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Hochspannungstechnik im Zeichen der Energiewende: Simulation, Automation und Realisierung geeigneter Mess- und Versuchstechniken für Hochspannungsgleichstromübertragungen (HGÜ)

Lehrstuhl: Lehrstuhl für Hochspannungstechnik

Betreuer: Claudius Freye, Saskia Frobin, Jens Kortenbrede,

Beginn ab: nach Rücksprache

Maximale Anzahl der Teilnehmer: 12

Beschreibung: Hochspannungsgleichstromübertragungen (HGÜ) erlangen weltweit an Bedeutung für Energieübertragungssysteme. In Deutschland lässt sich dieser Trend unter Berücksichtigung des aktuellen Netzentwicklungsplans unterstreichen, welcher neben dem Anschluss von Offshore-Windparks ebenfalls HGÜ Verbindungen von Nord nach Süd vorsieht. Daher gewinnt die Qualifizierung sowie die zuverlässige Auslegung von Betriebsmitteln im Bereich der DC-Übertragungstechnologie mehr und mehr an Bedeutung. Hieraus erwächst die Herausforderung das Betriebs- und Isolationsverhalten von unterschiedlichsten Materialien und Betriebsmitteln bei Gleichspannung zu analysieren.

Diese Projektgruppe stellt sich genau oben genannten Herausforderungen und bietet verschiedene Arbeitspakete in den folgenden Bereichen an.


Versuchstechnik zur Kleinststrommessung bei festen Isolierstoffen

Thematik: Eine zuverlässige und reproduzierbare Bestimmung der Leitfähigkeit ist bei der Qualifizierung von Werkstoffen für die HGÜ Kabeltechnik unabdingbar, da sich die Feldverteilung gegenüber derer bei Wechselspannungsbetrieb grundsätzlich verschieden verhält.

Themenfelder:
Simulation / Modellierung / Auslegung: Die bereits am Lehrstuhl für Hochspannungstechnik vorhandenen Versuchsstände zur Bestimmung von Leitfähigkeiten werden zunächst analysiert und sukzessive modifiziert bzw. erweitert. Hierbei bieten neben mathematisch-analytischen Betrachtungen insbesondere Simulationswerkzeuge Möglichkeiten, um weitere Aufschlüsse über Schaltungs-/ Mess- und Störverhalten zu erhalten.
Praktische Umsetzung: In der Realisierungsphase erfolgt die praxisnahe Umsetzung des Versuchsstands bzw. relevanter Teilaspekte. Hierbei gilt es unter Berücksichtigung hochspannungstechnischer Aspekte den Versuchsstand aufzubauen und erfolgreich in Betrieb zu nehmen. Ebenfalls können Aspekte der Automatisierung des Versuchsstandes und der Messdatenverarbeitung implementiert werden.


Modellbildung von Werkstoffen, Komponenten und Materialien bei DC Beanspruchung

Thematik: Die Feldverteilung in Isolationssystemen für HGÜ Anwendungen ist von einer Vielzahl von Einflussgrößen abhängig. Exemplarisch seien hier u.a. geometrische Parameter, Feldstärke und Temperatur genannt. Zur realitätsnahen Modellbildung ist daher eine Analyse und Beschreibung der assoziierten Einflussgrößen unabdingbar.

Themenfelder:
Analyse und Beschreibung: Die Identifikation von Einflussparametern, welche die Feldverteilung innerhalb einer Isolierung beeinflussen bildet den ersten Schritt für das Modellierungsziel. Auf Basis dieser identifizierten Wechselwirkungen gilt es geeignete Modellierungsgleichungen zu identifizieren, die es erlauben Werkstoffe und Materialien der HGÜ zu modellieren.
Modellierung: Aufbauend auf ein bereits realisiertes Modell einer Versuchsumgebung zur Bestimmung des temperatur- und feldstärkeabhängigen Leitfähigkeitsverhaltens werden Weiterentwicklungen vorangetrieben. Diese münden darin das Leitfähigkeitsverhalten eingesetzter Isolierwerkstoffe simulativ abzubilden. Hierbei kann auch die Analyse der umfangreichen am Lehrstuhl vorhandenen Kennlinienaufnahmen an Bedeutung gewinnen.


Messsystem zur Erfassung von elektrischer Feldstärke und Ionenstrom bei HGÜ Freileitungen

Thematik: In der Nähe von Freileitungen werden von diesen zum einen elektromagnetische Felder ausgesandt und zum anderen bei Gleichspannung ebenfalls Ionenströme. Um diese Felder und Ionenströme zu bewerten, ist eine messtechnische Erfassung notwendig. Aktuell gibt es kein verfügbares Messsystem, mit dem das elektrische Gleichfeld und Ionenströme erfasst werden können. Daher ist das Ziel dieses Arbeitspaketes die Entwicklung und Fertigung eines solchen Messsystems.

Themenfelder:
Recherche: Ermittlung unterschiedlicher Umsetzungsmöglichkeiten sowie deren Bewertung bilden den ersten Arbeitsschritt.
Entwicklung und Fertigung: Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wird die Elektrode zur Ionenstrommessung und die Feldmühle entwickelt und gefertigt. Darüber hinaus wird die elektronische Messwerterfassung und Auswertung ausgelegt und umgesetzt.
Inbetriebnahme und Qualifizierung: Abschließende wird das gesamte Messsystem im Labor getestet und qualifiziert.


Die Einbringung von eigenen Ideen, Methoden und Interessen sind neben einer profunden Literaturrecherche ausdrücklich willkommen.