverfahrens und die sich daraus ergebenden mechanischen inneren Spannungen haben dabei einen wesentlichen Einfluss auf das elektrische Verhalten der Reaktionsharzformstoffe. Zusätzlich werden Diagnoseverfahren entwickelt, die eine kontinuierliche Erfassung der für die Alterung relevanten Daten ermöglichen und damit zu einer Verbesserung der Bewertung und der Lebensdauerabschätzung führen sollen.

Flüssige Isolierstoffe

Die Substitution von flüssigen Isolierstoffen, die Regenerierung von flüssigen und festen Isolierstoffen und die Verzögerung des Alterungsprozesses von Flüssigkeit/Papier Isolierungen sind die wichtigsten Aufgaben in diesem Arbeitsgebiet. Die Untersuchungen der elektrischen Eigenschaften beschränken sich nicht auf die reinen Flüssigkeiten, sondern schließen auch die bei der Substitution auftretenden Mischungen von ursprünglichen und neuen Flüssigkeiten mit ein. Bei der Regenerierung der festen/flüssigen Isolierstoffsysteme und der Verlangsamung der Alterungsprozesse steht der sanfte Entzug von Wasser aus dem Isolierstoffsystem im Vordergrund, wobei die Art des Isolierstoffes und der Filterung, der Temperatureinfluss und die Geschwindigkeit der Wasserentnahme unter Betriebsbedingungen eine wesentliche Rolle spielen. Hier wird besonderer Wert auf eine lebensdauerbegleitende bzw. verlängernde Trocknung der Papierisolierung gelegt. Die Arbeiten mit flüssigen Isolierstoffen werden im Hinblick auf das Monitoring von Transformatoren durch Gasanalyse und Untersuchungen des Teilentladungsverhaltens ergänzt.

Teilentladungsmesstechnik

Die Teilentladungsmessung während der Prüfung im Werk oder vor Ort ist Bestandteil der Qualitätssicherung und die Teilentladungsmessung während des Betriebes zur Bestimmung des Zustandes des Betriebsmittels ist Teil eines Monitoring und Diagnoseverfahrens. Die Aufgaben der Messtechnik sind für beide Anwendungsgebiete sehr ähnlich, indem die Unterdrückung von Störsignalen eine wesentliche Aufgabe darstellt, die durch Mustererkennungsverfahren mit Hilfe neuronaler Netze, genetischer Algorithmen oder Clusteranalyse erreicht werden kann. Die mathematische Nachbildung der Übertragungswege der TE bietet eine Möglichkeit der TE-Ortung und der Berechnung der wahren Ladung. Die Teilentladungsmesstechnik wird an Transformatoren, Hochspannungskabeln und gießharz-imprägnierten Hochspannungsgeräten eingesetzt und den jeweiligen Anforderungen an das zu untersuchende Gerät angepasst.

Hochspannungsprüftechnik

Im Rahmen der Normenarbeit für digitale Messwerterfassungssysteme und der Auswertung von digital aufgezeichneten Stoßspannungen und Stoßströmen werden Verfahren erarbeitet, die eine einfache und robuste Auswertung für stoßförmigen Verlauf zulassen. Aus den Ergebnissen werden Vorschläge für die Auswertung der gemessenen Stoßspannungen und die Modifikation der derzeit gültigen Vorschriften erarbeitet. Wichtig ist bei diesem Vorhaben die Einbeziehung der für die verschiedenen Geräte (Transformatoren, Kabel, Schaltanlagen, Freiluft) wesentlichen Parameter (Stirnzeit, Scheitelwert, Überschwingen) und das Einbringen der Erfahrungen aus den in der Praxis angewandten Auswerteverfahren.

Monitoring

Die Überwachung und Zustandserkennung von elektrischen Betriebsmitteln (Monitoring, Diagnose) nimmt in ihrer Bedeutung immer stärker zu, da durch das Monitoring und die Diagnose eine Erhöhung der Betriebssicherheit erreicht werden kann. Die Anforderungen an die Erfassungssysteme sind Erkennung der relevanten Parameter, hohe Zuverlässigkeit und Einsatz unter Betriebsbedingungen. Die zur Zeit laufenden Untersuchungen konzentrieren sich auf die Betriebsmittel, kunststoffisolierte Hochspannungskabel, flüssigkeitsgefüllte oder feststoffisolierte Hochspannungstransformatoren und Hochspannungsmaschinen. Dabei steht bei den Hochspannungskabeln die Erkennung des Einflusses von alterungsrelevanten Parametern und bei den Transformatoren die Detektion des Wassergehaltes, des Gasgehaltes und der Teilentladungen im festen und flüssigen Isolierstoff im Vordergrund.

Die Nutzung der Transferfunktion zur Erkennung von Änderungen in einem Hochspannungsgerät oder die Nutzung von Teiltransferfunktionen zur Lokalisierung von Teilentladungen bzw. der genaueren Bestimmung der wahren Ladung einer Teilentladung sind Bestandteil eines umfassenden Monitoring und Diagnosesystems, das in seinen modularen Bausteinen zur Zeit entwickelt wird.

Elektromagnetische Verträglichkeit und Blitzschutz

In diesen Arbeitsgebieten sind Untersuchungen an Blitzschutzeinrichtungen hinsichtlich ihrer Stromtragfähigkeit und Stromaufteilung enthalten, insbesondere das Zusammenwirken von metallischen Komponenten und Kohlefaserwerkstoffen, sowie die Beeinflussungen von Blitzentladungen auf Leitungen in Abhängigkeit ihres Aufbaues, ihrer Lage und ihrer Einkopplungswege.

Die Nachbildungen direkter und indirekter Effekte einer Blitzentladung werden an Komponenten und Modellanordnungen vorgenommen. Mit einem empfindlichen Videosystem ist auch eine Funkendetektion im Innenraum einer Modellanordnung möglich, so dass eine Bewertung der verschiedenen Verbindungselemente hinsichtlich ihrer Stromtragfähigkeit und Funkenbildung möglich ist. Die Ergebnisse können für eine Verbesserung der Blitzschutzmaßnahmen und zur Modifikation von Empfehlungen von Blitzschutzmaßnahmen für zukünftige Konstruktionen genutzt werden.

Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen

Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen (HH-Sicherungen) werden in der Energietechnik auf der Mittelspannungsebene eingesetzt, um selektiv fehlerhafte Betriebsmittel vom Netz zu schalten. Der Vorteil einer HH-Sicherung gegenüber einer Überstromrelais- Leistungsschalter-Kombination besteht im geringen Wartungsaufwand.

Die Reduzierung der Baugrößen von Schaltanlagen führt zur Kapselung auch der HH-Sicherungen, wobei Belastungen auftreten (Erwärmung, elektrisches Feld), die bisher noch nicht untersucht wurden. Das Schering-Institut beschäftigt sich in diesem Zusammenhang mit der Untersuchung der Auswirkungen des elektrischen Feldes auf die Sicherungen und der Entwicklung von Kapselungen für HH-Sicherungen. Schwerpunkt ist z. Zt. die Untersuchung der Teilentladungsproblematik.

 

 

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