Seifert, Florian
[VerfasserIn]
;
Petzoldt, Jürgen
[AkademischeR BetreuerIn];
Franck, Christian M.
[AkademischeR BetreuerIn];
Leu, Carsten
[AkademischeR BetreuerIn]Technische Universität Ilmenau
Wirkungen von Entladungen auf dielektrische Grenzflächen bei Gleichspannung und überlagerter mittelfrequenter Wechselspannung
Hochschulschrift:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2022
Anmerkungen:
Tag der Verteidigung: 20.12.2022
Beschreibung:
Mit der Energiewende und der damit verbundenen verstärkten Nutzung von regenerativen Energien und effizienten Energieversorgungssystemen nimmt die Anwendung der Gleichstromtechnik stark zu. Zur Anbindung erneuerbarer Energieanlagen und Kopplung zwischen Gleichspannungsnetzen werden leistungselektronische Stromrichter genutzt. Die Schaltfrequenzen leistungselektronischer Topologien reichen in der Regel bis zu 100 kHz (Mittelfrequenz). Dadurch können Spannungen auftreten, die einen unterlagerten Gleichspannungsanteil und einen überlagerten Wechselspannungsanteil aufweisen. Diese Spannungsform wird als Mischspannung bezeichnet. Für die wissenschaftlichen Untersuchungen wird eine sinusförmige mittelfrequente Wechselspannung einer Gleichspannung überlagert. Entladungen an dielektrischen Grenzflächen von Isoliersystemen bei dieser Mischspannungsform besitzen ein großes Zerstörungspotential. Sie sind Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit. Es werden verschiedene Wirkungen von Entladungen an der dielektrischen Grenzfläche zwischen Luft und Polyethylen bei Mischspannung untersucht. Dabei wird die elektrische Durchschlagfestigkeit der dielektrischen Grenzfläche beim Auftreten von Teilentladungen (direkte Wirkung) und die Aufladung der dielektrischen Grenzfläche durch Teilentladungen (indirekte Wirkung), die zu einer erhöhten elektrischen Feldbeanspruchung führt, bei Mischspannung bestimmt. Es zeigt sich der wesentliche thermisch-erosive Einfluss von Teilentladungen bei mittelfrequenter Spannung auf den Durchschlagsprozess eines Isoliersystems. Anhand der Entladungseinsetzspannung und der Entladungsanzahl bei Mischspannung wird das Zerstörungspotential aufgezeigt. Außerdem wird die Aufladung der dielektrischen Grenzfläche durch die bei den Entladungsvorgängen gebildeten Raumladungen bei Mischspannung gemessen. Die Änderung der elektrischen Feldstärke durch den Aufbau der Raumladungen beeinflusst die Entstehung von Entladungsprozessen und die Aufladung der dielektrischen Grenzfläche erheblich. Die Erkenntnisse der Aufladungsmessung werden durch Plasma-Simulationen mittels Finite-Elemente-Methode unterstützt. Diese Dissertation liefert somit wichtige Erkenntnisse zu den relevanten Wirkungen von Entladungen auf dielektrische Grenzflächen bei mittelfrequenten Mischspannungen. Die Kenntnis dieser Wirkungen können als Basis für Alterungsuntersuchungen genutzt werden.