Maximilian Secklehner

Dipl.-Ing. Maximilian Secklehner

Kompakte Isoliersysteme für Gleichspannung

+49 6151 16-20448
+49 6151 16-20434

Fraunhoferstr. 4
64283 Darmstadt

Raum: S3|21 403

Bachelor- und Masterarbeiten

Offene Arbeiten:

Laufende Arbeiten

Abgeschlossene Arbeiten

  • Optimierung des Einsatzes funktionell gefüllter Isolierstoffe in Gleichfeld-Hochspannungsanwendungen mittels Feldsimulation
  • Aufbau einer Versuchsanordnung zur Nachbildung von Temperaturgradienten und Koaxialfeldverteilungen in gasisolierten Leitungen und Untersuchung dieser Einflüsse auf das elektrische Verhalten von Stützisolatoren für hohe Gleichspannung
  • Optimierung der Untersuchungsmethodik zur Ermittlung der Leitfähigkeit von Isolierstoffen unter hoher Gleichspannungsbeanspruchung
  • Untersuchung eines neuen Herstellungsverfahrens für funktionell gefüllte Isolierstoffe für den Einsatz in Hochfeld-Gleichspannungsanwendungen und Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften
  • Entwurf eines für die Feldsteuerung in HVDC-Isoliersystemen optimierten Feldsteuermaterials

Projektbeschreibung

Die Übertragung elektrischer Energie mittels hoher Gleichspannung (HGÜ) ist verlustarm und stellt daher eine gute Möglichkeit dar, weite Distanzen zu überbrücken und hohe elektrische Leistungen zu übertragen. Diese Anforderung besteht bereits heute innerhalb des deutschen Stromversorgungsnetzes, beispielsweise um die elektrische Energie aus Offshore-Windparks auch im verbrauchsintensiven Süden nutzen zu können. Im Netzplan der Bundesrepublik Deutschland sind aktuell vier HGÜ-Leitungen bis 2020 zu realisieren. Zukünftig könnten HGÜ-Leitungen auch Verwendung im internationalen Verbundnetz finden und damit helfen dezentrale Erzeugungskapazitäten auch in entlegenen Regionen sinnvoll zu nutzen.

Zur Realisierung von effektiven HGÜ-Systemen ist es unverzichtbar auf zuverlässige Isoliersysteme für Gleichspannungsanwendungen zurückgreifen zu können. Allerdings werden Isolationen im elektrischen Gleichfeld anderen Belastungen ausgesetzt als dies bei Wechselspannungssystem der Fall ist. Eine Herausforderung stellt die Ansammlung von Ladungsträgern auf Isolatoroberflächen, sogenannten Flächenladungen, dar. Diese können die Überschlagsfestigkeit der Isolation herabsetzen, besonders bei Polaritätswechseln. Um die Ansammlung dieser Ladungsträger zu begrenzen und die resistive Feldverteilung zu optimieren kann beispielsweise die Leitfähigkeit von Isolierstoffen, oder von Isolierstoffschichten angepasst werden. Hierzu werden funktionell gefüllte Isolierstoffe eingesetzt, deren Entwicklung einen Schwerpunkt des Forschungsprojekts bildet.

Dargestellt sind plättchenförmige Füllstoffpartikel, wie sie in funktionell gefüllten Isolierstoffen eingesetzt werden können.
REM-Aufnahme eines neuen Füllstoff-Prototypen

Ein Beispiel für diese Art von Isolierstoffen stellen mikrovaristorgefüllte Epoxidharze dar, welche bereits in früheren Arbeiten am Fachgebiet untersucht wurden. Die Entwicklung neuer Füllstoffe ermöglicht den Einsatz funktionell gefüllter Isolierstoffe auch in höheren Spannungsebenen und im Bereich der Hochfeld-Isolation, wie etwa in gasisolierten Schaltanlagen und Leitungen.

Das Bild stellt die Temperaturverteilung in einer Koaxialanordnung mitStützisolator dar, ermittelt mit Hilfe einer 3D-FEM-Simulation
3D-FEM-Simulation eines Stützisolators

Ein Ziel des Forschungsprojektes liegt in der Definition der Anforderungen an die elektrischen Eigenschaften der in Frage kommenden Materialien. Hierzu werden FEM-Simulationen durchgeführt. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf der Temperaturabhängigkeit der elektrischen Eigenschaften der Füllstoffpartikel.

Zentraler Bestandteil der Arbeit ist die Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften von potentiell geeigneten Materialien. HIerzu wurde ein neuer Versuchsstand, bestehend aus einer Klimakammer und einer Hochspannungs-Gleichspannungsquelle, aufgebaut. Damit lassen sich Kennlinien von Materialproben bei bis zu +-30 kV DC zwischen -40 °C und +180 °C, sowie bei einstellbarer Luftfeuchte aufnehmen.

Die elektrischen Eigenschaften der meisten Isolierstoffe weisen eine starke Abhängigkeit von der Temperatur, Luftfeuchte, Feldstärke und vom Alterungszustand auf. Zur Untersuchung des Einflusses der elektrischen Alterung, wurde daher ein geeigneter Versuchsstand entwickelt. Ein Ziel der Versuche ist das Nachweisen von Gesetzmäßigkeiten, die der elektrischen Alterung zugrunde liegen.

Das Innenleben des Hochspannungsversuchsstandes in Halle 1 mit dem Wechselmagazin für die Prüflinge
Prüfkammer im Versuchstand für Modellisolatoren

Weiterhin soll die Tauglichkeit von Modellisolatoren, in denen die neuen Isolierstoffe zum Einsatz kommen, für höchste elektrische Feldstärken an produktnahen Geometrien getestet werden. Neben hoher Gleichspannungsbelastung sind auch Polaritätswechsel und Impulsspannungsversuche von Interesse. Hierzu wird ein gasisolierter Versuchsstand in der Hochspannungshalle verwendet, welcher Prüfspannungen von bis zu 600 kV (DC) und 1550 kV (Impulsspannungen) ermöglicht.

Publikationen

Gruppiere nach: Datum | Typ des Eintrags | Keine Gruppierung
Springe zu: 2017 | 2015 | 2013
Anzahl der Einträge: 5.

2017

Löwe, Jens-Michael ; Secklehner, Maximilian ; Hinrichsen, Volker :
Investigation of surface charges on polymeric insulators and the influence of sessile water droplets.
In: INSUCON 2017, 13th International Electrical Insulation Conference 2017, 16.05.-18.05.2017, Birmingham, Großbritannien.
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2017)

Secklehner, Maximilian ; Hussain, Rashid ; Hinrichsen, Volker :
TAILORING OF NEW FIELD GRADING MATERIALS FOR HVDC SYSTEMS.
In: INSUCON 2017, 16-18 May 2017, Birmingham.
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2017)

2015

Secklehner, Maximilian ; Hinrichsen, Volker :
Reduktion von Oberflächenladungen in Gleichspannungsanwendungen mittels elektrisch nichtlinearer Metalloxid-Pigmente.
In: RCC Fachtagung, 20.-21.05.2015, Berlin. Berlin
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2015)

2013

Tenzer, Michael ; Secklehner, Maximilian ; Hinrichsen, Volker ; Imamovic, D. :
Funktionell gefülltes Epoxidharz für HGÜ-Anwendungen in kompakten Isoliersystemen.
In: 4. ETG-Fachtagung "Grenzflächen in elektrischen Isoliersystemen", 12.-13. November 2013, Dresden, Deutschland.
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2013)

Tenzer, Michael ; Secklehner, Maximilian ; Hinrichsen, Volker :
Short and long term behavior of functionally filled polymeric insulating materials for HVDC insulators in compact gas insulated systems.
In: 23th Nordic Insulation Symposium, June 9-12 2013, Trondheim, Norway.
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2013)

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