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Untersuchung der Anwendungsmöglichkeiten mikrovaristorgefüllter Feldsteuerelemente in der elektrischen Energietechnik

Debus, Jan-Oliver :
Untersuchung der Anwendungsmöglichkeiten mikrovaristorgefüllter Feldsteuerelemente in der elektrischen Energietechnik.
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2015)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Untersuchung der Anwendungsmöglichkeiten mikrovaristorgefüllter Feldsteuerelemente in der elektrischen Energietechnik
Language: German
Abstract:

Mikrovaristorgefüllte Polymere stellen eine innovative Technology für felsteuerende Systeme dar. Deren Charakterisierung hat gezeigt, dass die elektrischen Eigenschaften im Wesentlichen durch deren Schaltpunkt bestimmt werden. Dafür wurden besondere

Mikrovaristorgefüllte Phenolharzlacke mit einem Schaltpunkt von 5 kV/cm sind grundsätzlich geeignet, als mögliche resistive Feldsteuerung in einem Endenglimmschutzsystem eingesetzt zu werden. Sie zeigen sowohl elektrisch als auch thermisch ein besseres Verhalten als vergleichbare Systeme, die SiC-gefüllt sind.

An Verbundlangstabisolatoren werden erstmals mikrovaristorgefüllte Feldsteuerelemente untersucht. Besonders geeignet haben sie sich zur lokalen Feldsteuerung gezeigt. So konnte das Einsetzen von Wassertropfenkorona während Wechselspannungsversuchen unter Regen reduziert werden. Globale Steuerungen der Potentialverteilung längs des Isolatorstrunks sind mit den untersuchten mikrovaristorgefüllten Silikonen nicht beobachtet worden.

Für einen direkten Freilufteinsatz ist das mikrovaristorgefüllte Silikon aufgrund seines hohen Füllgrades und der damit begrenzten Krichstrombeständigkeit nicht geeignet. Darum wurden Isolatoren mit einem doppeltextrudierten Strunk untersucht, der neben der mikrovaristorgefüllten Schicht aus einer zusätzlichen konventionellen Silikonhülle besteht. Diese konnten erfolgreich getestet werden, wenn auch die beobachteten Effekte nicht so deutlich wie bei reinen mikrovaristorgefüllten Strünken ausfielen.

Feldsteuerelemente für Mittelspannungsendverschlüsse werden als weitere Anwendung für mikrovaristorgefülltes Silikon untersucht. Im Vergleich mit konventionellen Steuerungen zeigen sie vor allem Vorteile bei der Begrenzung von hohen Überspannungen.

Gerade bei den eingesetzten Feldsteuerschläuchen und den Endenglimmschutzlacken haben sich thermografische Untersuchungen bewährt, die aufgrund der entstehenden Erwärmung deutlich zeigen können, in welchen Bereichen ein Material leitfähig wird. Bei beiden Anwendungen wurden keine Ausfälle mikrovaristorgefüllten Polymere aufgrund der Erwärmung beobachtet.

Eine Variation der Schaltpunkte mikrovaristorgefüllter Polymere muss anwendungsabhängig durchgeführt werden. Möglichst niedrige Schaltpunkte sind für den Einsatz der lokalen Feldsteuerung an Verbundisolatoren besonders interessant. Sie sind notwendig, um die benötigten Effekte bei den im Vergleich zu den Feldsteuerungen bei den Gleitanordnungen niedrigen Feldstärken zu erreichen. Während bei den Endenglimmschutzsystemen ein Schaltpunkt von 5 kV/cm sehr gute Ergebnisse erzielt hat, scheint dagegen bei den Kabelgarnituren ein Schaltpunkt von 12 kV/cm ausreichend zu sein, um auftretende Feldstärken ausreichend zu begrenzen. Zudem erlaubt er gegenüber einem geringeren Schaltpunkt kompaktere Feldsteuerelemente.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Microvaristor filled polymers represent a innovative technology for stress control systems. Their characterization has shown that the electrical properties are essentially determined by the switching field strength. Special measurement processes have been developed both for AC and DC. Microvaristor filled phenolic resin coatings with a switching field strength of 5 kV/cm have been shown to be suitable to be used as a potential resistive stress control in the outer corona protection of the windings in rotating electrical machines. They show both better electrical and thermal performance than comparable systems, which are filled with SiC For the first time composite long rod insulators with applied microvaristor filled field control elements are investigated. They show promising results especially for the local field control. The inception of discharges caused by water droplets could be reduced during AC tests with artificial rain. However, global control of the potential distribution along the insulator shank has not been observed with the tested microvaristor filled silicones. But microvaristor filled silicones are not suitable for outdoor applications due to their high degree of filling and a resulting reduced tracking and erosion resistance. Therefore insulators with a double extruded rod were studied, which combine a microvaristor filled layer with an additional conventional silicone sheath. These designs were successfully tested, though the effects are not so clear like the ones, observed on the single extruded microvaristor filled rods. Stress control elements for medium voltage cable terminations are investigated as a further application of micorvaristor filled silicones. They are compared with conventional stress control systems and show especially advantages for the limitation of high impulse voltages. Especially thermografic studies are well suitable for the investigation of the behaviour of the stress control systems both of the cable accessories and the windings of the rotating machine. Also in both applications, no failures of the microvaristor filled polymers were observed due to the heating. A variation of the switching field strength of microvaristor filled polymers must be performed depending on the application. Lowest possible switching field strengths are of particular interest for application of local stress control on the surface of composite insulators. While the outer corona protection of a machine winding achieves very good results with a switching field strength of 5 kV/cm a switching point of 12 kV/cm seems to be sufficient to limit occurring field strengths of medium voltage cable terminations. The consequences of lower switching field strength are in this case longer stress control elements.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electrical Power Systems > High Voltage Technology
Date Deposited: 23 Nov 2015 11:09
Last Modified: 23 Nov 2015 11:09
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-51299
Referees: Hinrichsen, Prof. Volker and Kurrat, Prof. Michael
Refereed: 2 December 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5129
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