Forschungsprofil des Fachgebiets Hochspannungstechnik und Asset Management

Schering-Institut

Asset Management

© Schering-Institut/LUH

Als Folge der Liberalisierung der elektrischen Energieversorgung sind in den letzten Jahren der Bedarf und das Interesse an Maßnahmen zur Zuverlässigkeitserhöhung, Instandhaltungsoptimierung und Lebensdauerverlängerung der Betriebsmittel (Assets) signifikant gestiegen. Zu diesem Zweck sind Zuverlässigkeits- und Instandhaltungsmodelle der elektrischen Betriebsmittel und Netzwerke von besonderer Bedeutung. Auf Basis der durch die Zustandsüberwachung erfassten Daten soll ein KI-System (künstliche Intelligenz) den Ist-Zustand des Assets bewerten und darüber Auskunft geben, welches Ausfallrisiko vorliegt, z.B. infolge von erkannten Fehlern innerhalb der Komponenten oder durch die Alterung bedingt durch elektrische, thermische und mechanische Beanspruchungen. Unter Berücksichtigung von diversen Modellen kann dann die Optimierung aller Instandhaltungsmaßnahmen vorgenommen werden, um somit das Ausfallrisiko zu minimieren und damit die Betriebszuverlässigkeit zu maximieren. Die am Schering-Institut laufenden Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit der Erarbeitung der für ein solches Asset Management (AM) notwendigen Grundlagen und der Optimierung der AM-Strategien mit Hilfe mathematischer Modelle. 


Monitoring

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Die Überwachung und Zustandserkennung von elektrischen Betriebsmitteln (Monitoring und Diagnose) nimmt eine zunehmende  Bedeutung ein, da durch Monitoring und Diagnose eine Erhöhung der Betriebssicherheit von Hochspannungskomponenten erreicht werden kann. Die Anforderungen an die Echtzeiterfassungssysteme sind Erkennung der relevanten Parameter, hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und Einsatz unter Betriebsbedingungen. Die zur Zeit laufenden Untersuchungen konzentrieren sich auf die Betriebsmittel kunststoffisolierte Hochspannungskabel, flüssigkeitsgefüllte oder feststoffisolierte Hochspannungstransformatoren sowie Hochspannungsmaschinen. Dabei sollen Module entwickelt werden, um ein modulares, adaptives System aufzubauen, welches für unterschiedliche Komponenten verwendet werden kann. Die Entwicklung von Elektronik und Datenverarbeitungsalgorithmen sowie von Diagnoseverfahren, basierend auf den on-line erfassten Daten, sind Forschungsaufgaben die in diesem Bereich zusammen mit Industrie und Studierenden bearbeitet werden.


Feste Isolierstoffe

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Feste Isolierstoffe für Mittel- und Hochspannungsanwendungen sowie im Bereich der Elektromobilität werden permanent optimiert, angepasst und neu entwickelt, da sich die Anforderungen an die Materialien kontinuierlich verändern. Bei den Untersuchungen am Schering-Institut stehen Papier, Polymere, Elastomere, Duroplaste und Reaktionsharz­formstoffe, die ggf. mit Nanopartikeln modifiziert werden, im Vordergrund. Die Alterungs- und Lebensdauerbestimmung dieser Feststoffe in Abhängigkeit von Temperaturwechsel­beanspruchungen und verschiedenen mechanischen und elektrischen Beanspruchungen werden untersucht, um die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Isoliermaterialien zu verbessern. Bei den Spannungsbeanspruchungen wird zwischen Stoßspannung, Impulsspannungen hoher Frequenz, Wechsel- und Gleichspannung, sowie kombinierter Spannungsbeanspruchung unterschieden, wobei für den Einfluss von bestimmten Spannungsbeanspruchungen noch umfangreiche Grundlagenforschung notwendig ist. Für die Beurteilung der Qualität dieser Isolierstoffe kommen neben den Spannungsbeanspruchungen auch Teilentladungsmessungen sowie die Erfassung von dielektrischen Kenngrößen zum Einsatz, wobei permanent neue Diagnoseverfahren entwickelt werden, die eine kontinuierliche Erfassung relevanter Daten ermöglichen und damit zu einer Verbesserung der Bewertung und der Lebensdauerabschätzung führen sollen.  


Flüssige Isolierstoffe

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Flüssige Isolierstoffe stellen am Schering-Institut ein besonderes Forschungsgebiet dar, was sich auch in der umfangreichen Ausstattung im institutseigenen Isolierflüssigkeitslabor widerspiegelt. Das Schering-Institut war und ist an der Entwicklung neuer Isolierflüssigkeiten für den Hochspannungsbereich umfangreich tätig und entwickelt und untersucht Flüssigkeiten der übernächsten Generation, die durch Modifikation mit Nanopartikeln vielfältig optimierte Eigenschaften aufweisen können. Ferner werden Alterungsverhalten und der Einfluss verschiedenster Parameter auf die physiko-chemischen Eigenschaften von Isolierflüssigkeiten ebenso wie das Gasungsverhalten der Fluide untersucht, so dass basierend auf neuen Erkenntnissen und jahrzehntelanger Erfahrung neue Verfahren der Diagnose und der übergeordneten Zustandsanalyse in Entwicklung sind. Dabei wird auch das Verhalten von Mischflüssigkeiten berücksichtigt, ebenso wie die Aufbereitung und Wiederverwendung von gebrauchten Isolierflüssigkeiten.


Teilentladungsmesstechnik

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Die Teilentladungsmessung besitzt in der Hochspannungstechnik eine besondere Bedeutung, da mit Hilfe dieses Verfahrens kleinste Schwachstellen in der Isolierung von Hochspannungskomponenten erkannt werden können. Forschungsschwerpunkte in diesem Bereich sind nach wie vor neue Verfahren der Detektion, der Auswertung von Teilentladungssignalen und insbesondere der Ortung der Teilentladungsquelle, wobei für die Teilentladungsmesstechnik unter Gleichspannungsbeanspruchung noch umfangreiche Grundlagenforschung notwendig ist, die dann auch noch in entsprechende Normen einfließen muss. An diesen Themen forscht das Schering-Institut intensiv in enger Kooperation mit der Industrie und anderen Hochschulen und Universitäten. Neben diesen klassischen Gebieten erlangt die Teilentladungsdiagnostik aber auch im Bereich der Elektromobilität zunehmende Bedeutung, so dass auch hier vermehrt Untersuchungen und Entwicklungen in Kooperation mit Automobilherstellern stattfinden.


Hochspannungsprüftechnik

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Im Rahmen der Hochspannungsprüftechnik wird an Verfahren und Geräten zur Messung und Auswertung von hohen Spannungen und Strömen geforscht. Dabei werden vermehrt so genannte kombinierte Spannungsbeanspruchungen verwendet, die beispielsweise eine Überlagerung von Gleich- und Wechselspannung, Stoß- und Gleichspannung oder Stoß- und Wechselspannung darstellen. Um diese Beanspruchungsformen zu beschreiben müssen entsprechende Parameter des Spannungs- und/oder Stromverlaufs identifiziert werden, die dann eine eindeutige Darstellung ermöglichen. Diese Form der Darstellung kann dann in Normen übernommen werden, so dass sichergestellt wird, dass bei Prüfungen in unterschiedlichsten Hochspannungsprüffeldern weltweit ähnliche Spannungs- oder Stromverläufe als Belastung für die zu prüfenden Komponenten verwendet werden. Ferner erlauben kompaktere und leistungsfähigere Elektronik neue Möglichkeiten im Bereich der Messtechnik, wobei zu überprüfen ist, ob diese auch im Bereich hoher elektrischer und magnetischer Felder zuverlässig einsetzbar ist.

 

 


Elektromagnetische Verträglichkeit und Blitzschutz

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Auf diesen Arbeitsgebieten werden Untersuchungen an Blitzschutzeinrichtungen hinsichtlich der Stromtragfähigkeit und Stromaufteilung durchgeführt, wobei insbesondere das Zusammenwirken von metallischen Komponenten und Kohlefaser-verbundwerkstoffen langjährig untersucht wurde. Ferner wird die Beeinflussungen von Blitzentladungen auf Leitungen in Abhängigkeit ihres Aufbaues, ihrer Lage und ihrer Einkoppelungswege analysiert und 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.


Elektromobilität

© www.pexels.com

Im Bereich der Elektromobilität werden immer höhere Anforderungen an Elektromotoren und Umrichter gestellt. Daher werden Materialverträglichkeitstests und Alterungssimulationen für neu entwickelte Isolier- und Kühlmedien durchgeführt. Zudem wird, anhand der langjährige Erfahrungen im Bereich der Diagnose großer Maschinen, nach neuen Prüf- und Diagnoseverfahren für elektrische Antriebe gesucht.  In diesem Forschungsbereich gibt es eine enge Kooperation mit dem Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik (IAL)

 

 

IHR KONTAKT

Prof. Dr.-Ing. Peter Werle
Professorinnen und Professoren
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Callinstraße 25
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