Studien- und Abschlussarbeiten

Im Rahmen unserer Forschungsarbeiten suchen wir laufend Studierende für die Bearbeitung von Bachelor-, Master-, und Seminararbeiten. Die Themen der studentischen Arbeiten beziehen sich auf die gesamte Bandbreite der aktuellen Forschungsschwerpunkte des Schering-Instituts. Zur Bearbeitung stehen Ihnen moderne Labor- sowie Arbeitsplätze am Institut zur Verfügung. Hier finden Sie die Themenschwerpunkte zu denen Bachelor- und Master- sowie Seminararbeiten angeboten werden. Bei Interesse an einer Arbeit wenden Sie sich bitte an den Verantwortlichen des jeweiligen Themenschwerpunkts.


THEMENSCHWERPUNKTE

  • Entwicklung eines Verfahrens zur Zustands- und Risikobewertung von Assets des Übertragungsnetzes

    Viele Stromnetzbetreiber stehen aufgrund geänderter Wettbewerbsstrukturen unter einem erhöhten Kostendruck. Dazu erfordern die steigenden Energieflüsse im Zuge der Einbindung erneuerbarer Energien und deren sektorgekoppelten Nutzung einen Ausbau der Stromnetze, während gleichzeitig eine erhebliche Anzahl an Assets erneuert werden muss. Demgegenüber bietet die Digitalisierung der Stromnetze, die Entwicklung neuer Zustandsdiagnose-Verfahren sowie die Anwendung von Asset Management Potentiale diesen Herausforderungen zu begegnen.

    Das Forschungsziel ist bestehende Verfahren der Zuverlässigkeitsanalyse (FTA, FMEA, etc.) und Modellierungsmöglichkeiten (z. B. Weibull-Verteilung), mit online und offline Mess- und Diagnoseverfahren der Hochspannungstechnik (z. B. Teilentladungs- oder tan δ-Messung) zu verknüpfen, um das Risiko von Assets des Übertragungsnetzes bewerten und Handlungsempfehlungen ableiten zu können.

    Leitung und Ansprechpartner

  • Einsatz von Maschinellen Lernen zur Zustandsbewertung von Assets des Übertragungsnetzes

    Viele Stromnetzbetreiber stehen aufgrund geänderter Wettbewerbsstrukturen unter einem erhöhten Kostendruck. Dazu erfordern die steigenden Energieflüsse im Zuge der Einbindung erneuerbarer Energien und deren sektorgekoppelten Nutzung einen Ausbau der Stromnetze, während gleichzeitig eine erhebliche Anzahl an Assets erneuert werden muss. Demgegenüber bietet die Digitalisierung der Stromnetze, die Entwicklung neuer Zustandsdiagnose-Verfahren sowie die Anwendung von Asset Management Potentiale diesen Herausforderungen zu begegnen.

    Das Forschungsziel besteht in der automatisierten Auswertung von Daten der online und offline Mess- und Diagnoseverfahren der Hochspannungstechnik (z. B. DGA, Widerstandsmessung, etc.) mit Hilfe von Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens (neuronale Netze, Dimensionsreduktion, etc.), um Aussagen über den Zustand des betreffenden Assets ableiten zu können. Die Programmierung erfolgt in Python, wobei es möglich ist, die Sprache in diesem Zusammenhang erst zu erlernen. 

    Leitung und Ansprechpartner

  • Untersuchung des Alterungsverhaltens einer Öl-Papier-Isolierung und Entwicklung einer innovativen Sensorik zur Zustandsbestimmung

    Die Energiewende in Deutschland und die damit verbundenen Erweiterungen, Erneuerungen und Optimierungen des elektrischen Netzes stellen Ingenieure vor vielfältige Herausforderungen. Im Vordergrund steht hierbei die Versorgungssicherheit für Verbraucher zu gewährleisten und das Energieversorgungsnetz bestmöglich zu betreiben. Neben der Entwicklung und dem Neubau von regenerativen Energieerzeugern und deren Vertrieb darf dabei der über Jahrzehnte aufgebaute Bestand nicht vernachlässigt werden. Durch die genaue Betrachtung der einzelnen Betriebsmittel wird danach gestrebt Mängel möglichst frühzeitig und exakt lokalisieren zu können.

    Speziell im Höchstspannungsbereich kommen in Leistungstransformatoren Isolierflüssigkeiten als Dielektrikum zum Einsatz. In Kombination mit zellulosehaltigem Papier haben sich seit Beginn des 20. Jahrhunderts ölimprägnierte Papierisoliersysteme etabliert und sind nach wie vor weit verbreitet. Durch die ständige Belastung durch elektrische, mechanische und thermische Einflüsse ist die Isolierung dabei einem andauernden Alterungsprozess ausgesetzt. Die Zustandsbewertung des gesamten Betriebsmittels muss deshalb in Kombination mit dem Zustand der Öl-Papier-Isolierung erfolgen. Für die Einschätzung des Isolieröls existieren bereits „Online-Lösungen“ auf dem Markt, doch die Analyse der Papierbeschaffenheit stellt ein großes Problem dar. Es ist aufgrund sicherheitstechnischer als auch kostenintensiver Aspekte nur sehr schwer möglich den Transformator zu öffnen und Proben des Isolierpapiers zu entnehmen. Deshalb wird nach einem möglichst kostengünstigen und exakten Verfahren zur Bestimmung der Papierbeschaffenheit gesucht. Ein Ansatz ist dabei die indirekte Beurteilung der Restlebensdauer des Papieres über Alterungsmarker in der Isolierflüssigkeit, da eine Entnahme von Proben der Isolierflüssigkeit aus dem Transformator leicht zu bewerkstelligen ist.

    Generell wird der Alterungszustand von einer zellulosehaltigen Isolierung durch den Polymerisationsgrad (DP-Wert) beschrieben. Dieser gibt die durchschnittliche Anzahl von Glucoseringen in jeder Zellulosekette an. Die Grenze für die Betriebssicherheit wird bei einem DP-Wert von 150 bis 200 gesehen. Ab diesen Erfahrungswerten ist die Zellulose spröde und brüchig, wodurch das Ende des Transformatorlebens erreicht wird.

    In geeigneten Abschlussarbeiten sollen daher Öl-Papier-Isolierungen nachgebildet werden, welche den Zustand, der innerhalb eines realen Transformators bei der Alterung herrscht, modellieren. Um die Abhängigkeit des Polymerisationsgrads des Papiers von der Alterungsdauer und dem Zustand des Isolieröls in einem angemessenen Zeitraum ermitteln zu können, sollen die Proben thermisch beschleunigt gealtert werden. Die Öl- und Papierproben werden dabei über einen festgelegten Zeitraum gealtert und zu definierten Zeitpunkten entnommen. Durch den Einsatz verschiedener Isolierflüssigkeiten soll eine Korrelation zwischen den unterschiedlichen Herstellungsverfahren der Öle und dessen Ölbestandteilen ermittelt werden. Durch geeignete und erprobte Messverfahren sollen chemische, elektrische und thermische Zusammenhänge erfasst werden. Dazu zählen z.B. die Messung der Grenzflächenspannung, des Wassergehaltes des Isolieröls, der Viskosität, der Säurezahl sowie die Messung der Durchschlagspannung, des dielektrischen Verlustfaktors und der gelösten Gase innerhalb des Öls.

    Des Weiteren können Untersuchungen im Bereich der direkten Zustandsanalyse des Isolierpapiers durchgeführt werden. Hierfür wurde am Institut eine neuartige faseroptische Sensorik entwickelt, mit der die Bestimmung des Alterungszustands von Isolierpapier innerhalb eines Transformators realisiert werden kann. Vor diesem Hintergrund können spektrale Untersuchungen hinsichtlich der Zustandsbewertung von gealtertem Isolierpapier durchgeführt werden, die der stetigen Verbesserung der Sensorik dienen. Hierzu werden unterschiedlich gealterte Papierproben vermessen, welche in verschiedenen Isolierflüssigkeiten thermisch beschleunigt gealtert werden sollen. Die Papierproben sollen dabei verschiedene DP-Werte abdecken, um auf diese Weise die Änderungen des Sensorwerts der Papierproben genauer beurteilen zu können. Anhand der gewonnen Ergebnisse soll schließlich eine Auswertung der Messwerte erfolgen und in Bezug zu dem Alterungsfortschritt des Papiers gesetzt werden.

    Leitung und Ansprechpartner

  • Untersuchungen an Isolierungen für die Anwendung im Elektromobilitätssektor

    Ziel ist es den globalen Temperaturanstieg rechtzeitig unter 2 °C – wenn möglich unter 1,5 °C – zu begrenzen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen in sämtlichen Sektoren Maßnahmen zur Minderung des Treibhausgasausstoßes ergriffen werden. Folglich betreffen diese Maßnahmen ebenfalls den Energie- und Stromsektor. Insbesondere die Bedeutung von Energieeffizienzmaßnahmen und Energieeinsparung rücken immer weiter in den Fokus.

    In der Forschung und Entwicklung liegt aktuell ein Schwerpunkt auf dem Einsatz von Elektromotoren, da deren Bedarf verbunden mit dem Umbruch hin zu einer Elektrifizierung und Mobilisierung stetig steigen wird.  Der erwartete steigende Bedarf und höhere Anforderungen an Elektromotoren setzen eine Weiterentwicklung und Realisierung von Fertigungs- und Qualitätsprüfverfahren voraus. Diese Weiterentwicklung betrifft neben der Qualität und Lebensdauer, ebenfalls Kostensenkungen von Material und Fertigung. Insbesondere bei der Qualität der Isolation besteht Handlungsbedarf, da die Produktion von Elektromotoren im Gegensatz zur Produktion von Verbrennungsmotoren einen stochastischen Prozess mit schwankendem Qualitätsniveau und hohem Ausschuss darstellt. Der Ausfall eines Motors verursacht nicht nur im späteren Betrieb, sondern bereits in der Fertigung, hohe Kosten.

    Vor diesem Hintergrund sind neben der Untersuchung bestehender Prüf- und Diagnosemöglichkeiten und deren Weiterentwicklung, Alterungs- und Materialtests für neu entwickelte Isolationen notwendig. 

    Leitung und Ansprechpartner

  • Entwicklung eines Online-Monitoring-Sensors zur Bestimmung des Säure- und Wassergehalts in der Papierisolierung von Leistungstransformatoren

    Eine der Hauptausfallursachen von Transformatoren stellt die Öl-Papier-Isolieranordnung der Windungen dar. Denn mit zunehmender Alterung steigt der Säuregehalt im Isolieröl, wobei insbesondere die Temperatur und die Säureart die Alterungsgeschwindigkeit der Isolation beeinflussen. Die Säuren verändern die dielektrischen Eigenschaften des Öls und beschleunigen den Abbau von Papierzellulose. Neben hochmolekularen Säuren entstehen auch niedermolekulare Säuren. Dabei verbleiben von den sich bildenden hochmolekularen Säuren 85 - 90 % im Isolieröl, während die niedermolekularen Säuren sich zu 10 % - 15 % im Isolieröl befinden. Es sind vor allem die niedermolekularen Säuren, die im Zusammenspiel mit hydrolytischen Prozessen für die Papieralterung verantwortlich sind. Daher ist es von großer Bedeutung den Alterungszustand von Isolierpapier frühzeitig durch geeignete Methoden zur Zustandsdiagnostik vorzunehmen zu können.    

    Die derzeitigen Methoden zur Bestimmung des Säuregehalts im Isolieröl können keine genauen Informationen über den Papierzustand geben, da sich die verschiedenen Säurearten in unterschiedlichen Konzentrationen in Isolieröl und Isolierpapier befinden. Zudem wird bei den gängigen Messmethoden nur eine integrale Sicht der Säurekonzentrationen in Form einer „Säurezahl“ oder „Neutralisationszahl“ ermöglicht. Mit dem neuen Verfahren soll sowohl die Säure als auch das Wasser nach Konzentration und Art direkt im Isolierpapier bestimmt werden, wodurch eine genauere Abschätzung des Papierzustandes ermöglicht werden soll, um somit rechtzeitig eventuelle Maßnahmen zur Zustandsverbesserung der Isolierung einleiten zu können.

    Leitung und Ansprechpartner

KONTAKT FÜR ALLGEMEINE FRAGEN ZU STUDIEN- UND ABSCHLUSSARBEITEN

Hala Ahmi
Geschäftszimmer
Adresse
Callinstraße 25A
30167 Hannover
Gebäude
Raum
302
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