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

  • Untersuchungen des elektrischen Verhaltens an Isolierstoffen unter nicht sinusförmigen Spannungsbeanspruchungen für die Energiewende

    Die mit der Energiewende einhergehende Veränderung der Stromnetztopologie stellt eine Herausforderung für die Hochspannungsanlagen dar. Die Übertragung elektrischer Energie mit Hochspannungs-Gleichstrom-Systemen (HGÜ) und die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energiequellen, die den Einsatz von Leistungselektronik erfordern, führen zu elektrischen Beanspruchungen in der Isolierung der Hochspannungsanlagen, wie Transformatoren oder Übertragungskabel, die sich deutlich von denen unterscheiden, die durch herkömmliche sinusförmige Wechselspannungen hervorgerufen werden.

    Solche Beanspruchungen können sich auf die Lebensdauer der Isolationsmaterialien auswirken und somit die Integrität des Geräts gefährden. Hochfrequente Impulse mit einer hohen Spannungssteilheit können die Bedingungen fördern, welche möglicherweise zu einem früheren Versagen des Materials führen. Eine konstante hohe Gleichspannung begünstigt die Bildung von Raumladungen im Isolationsmaterial, welche die räumliche Feldverteilung verändern und zu lokalen Feldübererhöhungen führen können.

    In diesem Zusammenhang sollen die Auswirkungen solcher Beanspruchungen auf die Lebensdauer der Isolation untersucht werden. Darüber hinaus müssen Diagnoseverfahren, die sich besonders an Assets orientieren, die diesen Beanspruchungen ausgesetzt sind, erarbeitet werden.

    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

  • Ermittlung der Lebensdauerkennlinie für polymere Isolierstoffe unter hoher Gleichspannungsbelastung (HVDC)

    Infolge der weltweit stattfindenden Energiewende und den damit verbundenen Veränderungen im Energiesystem, werden neue Hochspannungsübertragungssysteme installiert, die im Gegensatz zur bisher verwendeten Wechselspannungstechnik auf Gleichspannungsübertragung basieren werden. In Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystemen (HGÜ) kommen vermehrt feste polymere Isolierstoffe zum Einsatz. In Projekten wie Suedlink oder SuedOstLink sollen Strecken mit einer Länge von bis zu 700 km mit Höchstspannungskabeln, deren Isoliersystem aus vernetztem Polyethylen (VPE) besteht, realisiert werden. Hierbei stellt sich die Frage, ob die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der HGÜ-Komponenten mindestens so gut ist wie die der Wechselspannungsanlagen. Die Langzeiterfahrungen mit polymeren Isolierstoffen in HGÜ-Systemen sind im Vergleich zu denen der Wechselstromsysteme als gering einzustufen.

    Die Lebensdauer einer Hochspannungskomponente wird maßgeblich durch das verwendete Isoliersystem bestimmt, wobei für Wechselspannung Methoden entwickelt wurden, mit denen die Lebensdauer fester polymerer Isolierstoffe in Abhängigkeit der elektrischen Feldstärke bestimmt werden kann. Ein solches Verfahren steht derzeit für Gleichspannung nicht zur Verfügung, was die Lebensdauerabschätzung des Isoliersystems nahezu unmöglich macht. Ein Grund hierfür ist die Bildung von Raumladungen im Isoliersystem unter Gleichspannung, welche die Lebensdauer der Isolierung signifikant beeinflussen.

    Ziel dieses Forschungsprojektes ist es deshalb, eine Methode zu entwickeln, mit der die Lebensdauer von polymeren Isolierstoffen in Abhängigkeit der Gleichspannungsbeanspruchung und sich im Isolierstoff bildenden Raumladungen beschleunigt ermittelt werden kann. Dafür werden typische polymere Isolierstoffe unter Gleich- und Wechselspannung bis zum Versagen gealtert, wobei parallel eine Raumladungsmesstechnik zum Einsatz kommt, welche es ermöglicht, zerstörungsfrei die Intensität und den Ort der auftretenden Raumladungen zu bestimmen. 

    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

  • Untersuchung und Entwicklung von neuartigen mehrdimensionalen Kompakt-Monitoring-Systemen für Leistungstransformatoren

    Das Isoliersystem eines Leistungstransformators unterliegt verschiedenen Belastungen. Kleinste Fehler innerhalb der Isolierung können zu einer langsam fortschreitenden Schädigung des Isoliersystems und zu schwerwiegenden Ausfällen führen. Demzufolge beeinflusst eine frühzeitige Fehlererkennung die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Transformatoren im Betrieb. Insbesondere Teilentladungen (TE) sind eine häufige Fehlerursache in Transformatoren, wofür TE-Monitoring-Systeme in Transformatoren eingesetzt werden können, die den Betrieb überwachen, um solche Ereignisse frühzeitig zu erkennen. Ferner ist die Gas-in-Öl-Analyse (DGA) der Isolierflüssigkeit in Transformatoren, welche die Konzentration der in ihr gelösten Fehlergase ermittelt, eine etabliertes Zustands- und Monitoringverfahren. Die Konzentrationen der Fehlergase und vor allem die Verhältnisse zueinander erlauben einen Rückschluss auf einen vorhandenen Fehler und auf eine Einordnung der Fehlerart. Solch ein DGA Monitoring System detektiert unter anderem die Konzentration von Wasserstoff, welcher für Teilentladungen ein Schlüsselgas darstellt. Eine hohe Konzentration an Wasserstoff lässt jedoch nicht unmittelbar nur auf Teilentladungen als Fehlerart schließen. Demzufolge könnte eine zusätzliche Implementierung eines TE-Detektors in ein DGA Monitoring einen aussagekräftigeren Rückschluss auf vorhandene Teilentladungen bieten.

    Vor diesem Hintergrund besteht die Masterarbeitsaufgabe darin einen TE-Detektor in einem auf dem Markt verfügbaren DGA Monitoring System für Leistungstransformatoren zu integrieren. Hierzu sollen zunächst grundlegende Untersuchungen erfolgen, welche Sensoren möglicherweise eingesetzt werden können und wie diese in dem bestehenden DGA Monitoring System integriert werden können. Nach der Auswahl eines geeigneten Sensors und der Messtechnik soll mittels dessen ein Prototyp entworfen und aufgebaut werden. Mittels des Prototyps sollen anschließend erste Messungen zur Erprobung und Aufnahme von TE Mustern erfolgen. Abschließend soll eine Parameterstudie ausgearbeitet werden, welche die TE-Intensität berücksichtigt.

    Die Ausarbeitung hat nach den angegebenen Institutsrichtlinien zu erfolgen, wobei während der Bearbeitung des Themas die im Schering-Institut geltenden Arbeitssicherheitsvorschriften einzuhalten sind. Die beiden einzureichenden Exemplare der Arbeit bleiben Eigentum des Instituts. Die Arbeit ist zusätzlich in elektronischer Form auf einem Datenträger in einem üblichen Format bereitzustellen.

    Leitung und Ansprechpartner der Abschlussarbeit

KONTAKT FÜR ALLGEMEINE FRAGEN ZU STUDIEN- UND ABSCHLUSSARBEITEN

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