Martin Hallas

Dipl.-Ing. Martin Hallas

Gasisolierte Gleichspannungssysteme

+49 6151 16-20441
+49 6151 16-20434

Fraunhoferstr. 4
64283 Darmstadt

Raum: S3|21 402

Studentische Arbeiten

offen (Bachelor-/ oder Masterarbeit)

Entwicklung und Aufbau eines Messsystems zur Messung von 5 kA auf einem Hochspannungspotential von 600 kV bei HVDC Betriebsmitteln

CAD Konstruktion und Auslegung einer Triggereinrichtung für überlagerte schwingende Stoßspannungen zur Prüfung von HVDC Betriebsmitteln

Weitere gerne auf Anfrage

In Bearbeitung

CAD Modellierung und Entwicklung eines 5 kA Gleichrichters zur Stromeinprägung auf Hochspannungspotential für die Prüfung von HVDC Betriebsmitteln

Abgeschlossen

Masterarbeit: Simulation und Auslegung der Anordnung von HVDC Hochspannungsbetriebsmitteln in einer Hochspannungshalle

Bachelorarbeit: Simulation von Gleichspannungsprüfungen mit überlagerter schwingender Stoßspannung an elektrisch langen Leitungen

Gasisolierte Gleichspannungssysteme: Projektbeschreibung

Hintergrund:

Gleichstrom oder Wechselstrom? Die Frage bestand bereits Ende des 19. Jahrhunderts zwischen Edison und Tesla. Damals gewann der Wechselstrom, weil man ihn auf hohe Spannungen transformieren und damit über weite Strecken verlustarm transportieren kann. Heute im 21. Jahrhundert stellt sich die Frage erneut. Über weite Strecken stößt Wechselstrom an seine Grenzen, da vor allem Kabelanlagen wegen ihrer hohen Blindleistung nur geringe Strecken überbrücken können.

Die kurze Reichweite von erdverlegten Wechselspannungsanlagen ist eine Hürde, die sich bei der zukünftigen Energieversorgung in Deutschland stellt. Auch durch den Ausbau regenerativer Energien müssen immer größere Leistungen über weite Strecken vom windreichen Norden in den industriestarken Süden Deutschlands transportiert werden. Dabei favorisiert ein Großteil der Bevölkerung erdverlegte Leitungen gegenüber konventionellen Freileitungen. Eine mögliche Lösung dieser Problematik und Alternative zu Kabeln: Gasisolierte Gleichspannungssysteme. Diese bieteten mehrere Vorteile gegenüber klassischen Kabelanlagen, bspw.:

  • Kompaktheit einer gasisolierten Anlage
  • Höhere Stromtragfähigkeit aufgrund der besseren Konvektion innerhalb der Anlage
  • Deutlich verringerte Trassenbreite in Vergleich zu Kabelanlagen gleicher Leistung durch die höhere Stromtragfähigkeit
  • Selbstheilende Isolation im laufenden Betrieb
  • Keine Schwachstellen durch Verbindungsmuffen

Ziel:

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Entwicklung der Prüftechnik, sowie der Planung und Durchführung eines geeigneten Langzeitversuches für gasisolierte Gleichspannungssysteme. Der Langzeitversuch soll den späteren Betrieb solcher Systeme abbilden, welche typischerweise im Bereich von ca. 40 Jahren angegeben wird. Die geplanten Versuche gliedern sich wie folgt:

  • Dauerversuche zur Untersuchung des Langzeitbetriebsverhaltens
  • Überlagerte Stoßspannungsversuche zur Simulation des Fehlerfalls

Um während des Versuches den Nennbetrieb nachbilden zu können, muss die Anlage gleichzeitig mit Strom und unter Spannung betrieben werden. Die Speisung mit elektrischem Strom sorgt für die Erwärmung der Anlage, die Speisung mit elektrischer Spannung sorgt für eine dielektrische Beanspruchung und eine Polarisation der Isolation. Dabei beeinflusst die Stromwärme auch die elektrische Feldsteuerung innerhalb der Feststoffisolatoren gasisolierter Gleichspannungssysteme. Die Feldsteuerung der Feststoffisolatoren erfolgt resistiv über den (sehr hohen) ohmschen Widerstand. Dieser ist temperaturabhängig, wodurch negative Einflüsse durch die Kombination von Strom und Spannung auftreten können. Demnach kann ein realer Anlagenbetrieb nur abgebildet werden, wenn Strom und Spannung gleichzeitig auf die Anlage gegeben werden.

Die größte Herausforderung bei dieser Anforderung liegt hierbei in der Prüftechnik, insbesondere in der Stromeinprägung auf Hochspannungspotential. Hierzu muss eine Stromquelle auf Hochspannungspotential arbeiten und einen gleichgerichteten Hochstrom erzeugen. Gleichzeitig muss die Stromquelle über einen Übertragungsweg von Erde versorgt werden. Das komplette System muss hierbei für Gleichspannung funktionieren. Für Generatoren dieser Art existieren keine bekannten Prüfanlagen.

Das Fachgebiet Hochspannungstechnik bedankt sich ausdrücklich für die große Unterstützung dieser Arbeit bei dem IWB-EFRE-Programm vom Land Hessen (Fördernummer 20002558).

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