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Dielektrische Untersuchung alternativer Isoliergasgemische für den Einsatz in gasisolierten Leitungen

Wiener, Johannes (2024)
Dielektrische Untersuchung alternativer Isoliergasgemische für den Einsatz in gasisolierten Leitungen.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026710
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Dielektrische Untersuchung alternativer Isoliergasgemische für den Einsatz in gasisolierten Leitungen
Language: German
Referees: Hinrichsen, Prof. Dr. Volker ; Koch, Prof. Dr. Myriam
Date: 29 February 2024
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xvi, 165 Seiten
Date of oral examination: 6 December 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00026710
Abstract:

Das seit Jahrzehnten in der Energietechnik etablierte Isoliergas Schwefel-hexafluorid (SF6) besitzt aus rein technischer Sicht zwar nahezu ideale Eigenschaften, ist jedoch gleichzeitig auch das stärkste bekannte Treibhausgas. Aus diesem Grund wurde SF6 im Zuge der Weltklimakonvention 1997 im als Kyoto-Protokoll bekannt gewordenen Zusatzprotokoll als eines von sechs Treibhausgasen deklariert, deren Emission in den teilnehmenden Industrieländern reduziert werden muss. Zur kurz- und mittelfristigen Erfüllung dieser Bestrebung wurden zunächst ein gewissenhafterer Umgang über den gesamten Lebenszyklus von SF6 gefordert und zusätzlich Einsparungen von SF6 beispielsweise durch die Mischung von SF6 mit dem Trägergas Stickstoff (N2) durchgeführt. Das langfristige Ziel besteht darin, ein umweltfreundlicheres Isoliergas oder Isoliergasgemisch zu ermitteln, welches zudem idealerweise technische Eigenschaften ähnlich wie oder gar besser als die von SF6 aufweist. Bei der Ermittlung geeigneter Isoliergasgemische ist eine Vielzahl an Aspekten zu berücksichtigen, was eine große Anzahl unterschiedlicher Untersuchungen bedingt. Im Rahmen dieser Arbeit werden die drei alternativen Isoliergase 3MTM NovecTM 4710, 3MTM NovecTM 5110 und HFO-1336mzz(E) dielektrischen Untersuchungen unterzogen, um ihren Einsatz primär in gasisolierten Leitungen zu evaluieren. Um die Durchschlagfestigkeit der alternativen Isoliergaskandidaten im Vergleich zum herkömmlichen SF6 zu ermitteln, wurden elektrische Durchschlagsuntersuchungen an realitätsnahen und realen Anordnungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass einige der alternativen Isoliergasgemische vergleichbare Durchschlagfestigkeiten wie SF6 aufweisen. Im Zuge dieser Untersuchungen konnten Abhängigkeiten in Folgeuntersuchungen durch die Anlagerungen fluorierter Gase an Oberflächen beobachtet werden, die im weiteren Verlauf dieser Arbeit analysiert und Abhilfemaßnahmen herausgearbeitet werden. Aus der Literatur und auch aus Beobachtungen während der elektrischen Durchschlagsuntersuchungen ist bekannt, dass Durchschläge in SF6 aufgrund der großen auftretenden Stromsteilheiten zu elektromagnetischen Beeinflussungen benachbarter Betriebsmittel führen können. Eine Betrachtung der emittierten elektromagnetischen Frequenzen infolge des Gasdurchschlags zeigte, dass keine prinzipielle Gasabhängigkeit des Spektrums besteht, sondern vielmehr eine Abhängigkeit von den im Moment des Durchschlags vorherrschenden elektrischen Feldstärken. Die abschließende im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Studie beschäftigt sich mit dem Partikelverhalten im Hinblick auf die UHF-TE-Messung und die Wirksamkeit der Partikelfalle in mit alternativen Isoliergasen gefüllten gasisolierten Leitungen. Beide untersuchten Aspekte weisen eine Gasabhängigkeit auf, wobei jedoch keine Überarbeitung der Partikelfalle für den Einsatz der untersuchten alternativen Isoliergase erforderlich ist.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

The established insulation gas sulfur hexafluoride (SF6) in energy technology possesses nearly ideal properties from a purely technical standpoint, yet it is also the most potent known greenhouse gas. Consequently, SF6 was designated as one of six greenhouse gases requiring emission reduction in participating industrialized countries under the Kyoto Protocol of 1997. To achieve short- and medium-term reduction goals, a more conscientious approach throughout SF6's lifecycle was initially advocated, along with measures such as SF6-Nitrogen (N2) gas mixtures to curtail its usage. The long-term objective is to identify a more environmentally friendly insulation gas or mixture ideally possessing technical properties akin to or surpassing those of SF6. The pursuit of suitable insulation gas mixtures necessitates consideration of numerous aspects, prompting a multitude of varied investigations. This study subjects three alternative insulation gases, namely 3MTM NovecTM 4710, 3MTM NovecTM 5110, and HFO-1336mzz(E), to dielectric assessments primarily for evaluating their application in gas-insulated lines. Electrical breakdown tests were conducted on realistic and actual configurations to ascertain the breakdown strength of alternative insulation candidates relative to conventional SF6. Results indicate that some alternative insulation gas mixtures exhibit comparable breakdown strengths to SF6. Dependencies observed in subsequent investigations due to the deposition of fluorinated gases on surfaces were analyzed and addressed further. Literature and observations during electrical breakdown tests indicate that SF6 breakdowns, due to high current steepness, can lead to electromagnetic influences on neighboring equipment. Examination of emitted electromagnetic frequencies post gas breakdown revealed no inherent gas dependency in the spectrum, but rather dependence on prevailing electric field strengths during breakdown moments. The final study within this work focuses on particle behavior concerning UHF-TE measurements and the effectiveness of particle traps in gas-insulated lines filled with alternative insulation gases. Both investigated aspects demonstrate gas dependencies, albeit no revision of the particle trap is required for the application of the examined alternative insulation gases.

English
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-267103
Classification DDC: 600 Technology, medicine, applied sciences > 621.3 Electrical engineering, electronics
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electrical Power Systems > High Voltage Technology
Date Deposited: 29 Feb 2024 13:48
Last Modified: 01 Mar 2024 08:36
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/26710
PPN: 515915122
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