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Hochspannungs- und Vakuumtechnik

Das Team Hochspannungs und Vakuumtechnik des elenia forscht in verschiedenen Bereichen. Unsere Kompetenzfelder umfassen Isolierstoffe und –systeme sowie Prüfung und Diagnostik.

Hochspannungs- und Vakuumtechnik

Die Hochspannungstechnik bedient sich dabei verschiedener Spannungsformen zur Prüfung von Isolierstoffen. Zum Beispiel wird bei Wechselspannung im tiefkalten Stickstoffgas die elektrische Festigkeit bei hohen Gasdichten betrachtet. Motivation dafür ist die Unterstützung der Auslegung des Isoliersystems von Supraleiteranwendungen, welches aus flüssigem und oder gasförmigen Stickstoff je nach Betriebsart und Zustand bestehen kann. Darüber hinaus geht es auch in den umgekehrten Dichte-Bereich, in das Hochvakuum. Dort werden Untersuchungen mit Blitzstoßspannungen im Vakuumgefäß durchgeführt. Um die elektrische Festigkeit gerade in Vakuumschaltern zu charakterisieren ist dazu auch ein Versuchsaufbau mit transienter Wiederkehrspannung realisiert worden.

Im Bereich der Vakuumtechnik werden auch insbesondere die Leistungsschalter betrachtet. Die Energiewende verändert die Schaltaufgaben in den Verteilnetzen der Mittel- und Hochspannungsebene. Dezentrale Erzeuger, kapazitive und induktive Blindleistungsbereitstellung, Speicher und Lasten müssen zukünftig automatisiert zu- und abgeschaltet werden. Die Zunahme von erforderlichem Schaltvermögen, Automatisierung und dadurch Schalthäufigkeit erfordern einen verstärkten Einsatz von Leistungsschaltern. Für diese neuen Aufgaben ist das Vakuumschaltprinzip hervorragend geeignet. Die Entwicklungsziele sind daher auf die Verbesserung der Schaltperformance bei hoher Lebensdauer und kompakter Bauweise ausgerichtet, dies auch vor dem Hintergrund der Ersatzbestrebungen von SF6-Schaltern in der Hochspannungsebene wegen des hohen Treibhausgaspotentials von SF6. Damit wird das Schaltverhalten im Vakuum für höhere Spannungen und damit bei größeren Schaltstrecken zum aktuellen Untersuchungsgegenstand.

Kernkompetenzen

Hochspannungsuntersuchungen

  • Stoßspannungsgenerator zur Erzeugung hoher Blitzstoßspannungen
  • Wechselspannungstransformator zur Erzeugung hoher Wechselspannungen
  • Greinacher-Kaskade zur Erzeugung hoher Gleichspannungen

Synthetische Leistungsprüfung

  • Synthetische Untersuchung mit Kurzschlussstrom und transienter Wiederkehrspannung
  • Elektrische, optische und spektrale Untersuchungen in Versuchsgefäßen unter Vakuum bei Schaltvorgängen
  • Plasmastrahlungsuntersuchung sowie Plasmabewegung und –verteilung
  • Thermische Untersuchungen von Kontaktoberflächen

Versuchsschalterentwicklung

  • Auslegung, Konstruktion, Aufbau und Inbetriebnahme individueller Versuchsschalter
  • Mechanische und elektrische Simulation
  • Implementierung angepasster Bewegungskurve für die Kontakttrennung über Motorregelung

Isolierstoffprüfungen

  • Charakterisierung von Isolierstoffen (Bestimmung von Oberflächen-, Durchgangswiderstand, Verlustfaktor, Permittivität)
  • Alterungs- und Konditonierungsprozesse
  • Teilentladungsmessungen
  • Variable Umgebungsbedingungen
  • Grenzflächenuntersuchungen

Supraleiter

  • Hochspannungs-Druck-Kryostat für Untersuchungen mit flüssigem und gasförmigem Stickstoff
  • Experimentelle Untersuchung und Simulation (COMSOL) von Isoliersystemen für Supraleiter
  • Experimentelle Untersuchung und Simulation (COMSOL, PSCAD) der Hochstrom-Eigenschaften von Supraleitern 
Prüfeinrichtungen
Hochspannungslabor

Hochspannungs- und Hochstromlabore stehen für Komponentenprüfungen zur Verfügung:

  • Hochspannungshalle
  • Synthetisches Leistungsprüffeld
  • HGÜ-Prüfanlage
  • Labore zur Isolierstoffdiagnose

Ausgewählte Daten unserer Prüfeinrichtungen sind unter folgendem Link aufgelistet: Labore des elenia.

Lehre

Für den Bereich Hochspannungstechnik werden die folgenden Lehrveranstaltungen des elenia angeboten:

Bachelor

  • Grundlagen der elektrischen Energietechnik (SoSe)
  • Technologien der Übertragungsnetze (WiSe)

Master

  • Technologien der Übertragungsnetze (WiSe)
  • Hochspannungstechnik I (WiSe)
  • Hochspannungstechnik II (SoSe)
  • Praktikum Hochspannungstechnik (WiSe)
  • Elektrische Energieanlagen I (WiSe)
  • Elektrische Energieanlagen II (SoSe)
  • Numerische Berechnungsverfahren (WiSe)
  • Rechnerpraktikum Numerische Berechnungsverfahren (SoSe)

Weiterführende Informationen zur Lehre finden sie unter:
Lehrveranstaltungen

Team
Karen Flügel Karen Flügel
  • Bestimmung elektrischer Festigkeit im Vakuum
  • Messung ionisierender Strahlung
  • Maik Kahn Maik Kahn
    Timo Meyer Timo Meyer
  • Modellbildung von Schaltstrecken
  • Untersuchung der Wiederverfestigung im Vakuum
  • Bildnachweise dieser Seite

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