Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik

Fachgebiet Hochspannungstechnik

Schering-Institut

Universität Hannover

UNIVERSITÄTHANNOVER

2002 - 2003

Anschriften:Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik,Fachgebiet Hochspannungstechnik - Schering-Institut -Universität HannoverCallinstraße 25 A30167 Hannover

Telefon: 0511/762-2703Telefax: 0511/762-2726E-Mail : schering@si.uni-hannover.deWWW: http://sun1.rrzn.uni-hannover.de/schering

Zum Institut gehörige zusätzliche Gebäudeteile:Mehrzweckgebäude, 9. Etage, Appelstraße 9 AParkhaus, Nienburger Straße 17

Mitarbeiter des Schering-Instituts (von links):

Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein Borsi, M.Sc. Alireza Akbari, Dipl.-Ing. Ralf Kotte,Dr.-Ing. Xiang Zhang, Dipl.-Ing. Mohsen Farahani, M.Sc. Amir Abbas Shayegani Akmal,Prof. Dr.-Ing. Ernst Gockenbach, Mark Reichelt, Dipl.-Ing. Bartlomiej Dolata,Wladimir Simon, Dipl.-Ing. Volker Wasserberg, Dr.-Ing. Claus-Dieter Ritschel,Lore Bellgardt, M.Sc. Omar Hasan, Dipl.-Ing. Klaus Hackemack, M.Sc. Victoria Lopez,M.Sc. Morteza Ehsani, M.Sc. Ali Reza Setayeshmehr, Karl-Heinz Maske, Erich Semke,Dipl.-Ing. Janusz Szczechowski, Dipl.-Ing. Mark Reuter, Dipl.-Ing. Nassir Abedi

Liebe Freunde des Schering-Instituts,

mit diesem Heft möchten wir über die Forschungsarbeiten und Ereignisse der Jahre 2002 und2003 aus dem Fachgebiet Hochspannungstechnik des Instituts für Energieversorgung undHochspannungstechnik berichten.

Die Forschungsarbeiten auf den bereits seit vielen Jahren mit gutem Erfolg bearbeitetenGebieten feste und flüssige Isolierstoffe, Hochspannungsmesstechnik insbesondereTeilentladungsmesstechnik, Behandlung von Transformatorenisolierungen, Monitoring undDiagnose einschließlich der Lebensdauerabschätzung von gealterten Isoliersystemen fürKabel, Transformatoren und Maschinen konnten durch Einstellungen zahlreicher neuerwissenschaftlicher Mitarbeiter erheblich verstärkt werden, was sich auch in der großen Zahlder Veröffentlichungen und der starken Beteiligung an nationalen und internationalenKongressen und Symposien ausdrückt.

Die Zahl der an einem Studium der Energietechnik interessierten Studierenden hat in denbeiden Jahren erfreulicherweise wieder zugenommen, wobei die weltweiten Ereignissebezüglich der Zuverlässigkeit der Energieversorgung vielleicht einen weitere Zunahme derStudierenden bringen kann. Es ist sicherlich allen Beteiligten und Betroffenen klar geworden,dass eine zuverlässige und verfügbare Versorgung mit elektrischer Energie lebensnotwendigfür unser Wirtschaftssystem ist und dass dazu wesentlich die Ingenieure der Energietechnikbeitragen. Mit der Zunahme der Studierenden werden dann auch zukünftig dieSchwierigkeiten bei der Suche nach qualifizierten wissenschaftlichen Mitarbeitern wiedergeringer werden, die uns in den vergangenen Jahren erhebliche Sorgen bereiteten.

Die zahlreichen und sehr guten Kontakte zur Industrie haben es auch in den beidenBerichtsjahren wieder ermöglicht, interessante Themen und attraktive Aufgabenstellungenmit den wissenschaftlichen Mitarbeiter und Studierenden zu bearbeiten, wobei aber zubemerken ist, dass aufgrund der geringen Zahl der Studierenden auch die Zahl der Studien-und Diplomarbeiter erheblich zurückgegangen ist.

Durch die große Anzahl internationaler Kontakte haben wir, wie bereits in der Vergangenheit,wieder zahlreiche Stipendiaten am Schering-Institut begrüßen können, die eine sehr gutefachliche Qualifikation mitbringen, ihre Erfahrungen und wissenschaftliche Ausbildung durcheine Promotion erweitern können und mit uns gemeinsam eine erfolgreiche Forschungdurchführen. Selbstverständlich wird durch die Stipendiaten auch der Horizont und dasVerständnis für andere Kulturbereiche bei allen Mitarbeitern des Schering-Instituts erweitert.

Als erfreuliche und herausragende Ereignisse möchten wir einige Ehrungen und Ernennungenbesonders hervorheben:• Aufnahme von Prof. Borsi in die Statusgruppe "Professoren" der Universität Hannover

und Ernennung zum Professeur Associé an der Universität Québec à Chicoutimi• Ernennung von Herrn Dr.-Ing. Rainer Bitsch zum Honorarprofessor, der am Schering-

Institut im Jahre 1972 promovierte und seit vielen Jahren einen Lehrauftrag wahrnimmt• Erteilung eines Lehrauftrages an Frau Dr.-Ing. Monika Sturm mit der Lehrveranstaltung

„Systeme zur zukünftigen Energieoptimierung und - vermarktung“ ab Sommersem. 2003• Ernennung von Prof. Gockenbach zum „CIGRE Distinguished Member 2002“

Die finanzielle Situation der Hochschulen in Niedersachen hatte sich in den letzten Jahrenzunächst nicht wesentlich verändert, da ein Vertrag zwischen Hochschulen undLandesregierung für eine kalkulierbare finanzielle Ausstattung sorgte. Die durch zahlreicheÄnderungen nun eingetretene finanzielle Engpasssituation des Landes Niedersachsen zwingtdie Hochschulen, sich erneut an Sparmaßnahmen zu beteiligen, die auch dieIngenieursbereiche betreffen. Durch diese Maßnahmen werden die angestrebten

Zielvereinbarungen der Fachbereiche mit der Universität stark beeinträchtigt und erneutheftige Diskussionen innerhalb des Fachbereiches bezüglich Erfüllung der Sparauflageneintreten. Für die zukünftige Forschungsarbeit am Schering-Institut ist daraus deutlich zuerkennen, dass die Einwerbung von Drittmitteln und die Kooperation mit der Industrie einedeutlich zunehmende Bedeutung erlangen. Diese Entwicklung ist zu begrüßen, solange sienicht zu einer unzulässigen Vernachlässigung der Grundlagenforschung führt.

Im Hinblick auf die im vorangegangen Abschnitt kurz erläuterte grundsätzliche finanzielleEntwicklung der Universitäten möchten wir uns abschließend sehr herzlich bei den Fördererndes Schering-Instituts, der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG, dem DeutschenAkademischen Auslandsdienst DAAD, der Alexander von Humboldt Stiftung AvD, derDannie-Heinemann Stiftung, dem Verein der Freunde der Universität Hannover und allenPartnern aus der Industrie für die sehr hilfreiche und wertvolle Unterstützung derForschungsarbeiten bedanken.

Wir hoffen auch zukünftig sehr gute Beiträge auf unseren Forschungsgebieten mit Hilfe IhrerFörderungen leisten zu können, die Ihre Anerkennung finden und zum Nutzen allerBeteiligten wirtschaftlich genutzt werden können. Unter diesem Aspekt stellen wir uns gerneden zukünftigen Herausforderungen der Profilbildung in der Energietechnik und derKonzentration auf die Stärken.

Hannover im Februar 2004

Prof. Dr.-Ing. E. Gockenbach

Inhaltsübersicht Seite

1 Personelle Besetzung des Institutes 1

2 Lehre

2.1 Vorlesungen, Übungen und Laboratorien 2

2.2 Studienarbeiten und Diplomarbeiten 5

3 Forschung 6

4 Veröffentlichungen und Vorträge 38

5 Mitarbeit in Fachgremien und Verbänden sowie bei Tagungen 43

6 Ereignisse und Kontakte 49

7 Gastwissenschaftler 56

Anhang

Technische Ausstattung

- 1 -

1 Personelle Besetzung des Instituts

Institutsdirektor: Prof. Dr.-Ing. Ernst GOCKENBACH

Privatdozent: Prof. Dr.-Ing. habil. Rainer v. OLSHAUSEN

Lehrbeauftragte: Dr.-Ing. Rainer BITSCHDr.-Ing. Stephan PÖHLERDr.-Ing. M. STURM

Geschäftszimmer: Frau Lore BELLGARDT

Akademischer Direktor: Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein BORSI

Akademischer Rat: Dr.-Ing. Claus-Dieter RITSCHEL

Wissenschaftliche Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Nassir ABEDIM.Sc. Alireza AKBARIM.Sc. Amir Abbas SHAYEGANI AKMALDipl.-Ing. Bartlomiej DOLATADipl.-Ing. Klaus HACKEMACKDipl.-Ing. Ralf KOTTEDipl.-Ing. Mark REUTERDipl.-Ing. Janusz SZCZECHOWSKIDipl.-Ing. Volker WASSERBERGDipl.-Ing. Peter WERLEDr.-Ing. Xiang ZHANG

Gastwissenschaftler: Dr.-Ing. Nabi MELIKOWDipl.-Ing. Mohsen FARAHANIM.Sc. Omar HASANDr.-Ing. Asghar AKBARI AZIRANIMSc. Morteza EHSANIMSc. Ali Reza SETAYESHMEHRMSc. Victoria LOPEZDr. Olga GUEFLEDr. Serguei LEBEDEV

Werkstatt: Feinmechaniker-Meister Karl-Heinz MASKEClaus-Dieter HASSELBERGErich SEMKE

Auszubildender Mark REICHELTAuszubildender Wladimir SIMON

- 2 -

2 Lehre

2.1 Vorlesungen, Übungen, Laboratorien

Prof. Dr.-Ing. E. Gockenbach

Hochspannungstechnik I WS TV 2

Erzeugung hoher Wechsel- und Gleichspannungen - Transformatorkaskaden - Gleich-richterschaltungen zur Spannungsvervielfachung - Elektrostatische Generatoren -Erzeugung von Stoßspannungen - Stoßspannungsvervielfachungsschaltungen - Mes-sung von Wechsel-, Gleich- und Stoßspannungen - Funkenstrecken - ElektrostatischeSpannungsmesser - Kapazitive, ohmsche und gemischte Spannungsteiler - Methodenzur Berechnung elektrostatischer Felder - Durchschlagsprozesse in gasförmigen,flüssigen und festen Isolierstoffen

Hochspannungstechnik II SS TV 2

Durchschlag flüssiger Isolierstoffe - Elektrischer Durchschlag, Wärmedurchschlag undErosionsdurchschlag fester Isolierstoffe - Einflußgrößen auf die Durchschlagspannung -Dielektrisches Verhalten flüssiger und fester Isolierstoffe - Dielektrische Messungen -Teilentladungsmessungen

Hochspannungsgeräte WS TV 2

Ein- und Ausschaltvorgänge in Netzen, Betrachtung der dabei auftretenden Überbean-spruchungen - Funktionsweise und Bauform verschiedener Hochspannungsschalter -SF6-Anlagen - Strom- und Spannungswandler und ihr Verhalten bei Wanderwellen -Hochspannungskabel - Spannungsdurchführungen und -ausleitungen - Konstruktion,Dimensionierung und Betriebsverhalten von Hochspannungs-Leistungskondensatoren -Ableiter

Isolierstoffe der Elektrotechnik SS TV 2

Physikalische Grundlagen - Elektrisches und dielektrisches Verhalten von Isolierstoffenund Isolierstoffsystemen wie z.B. Epoxidharzen, Polyesterharzen, Papier, Isolierölen,chlorierten Biphenylen (PCB), Ersatzflüssigkeiten für PCB, Papier-Öl-Dielektrikum,hochpolymeren Kunststoffen und Isoliergasen

Grundlagen der Elektrotechnik I WS TV 2(für Maschinenbauer)

Physikalische Größen, Einheiten, Gleichungen - Grundbegriffe der Elektrotechnik -Eigenschaften von Widerständen - Elektrische Feldgrößen, Berechnung elektrischerFelder, Kondensatoren - Energie und Kräfte im elektrischen Feld - MagnetischeFeldgrößen, Berechnung magnetischer Felder - Induktionsgesetz - Gleichstromkreise -Mathematische Mittel zur Beschreibung elektrischer Vorgänge

Grundlagen der Elektrotechnik II SS TV 2(für Maschinenbauer)

Wechselstromkreise - Reihenschaltung, Parallelschaltung - Leistungsumsatz - Schwing-kreise - Ausgleichsvorgänge - Mehrphasensysteme - Drehstromsystem, Leistung imDrehstromsystem - Nicht sinusförmige periodische Vorgänge - ElektrischeMeßsysteme - Energiewandlung - Gleichstrommaschine, Synchronmaschine,Asynchronmaschine - Elektrische Antriebe - Energieübertragung, Komponenten derEnergieübertragung - Schutzmaßnahmen

- 3 -

Mit Assistenten:

Hochspannungstechnik I (Übungen) WS TU 1

Kaskadenschaltung zur Erzeugung hoher Wechselspannungen - Gleichrichterschaltun-gen zur Spannungsvervielfachung - Stoßspannungsschaltungen - Messung hoherWechselspannungen - Feldberechnung von verschiedenen geometrischen Anordnungen

Hochspannungsgeräte (Übungen) WS TU 1

Berechnung und Darstellung von Schaltvorgängen in linearen Stromkreisen - Berech-nung statischer und dynamischer Lichtbogenkennlinien - Abschaltung vonStromkreisen unter Berücksichtigung der Vorgänge im Schalter - Dimensionierung vonSF6-isolierten Anordnungen unter Berücksichtigung festigkeitsmindernder Einflüsse -Dimensionierung von Spannungswandlern und Durchführungen - Berechnung derFeldverteilung in Kondensatordielektrika

Grundlagen der Elektrotechnik I (Übungen) WS TU 1(für Maschinenbauer)

Berechnung physikalischer Größen - Berechnung des elektrischen Feldes verschiedenergeometrischer Anordnungen - Berechnung elektrischer Ladungen und der Kräfte aufLadungen im elektrischen Feld - Berechnung magnetischer Kreise mit und ohneLuftspalt - Anwendung des Induktionsgesetzes - Berechnung vonWiderstandsnetzwerken

Grundlagen der Elektrotechnik II (Übungen) SS TU 1(für Maschinenbauer)

Umwandlung von linearen Netzwerken mit Ersatzspannungs- und Ersatzstromquellen -Wirkungsgrad - Mittelwert, Gleichrichtwert, Leistung nichtsinusförmiger Spannungenund Ströme - Wechselstromkreise mit variabler Frequenz - Graphische Additionsinusförmiger phasenverschobener Spannungen mit unterschiedlicher Amplitude -Berechnung von Impedanzen in Wechselstromkreisen - Schein-, Blind- undWirkleistung in Wechselstromkreisen - Kompensation in Wechselstromkreisen -Berechnung von Wechselstromnetzwerken - Aufladung eines Kondensators mitGleichspannung - Symmetrische Drehstromnetze, Stern/Dreieck-Umwandlung

Hochspannungslaboratorium I SS EU 4

Erzeugung und Messung hoher Gleichspannungen - Messung hoherWechselspannungen - Erzeugung von Stoßspannungen und Aufnahme vonStoßkennlinien - Der elektrische Durchschlag in Gasen - Bestimmung derDurchschlagspannung von festen Isolierstoffen - Verlustfaktormessungen anverschiedenen Isolierstoffen bei 50 Hz - Ausmessung von elektrischen Feldern -Bestimmung der Durchschlagspannung von Mineralöl

Hochspannungslaboratorium II WS EU 4

Untersuchungen an einem Modell einer 1500 km langen 220-kV-Hochspannungsfrei-leitung - Berechnung und Messung des Übersetzungsfaktors eines Hoch-spannungstransformators bei kapazitiver Last - Oszillographische Untersuchungen vonStoßspannungen an einem Transformatormodell und an verschiedenen Teilern -Verlustfaktormessungen bei verschiedenen Frequenzen an geerdeten Objekten -Messung von Teilentladungen in einer Reuse - Entladungsformen an Isolierstoffenbeim unvollkommenen Durchschlag - Einsatz eines Mikrocomputers in derHochspannungsmeß- und Versuchstechnik - Externer Laborversuch

Kolloquium über hochspannungstechnische Probleme SS, WS CO 2

- 4 -

Prof. Dr.- Ing. habil. H. Borsi

Hochspannungsmeßtechnik I WS TV 1

Analoge und digitale Meßwerterfassung in der Hochspannungstechnik - Grundlagen,Aufbau und Funktionsweise von Meßsystemen - Probleme der elektromagnetischenVerträglichkeit - Schirmung und Filterung

Hochspannungsmeßtechnik II SS TV 1

Verlustfaktor- und Teilentladungsmeßtechnik - 0,1-Hz-Meßtechnik - Messung hoherschnellveränderlicher Ströme - Probleme und Besonderheiten bei der Messung vonhohen Gleich-, Wechsel- und Stoßspannungen

Dr-.Ing. R. Bitsch

Hochspannungsschaltanlagen und Leitsysteme I WS TV 1

Energiewirtschaftliche Einführung - Grundlagen der Hochspannungsschalttechnik -Beanspruchung, Bemessung, Prüfung von HS-Schaltsystemen - Schaltgeräte fürWechselstrom

Hochspannungsschaltanlagen und Leitsysteme II SS TV 1

Konventionelle Hochspannungsschaltanlagen – Leistungselektronische Anlagen -Sekundärtechnik - Zukunftsperspektiven

Dr-.Ing. M. Sturm

Systeme zur zukünftigen Energieoptimierung und -vermarktung I SS TV 1

Marktanforderungen – Optimierte Energienutzung – Optimierte Assetnutzung

Systeme zur zukünftigen Energieoptimierung und -vermarktung II WS TV 1

Marktumfeld – Geschäftsprozesse im Überblick - Integration

Dr.-Ing. S. Pöhler

Technologie von Hochspannungs-/Hochleistungsübertragungen

Aufbau, Prüfung und Monitoring von Hochspannungskabeln - Aufbau und Monitoringvon gasisolierten Rohrleitern - Kenndaten und Aufbau von Hochtemperatur-Supraleiter-Kabeln - Versuchsanlage für Hochtemperatur-Supraleiter-Kabel

Prof. Dr.-Ing. habil. R. v. Olshausen/ Prof. Dr.- Ing. habil. H. Borsi

Hochspannungs- und Hochleistungskabel WS TV 2

Physikalische, werkstoff- und fertigungstechnische Grundlagen von Mittel-, Hoch- undHöchstspannungskabeln und deren Betriebseigenschaften - Garnituren (Endver-schlüsse und Muffen), deren Aufgaben, Funktionsweise, Konstruktion und Fertigung -Elektrische Prüfungen

- 5 -

2.3 Diplomarbeiten

Bearbeitungszeit : 6 Monate

2002

Kröger, Michael:Untersuchungen zur Störsignalunter-drückung durch Wavelettransformationenund adaptive Frequenzsperrfilter basierendauf Implementationen in MATLAB

2003

Hoppe, Lars:Untersuchung zur Reduktion der Wasser-aufnahme von Isolierflüssigkeiten

- 6 -

3 Forschung

3.1 Arbeitsgebiete

Feste Isolierstoffe

Die Veränderungen von polymeren Isolierstoffen für Mittel- und Hochspannungskabel sowieMaschinenisolierungen bei elektrischer, thermischer und elektrisch-thermischer Beanspru-chung sind die Ziele der Untersuchungen von festen Isolierstoffen, wobei die Erkennung derAlterungsmechanismen und die Bewertung der Restlebensdauer der Isolierung im Vorder-grund stehen. Bedingt durch den zunehmenden Einsatz von Leistungselektronik in derEnergietechnik werden auch Fragen der Langzeitfestigkeit von polymeren Isolierstoffen unterBeanspruchung kontinuierlicher impulsförmiger Spannungen zukünftig verstärkt behandelt.Eine Erweiterung der Forschungen auf dem Gebiet der festen Isolierstoffe sind Untersu-chungen an umweltverträglichen und umweltbeständigen polymeren Isoliersystemen und dieEntwicklung von neuen preiswerten Materialkombinationen.

Flüssige Isolierstoffe

Die Substitution von flüssigen Isolierstoffen, die Regenerierung von flüssigen und festenIsolierstoffen und die Verzögerung des Alterungsprozesses von Flüssigkeit/Papier Isolie-rungen sind die wichtigsten Aufgaben in diesem Arbeitsgebiet. Bei der Regenerierung derfesten/flüssigen Isolierstoffsysteme und der Verlangsamung der Alterungsprozesse steht dersanfte Entzug von Wasser aus dem Isolierstoffsystem im Vordergrund, wobei die Art desIsolierstoffes und der Filterung, der Temperatureinfluss und die Geschwindigkeit der Was-serentnahme unter Betriebsbedingungen eine wesentliche Rolle spielen. Hier wird besondererWert auf eine lebensdauerbegleitende bzw. verlängernde Trocknung der Papierisolierunggelegt. Die Bewertung der Lebensdauer von flüssigen/festen Isoliersystemen durch verschie-dene Methoden der Messung der dielektrischen Eigenschaften ergänzen die Forschungen aufdem Gebiet der flüssigen Isolierstoffe.

Teilentladungsmesstechnik

Die Teilentladungsmessung während der Prüfung im Werk oder vor Ort ist Bestandteil derQualitätssicherung und die Teilentladungsmessung während des Betriebes zur Bestimmungdes Zustandes des Betriebsmittels ist Teil eines Monitoring und Diagnoseverfahrens. Die Auf-gaben der Messtechnik sind für beide Anwendungsgebiete sehr ähnlich, indem die Unter-drückung von Störsignalen eine wesentliche Aufgabe darstellt, die durch Mustererkennungs-verfahren mit Hilfe neuronaler Netze, genetischer Algorithmen oder Clusteranalyse erreichtwerden kann. Die mathematische Nachbildung der Übertragungs-wege der TE bietet eineMöglichkeit der TE-Ortung und der Berechnung der wahren Ladung. Die Teilentladungs-messtechnik wird an Transformatoren, Hochspannungskabeln und gießharzimprägniertenHochspannungsgeräten eingesetzt und den jeweiligen Anforderungen an das zu untersu-chende Gerät angepasst.

Hochspannungsprüftechnik

Im Rahmen der Normenarbeit für digitale Messwerterfassungssysteme und der Auswertungvon digital aufgezeichneten Stoßspannungen und Stoßströmen wurden Verfahren erarbeitet,die eine einfache und robuste Auswertung für stoßförmigen Verlauf zulassen.

- 7 -

Aus den Ergebnissen wurden Vorschläge für die Auswertung der gemessenen Stoßspan-nungen und die Modifikation der derzeit gültigen Vorschriften erarbeitet. Wichtig ist beidiesem Vorhaben die Einbeziehung der für die verschiedenen Geräte (Transformatoren,Kabel, Schaltanlagen, Freiluft) wesentlichen Parameter (Stirnzeit, Scheitelwert,Überschwingen) und das Einbringen der Erfahrungen aus den in der Praxis angewandtenAuswerteverfahren. Die Anwendung der vorgeschlagenen Methoden in der Prüfpraxis wirddurch die Auswertung von Ergebnissen aus Prüflabors von Herstellern geprüft und auf ihreAkzeptanz untersucht.

Monitoring und Diagnose

Die Überwachung und Zustandserkennung von elektrischen Betriebsmitteln (Monitoring,Diagnose) nimmt in ihrer Bedeutung immer stärker zu, da durch das Monitoring und dieDiagnose eine Erhöhung der Betriebssicherheit erreicht werden kann. Die Anforderungen andie Erfassungssysteme sind Erkennung der relevanten Parameter, hohe Zuverlässigkeit undEinsatz unter Betriebsbedingungen. Die zur Zeit laufenden Untersuchungen konzentrierensich auf die Betriebsmittel, kunststoffisolierte Hochspannungskabel, flüssigkeitsgefüllte oderfeststoffisolierte Hochspannungstransformatoren und Hochspannungsmaschinen. Dabei stehtbei den Hochspannungskabeln die Erkennung des Einflusses von alterungsrelevantenParametern und bei den Transformatoren die Detektion des Wassergehaltes, des Gasgehaltesund der Teilentladungen im festen und flüssigen Isolierstoff im Vordergrund.

Die Nutzung der Transferfunktion zur Erkennung von Änderungen in einemHochspannungsgerät oder die Nutzung von Teiltransferfunktionen zur Lokalisierung vonTeilentladungen bzw. der genaueren Bestimmung der wahren Ladung einer Teilentladungsind Bestandteil eines umfassenden Monitoring und Diagnosesystems, das in seinenmodularen Bausteinen zur Zeit entwickelt wird.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden in weiteren Forschungsarbeiten als Grundlagedes Asset Managements von Einrichtungen der elektrischen Energietechnik genutzt, da hierfür die Bewertung der Zuverlässigkeit und des Ausfallrisikos sehr gute Kenntnisse desVerhaltens des Isoliersystems von Bedeutung sind.

Elektromagnetische Verträglichkeit und Blitzschutz

In diesen Arbeitsgebieten sind Untersuchungen an Blitzschutzeinrichtungen hinsichtlich ihrerStromtragfähigkeit und Stromaufteilung enthalten, insbesondere das Zusammenwirken vonmetallischen Komponenten und Kohlefaserwerkstoffen, sowie die Beeinflussungen von Blitz-entladungen auf Leitungen in Abhängigkeit ihres Aufbaues, ihrer Lage und ihrer Einkopp-lungswege. Dazu werden Messungen der elektrischen und magnetischen Felder sowie derStromverteilungen durchgeführt.

Die Nachbildungen direkter und indirekter Effekte einer Blitzentladung werden anvollständigen Geräten, an Komponenten oder Modellanordnungen vorgenommen. Mit einemempfindlichen Videosystem ist auch eine Funkendetektion im Innenraum möglich, so dasseine Bewertung der verschiedenen Verbindungselemente hinsichtlich ihrer Stromtragfähigkeitund Funkenbildung möglich ist. Die Ergebnisse können für eine Verbesserung der Blitz-schutzmaß-nahmen und zur Modifikation von Empfehlungen von Blitzschutzmaßnahmen fürzukünftige Konstruktionen genutzt werden.

- 8 -

3.2 Berichte

Dipl.-Ing. B. Dolata

Tests on ester fluid and mineral oil under impulse- and AC voltage stress

Homogeneous field

To investigate the behaviour of both fluids inhomogeneous electrical fields at gap spacingslarger than 2,5 mm some breakdown tests havebeen performed with a sphere - sphere electrodeconfiguration. Two sphere shaped electrodes of 100mm diameter have been positioned above eachother in a sealed vessel, where one of the sphereswas grounded and not adjustable positioned at thebottom and the other sphere, to which high voltagewas applied, could be fixed in a distance between 0mm and 80 mm. Figure 1 shows a photograph ofthe test vessel. According to the aim to keep thefluids dry the vessel could not be opened during thewhole test, thus there was the demand to make thesurface of the electrodes very resistant againstabrasion by arcing. As a result of this, on bothspheres a segment of 60 mm diameter was replacedby an alloy of tungsten (80 %) and copper (20 %).In the arrangement of the spheres the alloy partswere positioned on both sides of the gap betweenthe electrodes to force the arc of the breakdown to

occur between the mechanically strongsections of the electrodes. A schematic viewof the electrodes is depicted in Figure 2.Due to the avoidance of vessel opening thewater content of the examined mineral oilonly raised during the whole time of thetests from 8,1 ppm to 12,6 ppm while thewater content of the ester liquid has been32 ppm at the end of the investigations.

Impulse voltage tests

After the vessel was filled by evacuating theair out and sucking dried liquid in, thearrangement was exposed to impulse andAC voltages. To reduce the influence ofenergy to the fluid, the impulse voltage testshave been performed in advance to thebreakdown tests with rising 50 Hz ACvoltage at a rise speed of 2 kV per second.

Figure 1Test vessel used for the breakdownexperiments at homogeneouselectrical field

Figure 2 Schematic view of the electrodes

- 9 -

During the tests the electrodes have beenadjusted to gap distances between 2,5 mmand 12,5 mm in steps of 2,5 mm. At everygap distance the fluid had to withstandvoltage impulses which were increased by5 kV or 10 kV from impulse to impulsewith a break of at least one minutebetween two impulses. After a breakdownoccurred there was a longer break of 15minutes before a new sequence of voltageimpulses has been commenced at the samestart voltage as the preceding impulsesequence. After a series of 5 breakdownsby this scheme at one gap distance, a newgap has been adjusted.As the start voltage for each test series avoltage 10 to 15 kV lower than the lowestbreakdown voltage of preceding test serieshas been selected.

Figure 3 shows the set-up for the impulsebreakdown tests. In the background of thisphotograph the impulse generator can beseen (red tower). The shape of the voltage

impulse (1,2/50) is depicted in Figure 4 for the start and Figure 5 for the end of a sequence,where a breakdown occurred. The summary of the results of the impulse tests are shown inFigure 6, where every point is calculated out of the arithmetic average of five breakdowns atone gap width.

Figure 3 Test set-up for the impulsebreakdown tests

Figure 4 Start of a sequence, gap distance 5 mm, ester liquid

Test vessel

Impulsevoltagegenerator

- 10 -

Explanations for Figures 4 and 5:T1: Front timeT2: Time to half valueTc: Time to choppingUp: Peak value of test voltage

A larger gap distance above 12.5 mm was not possible for this arrangement , becauseflashover occurs outside the vessel.

Figure 5 End of a sequence, gap distance 5 mm, ester liquid

Impulse Voltage Investigation

0

100

200

300

400

500

600

700

0 2 4 6 8 10 12 14Gap (in mm)

Bre

akdo

wn

Vol

tage

(in

kV)

Mineral Oil Ester Fluid

Figure 6 Impulse voltage versus gap distance.

- 11 -

AC voltage tests

After the impulse voltage tests have been finished theperformance of the insulation liquid was tested with arising 50 Hz AC voltage without a change of theinsulating liquid. These tests, as they are depicted byFigure 7, have been started at a gap distance of2,5 mm and, similar to IEC 60156, the voltage hasbeen applied 5 times from 0 kV to breakdown with arate of rise of 2 kV per second and a waiting time offive minutes after each breakdown. The investigationshave been performed for distances from 2,5 mm to12,5 mm raised in steps of 2,5 mm. Larger distances,although adjustable with the used test vessel, led to aflashover over of the vessel.

The results of the tests are depicted in Figure 8,where every point represents the arithmetic meanvalue of five breakdown voltages.

Summary

The presented results show, that ester liquid has a slightly minor electrical strength comparedto mineral oils at small gap distances. For the longer gap distances at homogeneous field theester liquids has a similar performance as mineral oil.

Figure 7 Test set-up for the ACbreakdown tests

50 Hz AC Voltage Investigation

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12 14Gap (in mm)

Bre

akdo

wn

Vol

tage

(in

kV)

Mineral Oil Ester Fluid

Figure 8 Results of the AC breakdown tests

- 12 -

M. Sc. Mohsen Farahani

Alterungszustandsbeurteilung der Isolierung von rotierendenHochspannungsmaschinen durch Teilentladungs- und Verlustfaktormessung

Für die Diagnose der Isolierungen von Ständerwicklungen rotierender Hochspannungs-maschinen haben Analysen der Teilentladungs-(TE) Aktivitäten und der dielektrischenVerluste eine besondere Bedeutung. Eine wichtige Frage für die Entwicklung undVerwendung der Diagnoseverfahren ist, wie Defekte in den Isolationssystemen auftreten undsich mit der Zeit entwickeln. Dazu wurden vielfache Untersuchungen bezüglichAlterungsmechanismen und Modellierung der Lebensdauer von Isolationssystemedurchgeführt. Eine direkte Beurteilung des zu erwartenden Betriebsverhaltens ist nur unterVersuchsbedingungen möglich, die möglichst gut den Betriebsbedingungen entsprechen, abergegenüber dem Normalbetrieb so verschärft sind, dass in relativ kurzer Zeit mitVersuchsergebnissen gerechnet werden kann.

Um die Alterungsprozess, die sich während des Maschinenlebens infolge der Ein- undAusschaltung oder der Laständerungen ereignen, nachzubilden, wurde ein thermo-mechanisches Alterungsprogramm an Maschinenstäbe mit einer Nennspannung von 10kVdurchgeführt. Die Isolierung wird wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-koeffizienten der Materialien und der unterschiedlichen örtlichen und zeitlichenTemperaturänderungen der Teile thermo-mechanisch beansprucht und gealtert.

Das beschleunigte thermo-mechanischeAlterungsprogramm umfasste zahlreicheStromaufheizungs- und aktiveAbkühlungszyklen. Wie in Bild 1gezeigt, wurde der Prüfling währendjedes Alterungszyklus durch einen Stromin 30 Minuten von Raumtemperatur auf155°C aufgeheizt und danach durcheinen Ventilator in 30 Minuten aufRaumtemperatur abgekühlt. Nachjeweils 100 Zyklen wurden Teilent-ladungs- und Verlustfaktormessungendurchgeführt. Die Stäbe befanden sichwährend des Alterungsprozesses und derMessungen in einem entwickeltenStatornutmodell.

Die Änderung der TE-Pattern mit der Entwicklung der Alterungserscheinungen ist in Bild 2dargestellt. Diese Untersuchungen bestätigen die Empfindlichkeit der TE-Pattern auf dieÄnderungen in der Isolierung infolge der thermo-mechanischen Beanspruchung.

Die Verlustfaktormessergebnisse im Laufe der thermo-mechanischen Alterung beiunterschiedlichen Messspannungen sind in Bild 3 dargestellt. Aus diesem Bild wird deutlich,dass die thermo-mechanische Alterung eine Zunahme des Verlustfaktors verursacht, diezusätzlich auch spannungsabhängig ist. Mit der Berechnung der Differenz der Verlustfaktoren∆tan δ über der Spannungen, wie in Bild 4 präsentiert, können die Änderungen im Lauf derAlterung besser dargestellt werden.

0

30

60

90

120

150

0 30 60 90 120 150 180 210Zeit (min.)

Tem

pera

tur (

°C)

Bild 1 Thermo-mechanisches Alterungsprogramm

…

- 13 -

0

5

10

15

20

25

30

35

40

2 4 6 8 10 12Spannung (KV)

tan δ

x10

-3

neunach Zyklus Nr. 500nach Zyklus Nr. 1100nach Zyklus Nr. 2500nach Zyklus Nr. 3000nach Zyklus Nr. 4000nach Zyklus Nr. 5000

Bild 3 Änderung des Verlustfaktors über der Spannungim Verlauf des Alterungsprozesses ( RT)

0

1

2

3

4

5

6

7

0 500 1000 1500 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Ageing Cycle Nr.

D1

D2

Bild 4 Inkreamental Änderung der tan δ über derSpannungen mit dem Alterungsprozess( RT)

N

NN

N

NN

U

UU

U

UU

2.0

2.00.12

2.0

2.06.01

tantantan

tantantan

δδδ

δδδ

−=∆

−=∆

Bild 2 Änderung der TE-Patterninfolge thermo-mechanischerAlterung (10 kV, RT)

neu

nach Zyklus Nr. 1500

nach Zyklus Nr. 5000

nach Zyklus Nr. 3000

nach Zyklus Nr.

2

1

∆∆

- 14 -

Eine weiteres durchgeführtes Alterungsprogramm an Maschinenstäbe betrifft die thermo-mechanische und elektrische Alterung, bei der eine elektrische Beanspruchung von 15kV(8,3kV/mm) zur bereits vorgestellten thermo-mechanischen Alterungsprogramm addiertwurde. Die Messergebnisse der TE- und Verlustfaktormessung über der Spannung sind in denBildern 5 und 6 dargestellt.

Wegen der thermo-mechanischen und elektrischenBeanspruchngen wurde ein Durchschlag innerhalbdes Prüflings während des Zyklus Nr. 1260beobachtet. Die letzte TE- undVerlustfaktormessung wurden nach Zyklus Nr.1250 durchgeführt. Obwohl die Messergebnissedie Empfindlichkeit der TE-Pattern undVerlustfaktor über der Spannung auf Änderungenin der Isolierung infolge der thermo-mechanischenund elektrischen Beanspruchungen bestätigen,konnte aber eine Messung 10 Zyklen vor demDurchschlag noch keinen eindeutigen Hinweis aufdas bevorstehende Lebensende desIsolationssystemes liefern.

Bild 7 zeigt die Messergebnisse des Verlustfaktors(tanδ(ω)) über einen Frequenzbereich von 0.1mHz bis 1kHz, der bei Raumtemperatur und einerMessspannung von 200V (Peak) ermittelt wurden.Die Unterschiede zwischen den Kurven von neuenund 250 Zyklen gealterten Stäben wurde durch dieFeuchtigkeitsabnahme und die Aushärtung derIsolierung verursacht. In diesem Fall ist bei denMessergebnissen des Verlustfaktors bei 50Hz(Bilder 3 und 6) eine Verschiebung derVerlustfaktorkurve bei allen Frequenzen inRichtung niedriger Verluste zu sehen. DerVerlustfaktor wurde auch 10 Zyklen vor demDurchschlag der Isolierung gemessen. DieMessergebnisse bestätigen die Empfindlichkeitdieses Messverfahrens auf die Änderungen in derIsolierung infolge der thermo-mechanischen undelektrischen Beanspruchungen, was sich bei denTE- und Verlustfaktormessungen über derSpannung nicht so deutlich gezeigt hat. Ausdiesem Bild ist aber auch zu erkennen, dass dieMessungen im niedrigen Frequenzbereich für dieBeurteilung des Alterungszustandes der Isolierunggroße Bedeutung .

Bild 5 Änderung der TE-Pattern infolge thermo-mechanischer und elektrischer Alterung(10 kV, RT)

neu

nach Zyklus Nr. 750

nach Zyklus Nr. 1250

nach Zyklus Nr. 1000

nach Zyklus Nr.

- 15 -

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2 4 6 8 10 12Spannung (kV)

tan δ

x10-

3

neunach Zyklus Nr. 200 nach Zyklus Nr. 650 nach Zyklus Nr. 1050 nach Zyklus Nr. 1250

Bild 6 Änderung des Verlustfaktors überder Spannung

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

1E-04 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000Frequenz (Hz)

tan δ

neunach Zyklus Nr. 250nach Zyklus Nr. 1250

Bild 7 Änderung des Verlustfaktors über derFrequenz (tan δ(ω)) ( RT, 200V (Peak))

- 16 -

Dipl.-Ing. K. Hackemack

Filterverfahren zur automatisierten Auswertung von Blitzstoßspannungsprüfungen

Beim Einsatz digitaler Messtechnik zur Durchführung und zur automatisierten Auswertungvon Blitzstoßspannungsprüfungen sind neue Auswertungsmethoden erforderlich, da die inden derzeitigen Normen (IEC 60060-1 bzw. VDE 0432-1) diesbezüglich enthaltenen Regelnauf den Erfordernissen analoger Messtechnik basieren. Die derzeitigen Vorschriften lassensich teilweise nicht zuverlässig in automatisierte Algorithmen umsetzen, so dass dieErgebnisse insbesondere beim Auftreten von Oszillationen im Bereich desSpannungsmaximums nicht vergleichbar sind. Zur Lösung des Problems wurde einEuropäisches Forschungsprojekt gestartet, um mit Hilfe von experimentellen Messreihen denphysikalischen Einfluss überlagerter Oszillationen auf die Blitzstoßdurchschlagspannung zuuntersuchen, und um darauf aufbauend alternative Verfahren zur automatisierten Auswertungdigital erfasster Blitzstoßspannungsimpulse vorzuschlagen.

Ausgehend von den experimentellen Ergebnissen lässt sich der Einfluss von Oszillationen, diedem Blitzstoßspannungsimpuls im Bereich des Scheitelwertes überlagert sind,folgendermaßen zusammenfassen:- Oszillationen mit niedrigen Frequenzen haben einen starken Einfluss auf den Wert der

Durchschlagspannung- Oszillationen mit hohen Frequenzen haben nahezu keinen Einfluss auf den Wert der

Durchschlagspannung- Für dazwischen liegende Frequenzen sinkt der Einfluss der überlagerten Schwingung mit

steigender Frequenz kontinuierlich; eine sprunghafte Veränderung des Verhaltens bei500 kHz, wie es die derzeitigen Auswertungsregeln implizieren, gibt es jedoch nicht, sodass die existierende Fallunterscheidung für Frequenzen größer oder kleiner als 500 kHznicht genau dem physikalischen Verhalten entspricht.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde die Einführung eines frequenzabhängigen Aus-wertungsfaktors k vorgeschlagen, der den Einfluss der überlagerten Oszillation in Abhängig-keit von der Frequenz beschreibt und die derzeitigen Probleme mit der Fallunterscheidung bei500 kHz vermeidet. Die resultierende Prüfspannung lässt sich dann mit der folgendenGleichung berechnen:

UPrüf = Uextr -(1-k)∆U (1)

mit Uextr: höchste Amplitude des aufgezeichneten Blitzstoßimpulses∆U: Amplitude der überlagerten Oszillation bzw. Überschwingung

Die durchgezogene Linie in Bild 1 zeigtden frequenzabhängigen Verlauf desFaktors k unter Berücksichtigung derexperimentellen Messergebnisse. Glei-chung 1 entspricht auch den derzeitigenAuswertungsregeln, wenn für den Faktork der in Bild 1 gestrichelt dargestellteVerlauf verwendet wird. Diese Sprung-funktion bei 500 kHz kann nach denderzeitigen Auswertungsregeln jedoch zueiner Unstetigkeit in der ausgewertetenPrüfspannung führen, wenn die Frequenz der überlagerten Oszillation während einer Mess-reihe um die 500-kHz-Grenze schwankt. Dies kann unter Umständen Diskussionen zwischenden an der Prüfung beteiligten Parteien verursachen. Durch Verwendung des neuen k-Faktor-

Bild 1 Auswertungsfaktor k in Abhängigkeit von derFrequenz der überlagerten Frequenz

f

0

0,5

1

100 1000 10000

0,5

kHz

k aktuelle IEC 60060-1

neuer Vorschlag

- 17 -

Vorschlags, welcher die physikalischen Einflüsse der Oszillationen berücksichtigt, kann dasProblem der schwankenden Prüfspannung verhindert und die Reproduzierbarkeit vonBlitzstoßspannungsprüfungen erhöht werden.

Für die Auswertung mithilfe der Gleichung 1 ist zwar weiterhin die Ermittlung der Amplitudeund der Frequenz der überlagerten Oszillation erforderlich. Durch die Vermeidung derSprungstelle bei 500 kHz und durch die kontinuierlich abfallende k-Faktor-Funktion hat dieGenauigkeit der Frequenzbestimmung jedoch nur noch einen untergeordneten Einfluss aufden errechneten Wert der Prüfspannung. Für die Ermittlung der Prüfspannung gemäßGleichung 1 können daher folgende Verfahren benutzt werden:

- Auswertung mit Hilfe einer mittleren, doppelt-exponentiellen Kurve (DE)- Annäherung des Rückens durch eine einfach-exponentielle Funktion (EE)- Globale Filterung des erfassten Impulses mit Hilfe eines digitalen Filters, welches die

Frequenzabhängigkeit des Faktors k berücksichtigt.

Das Verfahren der globalen Filterung hat den Vorteil, dass eine Berechnung einer mittlerenKurve nicht mehr erforderlich ist. Bezüglich der Einführung neuer Auswertungsverfahrensollten in zukünftigen Normen lediglich Parameter und Grenzen anstatt von detailliertenVerfahren und Algorithmen festgelegt werden. Hinsichtlich des Verfahrens der globalenFilterung ist daher zu zeigen, dass die Definition exakter Filterverfahren und -koeffizientennicht erforderlich ist, und dass es genügt, lediglich den Verlauf der k-Faktor-Funktion und dieAuswertungsgrenzen festzulegen.

Im Folgenden wurden daher verschiedene FIR-Filter getestet, deren Übertragungsfunktion andie k-Faktor-Funktion angepasst wurde. Dabei wurde u. a. die Filterlänge bzw. die Anzahl derFilterkoeffizienten variiert, um den Einfluss auf das Auswertungsergebnis zu vergleichen.Eine Möglichkeit zum Adaptieren des gewünschten Übertragungsverhaltens besteht in der

Verwendung des so ge-nannten Parks-McClellan-Algorithmus zur Berech-nung von FIR-Filtern. InBild 2 sind auf diese Weiseberechnete Übertragungs-funktionen für verschiedeneFilterlängen n dargestellt.Es ist zu erkennen, dass dieÜbereinstimmung zwischender gewünschten Kennliniegemäß Bild 1 und derrealisierten Filterfunktionumso besser ist, je höherdie Anzahl der Koeffizi-enten gewählt wird. ZumVergleich der realisiertenFIR-Filter wurden die Filter

mit Beispielimpulsen aus dem IEC-Testdatengenerator (IEC 60183-2) getestet undverglichen. Tabelle 1 zeigt die ermittelten Werte der Prüfspannung für verschiedeneFilterlängen. Zur Berechnung der Fehler wurde die Bezugsspannung UBezug mit Hilfe einerdoppelt-exponentiellen Kurve (DE) unter Verwendung der Gleichung 1 ermittelt. DerVergleich der verschiedenen Filter zeigt, dass für alle Filter der Fehler unterhalb von 2 %liegt. Hinsichtlich der Filterlänge n ist zu beobachten, dass die Prüfspannung bei niedrigen

Bild 2 Frequenzgang der nach dem Samplingverfahren imple-mentierten FIR-Filter für verschiedene Filterlängen n

1

0,8

0,6

100 1000 10000 50000

0,4

0,2

0

0,9

100 400

fkHz

|H(f)|

100 1000 50000

1,0n = 4096

n = 1024

n = 256

n = 512

- 18 -

Filterlängen tendenzi-ell zu klein aus-gewertet wird, da dierealisierte Übertra-gungsfunktion beikleinen Filterlängenunterhalb der ange-strebten Funktionliegt. Bei höherenFilterlängen wird diePrüfspannung teil-weise etwas zu hochausgewertet. Hier istbei einigen Impulsenim gefilterten Impulsein leichtes Über-schwingen zu erken-nen, welches mit demGibbs-Effekt erklärt werden kann. Unter Beachtung dieses Verhaltens ergibt sich für die hiereingesetzten Filter eine optimale Länge von n = 1024 Koeffizienten. Die Realisierung vonFIR-Filter mithilfe des Samplingverfahrens führte zu ähnlichen Ergebnissen, so dass fürzukünftige Normen die Festlegung der Funktion k(f) hinreichend und eine Definition vonexakten Filteralgorithmen bzw. Filterkoeffizienten nicht erforderlich ist. Das Verfahren derglobalen Filterung kann ebenfalls direkt im Frequenzbereich angewendet werden, indem dasfouriertransformierte Signal im Frequenzbereich mit der k-Funktion multipliziert undanschließend mit einer inversen Fouriertransformation (FFT) zurücktransformiert wird.Tabelle 2 enthält nach verschiedenen k-Faktor-Verfahren ausgewertete Prüfspannungen amBeispiel ausgewählter Musterimpulse des IEC-Testdatengenerators. Ein Vergleich derangewendeten Auswertungsverfahren zeigt, dass alle Methoden zu vergleichbaren undreproduzierbaren Ergebnissen führen. Auch ist zu erkennen, dass die frequenzabhängigeDefinition der k-Faktor-Funktion hinreichend ist und dass es nicht erforderlich ist, exakteAlgorithmen zur Auswertung mit Hilfe der k-Faktor-Methode in zukünftigen Normen festzu-

legen. Einige der beschrie-benen Verfahren ermöglichensowohl eine manuelle als aucheine automatisierte Auswer-tung. Der Anwender kannsomit unterschiedliche Metho-den auswählen, die zuvergleichbaren Ergebnissenführen, so dass die k-Faktor-Methode zu einerVerbesserung der Repro-duzierbarkeit und auch derVergleichbarkeit von Blitz-stoßspannungsprüfungen führt.

n = 256 n = 512 n = 1024 n = 2048 n = 4096UBezug

[kV]

case 1 10500 %

10540.4 %

10651.4 %

10681.7 %

10681.7 % 1050

case 8 1036-0.7 %

1041-0.2 %

10500.7 %

10520.9 %

10531.0 % 1043

case 9 990-1.8 %

995-1.3 %

1007-0.1 %

10110.3 %

10130.5 % 1008

case 11 951-1 %

956-0.4 %

9650.5 %

9670.7 %

9680.8 % 960

case 13 -1044-0.9 %

-1047-0.7 %

-1050-0.4 %

-1050-0.4 %

-1050-0.4 % -1054

case14 -1024-0.9 %

-1029-0.4 %

-10360.3 %

-10380.5 %

-10380.5 % -1033

Tabelle 1 Ermittelte Prüfspannungen als Funktion von der Filterlänge nfür die mit dem Parks-McClellan-Verfahren erstellten FIR-Filter

DE-Funktion

UBezug

[kV]

FFT-Filter[kV]

FIR-Filter[kV]

EE-Funktion

[kV]

IEC60183-2(TDG)[kV]

case 8 1043 10510.8 %

10490.6 %

10490.6 %

10500.7 %

case 9 1008 10110.3 %

10100.2 %

10110.3 %

975-3.3 %

case 11 960 9650.5 %

9640.4 %

9600 %

9501 %

case 13 -1054 -1049-0.5 %

-1046-0.8 %

-10570.3 %

-10701.5 %

case 14 -1033 -10360.3 %

-10350.2 %

-10380.6 %

-960-7.1 %

Tabelle 2 Ermittelte Prüfspannungen in Abhängigkeit von derAuswertungsmethode

- 19 -

Dipl.-Ing. R. Kotte

Zur thermischen Wechselbeständigkeit von Reaktionsharzformstoffen

In der Hochspannungstechnik genutzte Reaktionsharzformstoffe zeichnen sich durch einfacheVerarbeitbarkeit, gute elektrische und mechanische Eigenschaften sowie gute thermische undchemische Beständigkeit aus. Diese Eigenschaften werden durch die verschiedenen Kompo-nenten des Formstoffs stark beeinflusst, so dass für die jeweiligen Einsatzbedingungen opti-mierte Harzformulierungen gefunden werden können. Eine entscheidende Rolle hinsichtlichdes Betriebsverhaltens von Reaktionsharzformstoffen spielen thermische Beanspruchungen.Diese führen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Formstoff und um-gossenen Leitermaterialien zu inneren mechanischen Spannungen, welche insbesondere anden Grenzflächen des Systems, wie z. B. zwischen Dielektrikum und Leitermaterial oder auchzwischen Füllstoff und Harzmatrix, Ablösungserscheinungen oder Rissbildung im Isolierstoffnach sich ziehen können. Derartige Fehlstellen bilden wiederum mögliche Quellen für Teil-entladungen(TE), welche Ursache einer Degradation sowie einer vorzeitigen Alterung desMaterials sein können. Eine genauere Kenntnis bezüglich der Formulierung eines Formstoffsund seiner Rissbeständigkeit kann dazu beitragen, die Lebenserwartung einer Gießharzisola-tion nachhaltig zu erhöhen.

Zu diesem Zweck wurden Untersuchungen zum TE-Verhalten von sechs verschiedenen Reak-tionsharzformstoffen vor und nach thermischen Wechselbeanspruchungen durchgeführt. DieZusammensetzung dieser Formstoffe ist Tabelle 1 zu entnehmen. Die Versuche wurden mitHilfe von Nadel-Platte-Probekörpern re-alisiert, bei denen die verwendetenWolfram-Nadelelektroden einen Spit-zenradius von 2 µm aufwiesen und dieSchlagweite 2 mm betrug. Zunächstwurden die noch ungealterten Prüflingeim Ramp-Test mit Hilfe eines schmal-bandigen TE-Messsystems hinsichtlichihrer TE-Einsetzspannung untersucht.Diese war erreicht, sobald TE mit einemLadungsinhalt ≥ 1 pC auftraten. An-schließend fand bei einer Beanspru-chungsspannung, die ca. 25 % oberhalbder mittleren TE-Einsetzspannung desjeweiligen Materials lag, eine einminüti-ge TE-Messung statt. Vor dem darauf folgenden Messdurchgang durchliefen sämtliche Form-stoffe mehrere Temperaturwechselzyklen, indem sie zunächst auf -30 °C herabgekühlt undanschließend in einem vorgeheizten Wärmeschrank schnell auf eine Temperatur aufgeheiztwurden, die ca. 10 % oberhalb ihrer Glasumwandlungstemperatur (TG) und maximal bei180 °C (Temperaturklasse H) lag. Die TE-Einsetzspannungen sowie die TE-Charakteristikender Nadel-Platte-Proben wurde vor und nach 3, 6, 9 und 12 thermischen Wechselbeanspru-chungszyklen erfasst. Um zu sehen, ob die beobachteten Veränderungen des TE-Verhaltensder Formstoffe dauerhaft waren oder ob es sich nur um temporäre Erscheinungen handelte,erfolgte frühestens 220 Tage nach den letzten Untersuchungen ein weiterer Messdurchgang,wobei die Prüflinge in der Zwischenzeit nicht beansprucht, sondern lediglich lichtgeschütztbei Raumtemperatur gelagert wurden.

In Bild 2 sind die arithmetischen Mittelwerte der TE-Einsetzspannungen der sechs Formstoffein Abhängigkeit von der Anzahl der thermischen Wechselbeanspruchungszyklen dargestellt.Dem Abszissenwert 12a sind dabei die Werte zugeordnet, die nach der Ruhephase der Prüf-

Harzsystem Füllstoff Vol.-%Epoxidharzsystem

1 Quarzmehl 452

Aralditsilanisiertes Wollastonit 42

3 Quarzmehl 454

Rütapoxsilanisiertes Wollastonit 42

epoxidmodifiziertes Isocyanatsystem5 Quarzmehl 456

Blendursilanisiertes Wollastonit 42

Tabelle 1 Zusammensetzung der untersuchtenReaktionsharzformstoffe

- 20 -

linge gemessen wurden. Anhand der Diagramme ist zu erkennen, dass für alle Formstoffe mitden ersten drei Wechselbeanspruchungen ein mehr oder weniger deutlicher Rückgang der TE-Einsetzspannungen zu verzeichnen ist. Spätestens nach dem sechsten Temperzyklus bleibensie dann nahezu konstant und zeigen auch nach der Ruhephase der Proben keine signifikantenVeränderung. Offensichtlich werden bereits durch die ersten drei thermischen bzw. mechani-schen Beanspruchungen innerhalb der Probekörper diejenigen Fehlstellen erzeugt, welche dieTE-Festigkeit determinieren, so dass eine weitere mögliche Materialschädigung durch die fol-genden Beanspruchungen keine weiteren, mit Hilfe der TE-Einsetzspannungsbestimmungdetektierbaren Auswirkungen haben. Darüber hinaus ist den Diagrammen in Bild 2 zu entneh-men, dass die TE-Festigkeit vor allem im Neuzustand der Materialien in erster Linie vom ver-wendeten Harzsystem und weniger vom Füllstoff abhängig sind. Auf einem Harzsystembasierende Formstoffe zeigen nahezu identische Kurvenverläufe, wobei die Rütapox-Systemevor allem im Neuzustand die weitaus höchsten und die Blendur-Formstoffe stets die niedrig-sten Einsetzspannungen aufweisen.

Weitere Information zur Entwicklung des TE-Verhaltens bei fortdauernden thermischenWechselbeanspruchungen kann den so genannten Ladungsamplituden/Phasenverteilungenentnommen werden, wie sie in Bild 3 zu sehen sind. In diesen Diagrammen ist jede Teilentla-dung mit ihrem scheinbaren Ladungsinhalt und ihrer Phasenlage zur Beanspruchungsspan-nung mit einem Punkt gekennzeichnet. Je dunkler der Punkt, desto häufiger trat an dieser Po-sition ein Impuls auf. Wie bereits die Ergebnisse der TE-Einsetzspannungsuntersuchungengezeigt haben, geht vom verwendeten Füllstoff ein deutlich geringerer Einfluss aus, als vomverwendeten Harzsystem. Daher sind in Bild 3 exemplarisch für beide Araldit-Formstoffe diean einem mit Quarzmehl gefüllten Prüfling ermittelten Resultate dargestellt. Anhand der Dia-gramme werden nun verschiedene Effekte deutlich. So nehmen die Häufigkeit und der mitt-lere scheinbare Ladungsinhalt der TE-Impulse kontinuierlich mit steigender Anzahl der Tem-perzyklen zu, was aus den größer und dunkler werdenden Entladungswolken hervorgeht. Erstnach der Ruhephase der Probekörper nimmt insbesondere die Häufigkeit der aufgenommenenEntladungen wieder ab. Hieraus lässt sich ableiten, dass durch die wiederholten thermischbedingten mechanischen Wechselbeanspruchungen Risse oder allgemein Fehlstellen in zu-nehmender Anzahl innerhalb des Formstoffs im Hochfeldbereich erzeugt werden, was sichfolgerichtig in einer Zunahme der Impulsanzahl äußert. Zudem ist anzunehmen, dass sichbereits vorhandene Fehlstellen bezüglich ihrer Abmessungen ausdehnen und somit unter Be-rücksichtigung des kapazitiven Ersatzschaltbilds eines fehlstellenbehafteten Dielektrikumsauch ladungsintensivere TE-Impulse zu erwarten sind. Die Verringerung der TE-Aktivitätnach der Ruhephase der Prüflinge kann zwei Ursachen haben. So ist denkbar, dass währendder Probenherstellung innerhalb des Formstoffs eingefrorene mechanische Verspannungen im

0 3 6 9 12 12a0

5

10

15

kV

25

UTE

Araldit-Harzsystem

ntW

QuarzmehlWollastonit

0 3 6 9 12 12antW

Rütapox-Harzsystem

0 3 6 9 12 12antW

Blendur-Harzsystem

Bild 2 TE-Einsetzspannung von sechs Reaktionsharzformstoffen in Abhängigkeit von derAnzahl der thermischen Wechselbeanspruchungen

- 21 -

Laufe der Zeit eine Veränderung der Materialstruktur bewirken, mit der Folge, dass zuvor,durch die Wechselbeanspruchungen entstandene Risse wieder „zusammengedrückt“ werdenAls zweite Möglichkeit ist Feuchtigkeit zu nennen, die während der Lagerung in das Materialeindiffundiert, so dass Teile der Rissstrukturen leitfähig werden und hier keine TE mehr zün-den können.

Derartige Beobachtungen konnten für die Mehrzahl der Nadel-Platte-Prüflinge der beidenRütapox-Formstoffe nicht gemacht werden, da hier ein anderer Effekt zum Tragen kam. Auf-grund der hohen TE-Resistenz dieser Materialien im Neuzustand, fanden gemäß der eingangsvorgestellten Versuchsparameter die weiteren TE-Messungen auch bei einer hohen Beanspru-chungsspannung statt. Diese lag nach den ersten drei Temperzyklen wegen des deutlichenRückgangs der TE-Festigkeit signifikant oberhalb der nun gemessenen Einsetzspannungender Proben. Als Folge davon stellte sich bei beiden Rütapox-Formstoffen zumeist eineLadungsamplituden/Zeit-Verteilung ein, wie sie exemplarisch in Bild 4 dargestellt ist. In dem

Diagramm ist zusätzlich der Verlauf derPrüfspannung eingetragen und es wird deut-lich, dass mit steigender Beanspruchung zu-nächst die TE-Einsetzspannung und spätereine Art TE-Aussetzspannung erreicht wird,oberhalb der nur noch vereinzelte Impulse mithohem Ladungsinhalt auftreten. DiesesPhänomen kann mit dem Gasdruck erklärtwerden, der innerhalb der als TE-Quellewirkenden Fehlstelle herrscht. Durchteilentladungsbedingte Zersetzungsproduktekann dieser Druck signifikant ansteigen, wasnach dem Paschengesetz in einer höherenDurchschlagfestigkeit der Fehlstelle resultiert.Folglich wird bei weniger Gaseinschlüssendie Zündspannung erreicht, als noch zu

Bild 3 Ladungsamplituden/Phasen-Verteilungen des mit Quarzmehl gefüllten Araldit-Formstoffs vor und nach thermischen Wechselbeanspruchungen

Bild 4 Ladungsamplituden/Zeit-Verteilungund Verlauf der Beanspruchungs-spannung des mit Quarzmehl gefüll-ten Rütapox-Formstoffs

3

9

0

12

6

12a

- 22 -

Beginn der Messung, was in der beobachteten Zunahme der TE-Einsetzspannung desMaterials und der deutlichen Reduzierung der Impulsanzahl resultieren kann.

Die epoxidmodifizierten Isocyanatsysteme zeichnen sich durch eine hohe Glasumwandlungs-temperatur (TG) aus, die mit ca. 300 °C etwa dreimal so groß ist, wie die der beiden aufEpoxidharzen basierenden Systeme (Araldit: ca. 115 °C, Rütapox: ca. 85 °C). Daher wurdefür die Blendur-Systeme bei der thermischen Wechselbeanspruchungen die maximale Tempe-ratur zu 180 °C festgelegt. Sie überstieg damit nicht die TG dieser Formstoffe, wie bei denbeiden zuvor behandelten Materialgruppen. Als Vertreter der Blendur-Systeme sind in Bild 5die Ladungsamplituden/Phasen-Verteilungen eines quarzmehlgefüllten Prüflings dargestellt.Hierbei wird deutlich, dass eine Zunahme der Impulsanzahl und insbesondere der Ladungs-inhalte, also eine Vergrößerung der Entladungswolken, relativ zu den Araldit-Formstoffenweniger deutlich und lediglich bis zum sechsten Temperzyklus zu verzeichnen ist. Die darauf-folgenden thermischen Wechselbeanspruchungen üben keinen weiteren signifikanten Einflussaus, bis nach der Ruhephase der Proben die TE-Aktivität wieder nachlässt. Offensichtlich ist

die Zunahme der Rissstrukturen innerhalb der Blendur-Systeme weniger stark ausgeprägt, alsbei den Araldit-Formstoffen, was mit der geringeren relativen Beanspruchung der Isocyanat-systeme bei den Temperzyklen oder mit der hohen thermischen Stabilität dieser Isolierstoffeerklärt werden kann. In diesem Zusammenhang ist weiterhin festzustellen, dass die TE beiden Blendur-Formstoffen außer im Neuzustand des Materials stets kleinere Ladungsinhalteaufweisen als bei den Araldit-Systemen. Dies ist ebenfalls als Indiz für eine weniger starkausgeprägte Materialschädigung der epoxidharzmodifizierten Isocyantsysteme anzusehen.Abschließend ist mit Blick auf die Diagramme in Bild 5 noch der bei einigen Messungendeutlich werdende Polaritätseffekt zu nennen. So wurden z. B. im Neuzustand des Prüflingsoder auch nach seiner Ruhephase deutlich mehr positive als negative Entladungen erfasst.Ursächlich hierfür können ortsfeste negative Raumladungen sein, die sich im Hochfeldbereichvor der Spitzenelektrode aufbauen. Diese hätten eine signifikante Feldüberhöhung in der posi-tiven und eine verminderte Feldstärke in der negativen Spannungshalbwelle zur Folge, mitdem Resultat, dass je nach Polarität der Beanspruchungsspannung bei mehr oder wenigerpotenziellen TE-Quellen die Zündspannung erreicht wird.

Bild 5 Ladungsamplituden/Phasen-Verteilungen des mit Quarzmehl gefüllten Blendur-Formstoffs vor und nach thermischen Wechselbeanspruchungen

3

9

0

12

6

12a

- 23 -

Dipl.-Ing. M. Reuter

Erfassung des Alterungszustandes von VPE-Isolierungen für Hochspannungskabel

Polymerisolierte Kabel aus vernetztem Polyethylen (VPE) werden heutzutage in allen Span-nungsebenen der Kabelnetze von Energieversorgungssystemen eingesetzt. Verantwortlichdafür sind vornehmlich die guten dielektrischen und thermischen Eigenschaften, die relativeinfache Herstellung sowie Installation und darüber hinaus die weitgehende Wartungsfreiheitdieser Systeme. Fertigungstechnische Qualitätsmerkmale wie Dreifachextrusion von Isolier-und Leitschichten sowie die Optimierung der Werkstoffgüte und der Aufbaukonstruktionen -insbesondere gegenüber schädigenden Umwelteinflüssen - ermöglichen inzwischen eine hoheAlterungsstabilität der Kabel. Während des Betriebes unterliegen einwandfrei gefertigte,fachgerecht verlegte und entsprechend gegenüber Umwelteinflüssen konstruktiv geschützteKabelsysteme elektrischen und thermischen Beanspruchungen.

Vor diesem Hintergrund wurde ein Laboralterungsprogramm an Kabelproben mit vollständi-gem Aufbau durchgeführt , wobei als wesentliche Parameter die elektrische Feldstärke, dieLeitertemperatur und die Alterungsdauer variiert wurden. Für die experimentellen Untersu-chungen wurde ein in Anlehnung an VDE 0276-620gefertigtes Modellkabel (6/10 kV) verwendet, dasshinsichtlich der verwendeten Werkstoffgüte demAnwendungsbereich für Hochspannung zugeordnetwerden kann. Das Modellkabel wurde gegenüber realenHochspannungskabeln mit reduzierten Dimensionengefertigt und ist in Bild 1 schematisch dargestellt. DieEinstellung der verschiedenen Leitertemperaturen wurdedurch induktive Erwärmung der Kabelprüflinge unterVerwendung von Ringkernstromwandlern realisiert.Dazu wurde zu Beginn der Untersuchungen an einerReferenzprobe eine Kalibrierkurve zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen Leitertem-peratur des Prüflings und einzuprägendem Heizstrom ermittelt. Die Beaufschlagung der Pro-benkollektive mit unterschiedlichen elektrischen Feldstärken erfolgte sowohl mit Silikonauf-schiebeendverschlüssen als auch unter Einsatz eines Wasserendverschlußsystems zur resisti-ven Feldsteuerung bei Netzfrequenz. Die Prüflingskapazität betrug dabei etwa 540 pF. InTabelle 1 sind die wesentlichen Parameterbereiche des Laboralterungsprogramms aufgeführt.

Bereich

Alterungsparameter ohne Feldsteuerung Silikonaufschiebe-endverschluss Wasserendverschluss

elektrische Feldstärke [kV/mm] 0 max. 13,1 max. 48,8Leitertemperatur [°C] 50...130 20...130 20...110Dauer [h] 100...2000 max. 8764 max. 100

Tabelle 1 Übersicht der wesentlichen Bereiche der Alterungsparameterkombinationen

Einige Ergebnisse über Untersuchungen zur Erfassung des Alterungszustandes von VPE-Iso-lierungen für Hochspannungskabel werden exemplarisch vorgestellt. Es wurden zwei Prüfver-fahren angewendet, indem an jeweils einem Teilkollektiv der unterschiedlichen Alterungspa-rameterkombinationen mit Silikonaufschiebeendverschlüssen nach einer maximalen Bean-spruchungsdauer von 5000 h eine zerstörende Restfestigkeitsbestimmung mit netzfrequenterWechselspannung in Anlehnung an den FGH-Stufentest durchgeführt wurde und an dementsprechend anderen Kollektivteil nichtzerstörende isotherme Depolarisationsstrommes-sungen. Mit diesen beiden Methoden kann eine Isolationscharakterisierung integral sowiedifferential erfolgen. Zur Durchführung der isothermen Depolarisationsstrommessungen

19,5

18,3

12,8

11,7

2,8 Kupferleiter

VPE-Isolation

Bild 1 Verwendetes Modellkabel

- 24 -

wurde der in Bild 2 prinzipiell beschriebene Aufbau verwendet. Dabei wurde nach einerGleichspannungsformierung der Kabelprüflinge mit 1 kV sowie optional mit 3 kV für die

Dauer von 30 min und daran an-schließender Kurzschlusszeit von5 s der Entladestrom der Prüfka-pazität über 30 min aufgezeichnet.Alle Messungen wurden in einergeschirmten Versuchszelle miteinem durchschnittlichen Störpegelvon etwa 4 pA bei klimatischenUmgebungsbedingungen durch-geführt. Der Messablauf erfolgtevollautomatisch, so dass vergleich-bare Messzyklen realisiert werdenkonnten. Im Anschluss an die Rela-

xationsstrommessungen wurden die gene-rierten Messkurven geeignet weiter-verarbeitet, um charakteristische Kenn-größen zur Auswertung zu erhalten. Dazuwurden die im Zeitbereich ermitteltenMessdaten zunächst mit einem Ausreißer-test nach Nalimov bearbeitet und anschlie-ßend unter Verwendung von Gleichung (1)nach einer modifizierten Methode desSimulated Annealing angenähert.

( ) ∑=

τ−

⋅+=3

1i

t

i0.depolieaIti (1)

Ohne Einsatz von empirischen Startwertenwurde dabei durch Multistartvarianten mitZufallszahlen sowie deterministischer Ak-zeptanzfunktion eine iterative Prozedur zurBestimmung globaler Optima der Glei-chungsparameter implementiert. Die in denDiagrammen dargestellten Werte der Zeit-konstanten τ1...3 repräsentieren die Mittel-werte und Stichprobenstandardabwiechun-gen von jeweils 5 Auswertungsdurchgän-gen. In den Bildern 3 a) bis c) sind die er-mittelten Relaxationszeitkonstanten τ1...3von Kabelproben nach einer 5000 stündigenAlterung mit einer elektrischen Feldstärkevon 13,1 kV/mm und Temperaturen zwi-schen 20 und 130 °C dargestellt. Den Dia-grammen ist zu entnehmen, das die einge-zeichneten Ausgleichskurven der Zeitkon-stanten ansteigendes Verhalten mit zuneh-mender Temperatur aufweisen. Diese Ten-denz ist für die jeweiligen Zeitkonstanten unterschiedlich ausgeprägt, so dass vonverschiedenen Relaxationsmechanismen mit unterschiedlichem Temperaturverhalten auszu-

Kabel-probeUDC

RL

RK

RM

AMesswert-erfassungs-system

Bild 2 Prinzipieller Messaufbau zur Erfassung vonRelaxationsströmen

Bild 3 a) - c) Relaxationszeitkonstanten τ1...3nach einer 5000 h Alterung mit13,1 kV/mm und Temperaturenzwischen 20 und 130 °C

0

4

8

12

16

20EA = 13,1 kV/mmtA = 5000 h

0

20

40

60

80

100EA = 13,1 kV/mmtA = 5000 h

0 20 40 60 80 100 120 140

200

400

600

800

1000EA = 13,1 kV/mmtA = 5000 h

Temperatur / °C

τ 1 /

sτ 2

/ s

τ 3 /

s

a)

b)

c)

- 25 -

gehen ist. Als Ursache für diesen Temperatureinfluss auf die Amplituden der Relaxationszeit-konstanten können Konformationsbewegungen der amorph-kristallinen Interphase und damiterhöhte Mobilitäten der Polymerketten angeführt werden.

Bild 4 enthält Ergebnisse zum Einflussvon verschiedenen Feldstärke / Bean-spruchungsdauer- Kombinationen beieiner Alterungstemperatur von 20 °Cauf die Amplituden der Relaxations-zeitkonstanten τ1...3. Die Darstellungzeigt zunächst für die Zeitkonstantenτ1, 2 eine Amplitudenvergrößerung mitansteigenden Alterungsfeldstärken,wobei die Kombination mit relativhoher Beanspruchungsfeldstärke undvergleichsweise kurzer Alterungsdauerscheinbar energetisch tiefer gebundeneLadungsträger mit dem Messverfahrenzu detektieren vermag als eine im Ver-gleich dazu deutlich längere Einwir-kung einer wesentlich geringerenAlterungsfeldstärke auf den Isolier-stoff. Ein tendenziell anderer Trend

kann hingegen dem Amplitudenverhalten der Relaxationszeitkonstanten τ3 entnommen wer-den. Eine ausreichend hohe elektrische Feldstärke entsprechend dem allgemein diskutiertenSchwellwertbereich für den Einsatz von Alterungsmechanismen nach dem thermodynami-schen Ansatz über eine vergleichsweise lange Alterungszeit kann scheinbar dem isothermenMessverfahren Ladungsträger zugänglich machen, deren Relaxationszeitkonstanten größersind als die bei den zuvor beschriebenen Feldstärke / Beanspruchungsdauer-Kombinationen.

Neben den exemplarisch dargestellten Ergebnissen über zerstörungsfreie Untersuchungen zurErfassung des Einflusses verschiedener Alterungsparameterkombinationen entsprechendTabelle 1 auf alterungsrelevante Kenngrö-ßen zur Isolationscharakterisierung sind inBild 5 Resultate von materialzerstörendenRestfestigkeitsuntersuchungen an VPE-Modellkabelproben aufgetragen. Das Dia-gramm zeigt die Kennwerte einer zwei-parametrigen Weibullauswertung mit einerMaximum-Likelihood-Parameterabschät-zung samt 95-%-Vertrauensbereiche. DieKollektivgröße betrug dabei mindestens 5Proben. Aus der Darstellung geht hervor,dass mit zunehmender Alterungstempera-tur bei konstanter Beanspruchungsfeld-stärke- und dauer von 13,1 kV/mm sowie5000 h die elektrische Restfestigkeit derVPE-Modellkabel eine leicht abnehmendeTendenz aufweist. Die Festigkeitsreduk-tion beträgt dabei zwischen 20 und 130 °Cetwa 10 %.

13,1 36,4 45,51

10

100

1000

100008764 100 100

Zeit / h

τ i / s

EAlterung / (kV/mm)

τ1 τ2 τ3

Bild 4 Relaxationszeitkonstanten τ1...3 nachunterschiedlichen Alterungszeitenin Abhängigkeit von derAlterungsfeldstärke

20 °C

0 20 40 60 80 100 120 1400

15

30

45

60

75

E RF /

E0

Temperatur / °C

EA = 13,1 kV/mmtA = 5000 h

Bild 5 Auf die Betriebsfeldstärke E0bezogene Restfestigkeit ERF vonVPE-Modellkabelproben nach5000 h elektrisch-thermischerAlterung

Eo = 2,62 kV/mm

- 26 -

M. Sc. Amir Abbas Shayegani Akmal

Dielektrische Antwort als Parameter zur Bestimmung des Alterungszustandes vonfesten/flüssigen Isoliersystemen

Transformatoren sind eine der wichtigsten und kostenintensivsten Komponenten derelektrischen Energieversorgungsnetze. Eine Betrachtung der Alterstruktur derTransformatoren bei verschiedenen EVUs zeigt, dass viele der Transformatoren bereits vieleJahre in Betrieb sind. Da infolge der Deregulierung die Energieversorgungsunternehmen zurKostenersparnis gezwungen werden, erfordern die hohen Kosten für das BetriebsmittelTransformator und deren hohes Alter zunehmend Maßnahmen für Monitoring- und Diagnose.

Der Zustand des Papiers im flüssigen/festen Isoliersystem von Transformatoren kann miteiner dielektrische Antwortmessung erfasst werden, weil die Alterungsprozesse diemolekulare Struktur des Papiers beeinflussen und diese Änderungen einen Effekt auf diedielektrische Eigenschaften der Isolierung haben.

Die Erfassung der dielektrischen Antwort basiert auf unterschiedlichen Messverfahren imZeit- und Frequenzbereich. Bei der dielektrischen Spektroskopie im Zeitbereich werden dieWiederkehrspannung (RVM) und der Polarisation/Depolarisationsstrom (PDC) gemessen.Die dielektrische Spektroskopie im Frequenzbereich (FDS) wird mit der Verlustfaktor- undKapazitätsmessung in einem Frequenzbereich von mHz bis kHz durchgeführt. Alle erwähntenMethoden sind gleichwertig, da sie auf der selben physikalischen Grundlage basieren, indemsie die Leitung- und Polarisationserscheinung in den Isolierungen aufzeigen. Die aus denMessungen ermittelten quantitativen Parameter der PDC-Messung basieren auf derNachbildung des Verlaufes der Depolarisationsströme durch drei Exponentialfunktionen.

In den untersuchten Prüfsystemen wurde neues und gealtertes Öl in Verbindung mitPressspanplatten verwendet, wobei die Alterung bei einer Temperatur von 115°C erfolgte unddas Öl mit den Katalysatoren Kupfer und Eisen mit je 3 mg/l beaufschlagt war. DerWasserinhalt der Proben wurde variiert, um den Einfluss der Feuchte zu ermitteln. Tabelle 1zeigt die Eigenschaften der Prüflinge.

Prüfling Alterungszeit Wasser Index250 Stunden, 22ppm A500 Stunden, 12ppm B

1000 Stunden, 18ppm Cgealtert

2000 Stunden, 25ppm D- 12ppm 1- 15ppm 2- 24ppm 3

neu

- 26ppm 4

Tabelle 1: Eigenschaften der Prüflinge

- 27 -

Für die Ermittlung der Parameter der Exponentialfunktionen wird zuerst derDepolarisationsstrom in drei Dekaden aufgeteilt und zwar in die Dekaden von 10-100 s, 100-1000 s und 1000-10000 s. Dann wird jeder Teil mit einer Exponentialfunktion angenähert.Bild 1 zeigt das Ablaufdiagram der Methode.

Depolarisations-strom

Wahl der Dekade

Anpassung derExponentialfunktion

Grenzen ak ,τ k

[ ] kt

kdpol eai τ−

letzte Dekade

Parameter

NächsteDekade

Bild 1 Das Ablaufdiagramm der Depolarisationskurvenbestimmung

Für normalisierte Zeitkonstante können die Ergebnisse der unterschiedlichen Probenverglichen werden. Aus Bild 2 ist zu erkennen, dass die Zeitkonstante des mittlerenZeitbereiches für neue Prüflinge kleiner ist als die Zeitkonstanten des ersten und drittenZeitbereiches. Für gealterte Prüflinge hingegen ist die Zeitkonstante für den drittenZeitbereich kleiner als für die beiden anderen.

Normalisierte Zeitkonstante

0.00E+00

1.00E+00

2.00E+00

3.00E+00

4.00E+00

5.00E+00

6.00E+00

7.00E+00

A B C D 1 2 3 4Prüfling

Bild 2 Vergleich zwischen den Zeitkonstanten

- 28 -

Aus Bild 3 ist es zu erkennen, dass die Amplitude der Exponentialfunktion des mittlerenZeitbereiches deutlich die Alterung des Prüflings charakterisiert.

Amplitude des mittleren Zeitbereiches

0.00E+005.00E-111.00E-101.50E-102.00E-102.50E-103.00E-103.50E-104.00E-104.50E-105.00E-10

A B C D 1 2 3 4Prüfling

Bild 3 Amplitude der Exponentialfunktion des mittleren Zeitbereiches

Für etwa gleiche Feuchtigkeitsanteile der Prüflinge A und D für gealterte Prüflinge und 3 und4 für neue Prüflinge ist die Amplitude für den Prüfling D deutlich größer, so dass hier bereitseine Charakterisierung des Prüflings in Richtung Alterung erfolgen kann.

Es ist auch zu erkennen, dass Alterung und Feuchte einen Einfluss haben, so dass sorgfältigbei der Analyse darauf geachtet werden muss, ob die Feuchte durch eine mangelhafteBehandlung der Proben oder durch Aufnahme der Feuchte während des Betriebs durch äußereEinflüsse oder infolge von Alterungsprozessen erzeugt wurde.

- 29 -

Dipl.-Ing. V. Wasserberg

Untersuchungen über ein neues System zur Verlängerung der Lebensdauer von freiatmenden Transformatoren

In einem frei atmenden Transformator, wie er bislang schwerpunktmäßig in Deutschland ein-gesetzt wird, steht die flüssige Isolierung, die bei den allermeisten Transformatoren ausmineralischem Transformatorenöl besteht, systembedingt in direktem Kontakt mit dem Sauer-stoff der Umgebungsluft. Bei der Inhalation von Luft kann Wasser aus der Umgebung aufge-nommen werden, da insbesondere bei einer rapiden Abkühlung des Transformators zum Bei-spiel nach einer Abschaltung im Winter große Luftvolumina aufgenommen werden, die in derkurzen Zeitspanne, in der sie die Trockenvorlage passieren, nur unzureichend getrocknetwerden können. Aufgrund der dadurch verursachten Oxidation und Hydrolyse wird die Alte-rung der Isolierstoffe beschleunigt.

Eine neue Möglichkeit, den Anforderungen an reduzierte Oxidation und Hydrolyse, die zueiner Verlängerung der Lebensdauer führen, zu entsprechen ist auch am Betriebsorteinsetzbar, da sie nur unwesentliche Modifikationen der Transformatorkonstruktion erfordert.Grundidee ist die Installation einer flexiblen Membran über der Oberfläche des Ölstandes imAusgleichsbehälter, die eine Sperre gegen Sauerstoff darstellt und gleichzeitig Wasser aus derIsolierflüssigkeit entzieht. Ein Gas, dass diese Forderungen erfüllt, ist Kohlendioxid CO2, dasschwerer als Luft, inert, nicht giftig, preiswert und wasseradsorbierend ist.

Ein Konzept für die Anwendung eines CO2- Gaspolsters an einem atmendenLeistungstransformator ist schematisch im folgenden Bild 1 dargestellt. Das Gas aus einerDruckgasflasche wird mit einem Druck- und Durchflussminderer auf einen geringenGasstrom reduziert und in den Ausgleichsbehälter oberhalb des maximalen Ölstandeseingeblasen. Dort verdrängt es die Luft, nimmt Feuchtigkeit aus der Isolierflüssigkeit auf undverlässt den Transformator über das bereits bestehende, ursprünglich für die Verbindung des

Ausgleichsbehälter

Isolierflüssigkeit

CO2- ZuführungGasstrom Gasabfluß über

bestehendes Atemrohr

Bild 1 Schematische Darstellung des neuen Systems zur Reduktion der Pyrolyse undHydrolyse atmender Transformatoren mit Hilfe von Kohlendioxid CO2

- 30 -

Ausgleichsbehälters mit der Umgebungdienende Atemrohr. Wie sich bei denVersuchen zeigte, reicht bereits ein sehrgeringer Gasstrom aus, um denerwünschten Effekt der Alterungsreduktiondurch Verminderung der Oxidation undHydrolyse zu erreichen.

Neben dem Einfluss des Kohlendioxids aufdie elektrischen und dielektrischen Eigen-schaften neuer Isolierstoffe wurde auch dieBeeinflussung gealterter Isoliersystemeuntersucht. Als Modell des

Ausgleichsbehälters dientenExsikkatoren, die über ihrenGlasschliffanschluss am Deckelmit den zu untersuchendenGasen über einen Gaswasch-flaschenaufsatz, der die zuge-führten Gase direkt auf dieOberfläche der Isolierflüssigkeitleitete, beströmt werdenkonnten. In einem Wärme-schrank wurden die Probenthermischen Beanspruchungenvon 105 und 150 °C ausgesetzt,um sowohl den normalen Be-trieb als auch den Überlastfall zusimulieren.. Es wurden jeweilszwei Proben mit durch eine

Silikagel- Vorlage getrockneter Luft, zwei mitKohlendioxid aus einer handelsüblichenGasflasche und zwei weitere zunächstebenfalls mit Luft begast. Diese zweiExsikkatoren wurden nach der Hälfte derAlterungszeit (500 h) auf eine Begasung mitCO2 umgestellt, womit die Applikation desneuen Systems an einem alten Transformator,der bereits eine längere Betriebszeit alsluftatmender Transformator aufweist,nachgebildet werden sollte. Bild 2 zeigt dieFarbveränderung der Ölproben nach Abschlussder Versuche.

Der wichtigste Parameter, der die Eigenschafteiner Flüssigkeit als Isolierstoff charakterisiert,ist die Durchschlagspannung nach IEC 60156.Die Ergebnisse der durchgeführtenDurchschlaguntersuchungen an den unterverschiedenen Atmosphären gealterten Probensind in Bild 3 zusammengefasst.

1,2 Getrocknete Luft3,4 500 h getrocknete Luft, 500 h CO25,6 CO2

Bild 2 Farbveränderungen der Isolierölpro-ben nach künstlicher Alterung unterverschiedenen Atmosphären

0

10

20

30

40

50

60

80Neuöl

Luft

Luft / CO 2

CO2

kV

20Temperatur

°C

Dur

chsc

hlag

span

nung

40 60 80

Bild 3 Durchschlagspannungen nach IEC 60156 der Iso-lierölproben nach künstlicher Alterung unterverschiedenen Atmosphären

0

5

10

15

20

25

35

kV

Teile

ntla

dung

sein

setz

span

nung

Luft

Luft/

CO

2

CO 2

Alterung unter:

Neu

öl

Bild 4 Teilentladungseinsetzspannungnach IEC 60270 der Isolierölprobennach künstlicher Alterung unter ver-schiedenen Atmosphären

- 31 -

Es zeigt sich, dass die unter Luftkontakt gealterten Proben die schlechtestenDurchschlagwerte aufweisen während die unter strömendem Kohlendioxidgas gealtertenProben nahezu die Werte des Neuöles erreichen. Diese Aussage gilt auch für die ermitteltenTeilentladungseinsetzspannungen nach IEC 60270, wie sie in Bild 4 dargestellt sind.

Der Verlustfaktor ist ein sehr sensitiver Indikator für die Degradation eines Isolierstoffes. DieMessung dieser Kenngröße erfolgtegemäß IEC 60247, die Ergebnisseder Messungen sind in Bild 5dargestellt. Auch hier zeigt sich dasim Vergleich zu den mit Luftbegasten Proben überlegeneVerhalten der kohlendioxidbegastenMuster, die wiederum nahezu dieWerte des Neuöles erreichten.

Wie sich mit den Untersuchungengezeigt hat, lässt sich mit derAnwendung des CO2- Gaspolstersdie Alterungsgeschwindigkeit redu-zieren, ohne dass die Isolierstoffegefährdet werden oder umfang-reicher konstruktiver Aufwandnotwendig ist. Der Nachteil erhöhterBetriebskosten, der sich aus den Aufwendungen für die Versorgung mit dem Kohlendioxidund die dafür notwendigen Serviceleistungen ergibt, wird durch die Verlängerung derLebensdauer kompensiert, so dass für den Betreiber eine Optimierung des Nutzen seinerbestehenden Transformatoren erreicht wird.

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

20 30 40 50 60 70 90°CTemperatur

Ver

lust

fakt

or

Luft

CO2

Neuöl

Alterung unter:

Bild 5 Verlustfaktor tan δ nach IEC 60247 derIsolierölproben nach künstlicher Alterungunter verschiedenen Atmosphären

- 32 -

Dipl.-Ing. P. Werle

Zustandsbeurteilung von Leistungstransformatoren

Die Liberalisierung und Deregulierung der Energiemärkte, wie sie zur Zeit in vielen Ländernweltweit erfolgt, zwingt die Betreiber elektrischer Energieanlagen besondere Maßnahmenbezüglich einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit zu ergreifen. Als wesentliche Ziele sind hierneben der Lastoptimierung der Komponenten vor allem die Verlängerung der Restnutzungs-dauer der Betriebsmittel zu nennen, um so eine Minimierung von Neuinvestitionen zuerreichen. Daher sind Strategien erforderlich für ein effektives, lebenslanges Management fürbesonders wertvolle oder relevante Einheiten im Energieübertragungs- und -verteilungsnetz,die eine bessere Planung und ein optimiertes Handeln bei kritischen Zuständen erlauben.Um jedoch derartige Zustände rechtzeitig zu erkennen, sind vielfältige Diagnosemessungennotwendig, wobeigrundsätzlich unterschieden werden kann zwischen elektrischen,chemischen, akustischen und optischen Verfahren. Einen Überblick über die wichtigstenMethoden ist Tabelle 1 zu entnehmen, wobei mittlerweile fast alle Verfahren automatisiertwurden und die Geräte für diese Methoden am Markt verfügbar sind.

Methode Zweck On-line

Off-line Art

Widerstandsmessungen Detektion von Unterbrechungen oder schlechtenKontakten für alle Stufungen ■

Isolationswiderstandsmessungen Bestimmung der Isolationsfestigkeit ■Übersetzungsmessungen Detektion von Windungs- oder Lagenschlüssen ■FRA(Frequency Response Analysis)

Detektion von Windungsschlüssen und Spulen-deformationen ■

RVM(Recovery Voltage Measurement) Bestimmung der Papierfeuchte / Alterungszustand ■

FDS(Frequency Domain Spectroscopy) Bestimmung der Papierfeuchte ■

PDC(Polarization Depolarization Current) Bestimmung der Papierfeuchte ■

Teilentladungsmessungen Detektion von Schwachstellen in der Isolierung ■

elektrisch

DGA(Dissolved Gas Analysis)

Integrale Ermittlung von elektrischen oderthermischen Fehlern Χ Χ

Ölparameter Bestimmung der Isolierölqualität Χ Χ

Furananalyse Bestimmung des Grades des Papierabbaus bzw.der Papieralterung Χ Χ

DP(Degree of Polymerization) Bestimmung der Isolierpapierqualität Χ Χ

chemisch

Visuelle Inspektion Detektion von Leckagen, Verschmutzungen,Verschleiß und ungenügendem Korrosionsschutz ■

Thermografie Ermittlung von Wärmequellen und Heißpunkten ■UV-Kamera Detektion von Korona-Impulsen ■

optisch

Tabelle 1 Methoden zur Zustandsdiagnose von Transformatoren

Insbesondere für Transformatoren wurden unterschiedlichste Teilentladungsdetektionsver-fahren auf optischen, akustischen oder elektrischen Messungen beruhend entwickelt, ohnedass sich bislang eine Methode als optimal erwies und die wesentlichsten Anforderungenerfüllte, nämlich die Bestimmung der scheinbaren Ladung sowie die gleichzeitige Ermittlungdes Teilentladungsortes mit entsprechender Sensitivität sowie die online-Tauglichkeit beiadäquater Störunempfindlichkeit. Am Schering-Institut wurde daher in der Vergangenheit einSystem entwickelt, welches mittels der gleichzeitigen elektrischen Auskopplung derTeilentladungssignale an Durchführung und Sternpunkt bei Kenntnis der Spulencharakteristikneben der Bestimmung der scheinbaren Ladung auch eine Fehlerortung erlaubt. Das Prinzip

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dieses Systems und dessen sukzessiveAnpassung und Optimierung imBereich der Messtechnik undSignalverarbeitung wurde in denvergangenen Jahresberichten sowieinternationalen Beiträgen veröffent-licht. Mittlerweile konnte das Systemeffizient bei verschiedenen Messungenvor Ort eingesetzt werden und wird nunals modulares, automatisiertes Systemrealisiert, weshalb nachfolgend bei-spielhaft die Ergebnisse einer Mes-sungen an einem 40 MVA Trans-formator vor Ort beschrieben sind.

Den vor Ort verwendeten Messaufbausowie die Signalerfassung zeigt Bild 1,aus dem deutlich wird, dass für dieSignalauskopplung außen an denDurchführungen ein patentierter kapa-zitiver Sensor angebracht wird, so dasskeine Messanschlüsse an den Durch-führungen, welche vor allem bei älterenTransformatoren oftmals nicht vor-handen sind, benötigt werden. DasSignal wird dann über einen An-kopplungsvierpol (AKV) zur Hoch-passfilterung geführt, um anschließendmittels eines batteriebetriebenen Ver-stärkers das Signal-Rausch-Verhältnis(SNR, Signal to noise ratio) zu ver-bessern, bevor das elektrische Signal inein optisches umgewandelt wird, um esmöglichst störungsfrei zu übertragen.Die Rücktransformation in ein elek-trisches Signal erfolgt unmittelbar vorder Aufzeichnung mit einem digitalenSpeicheroszilloskop (DSO), wobeidurch diese Technik die Einkopplungvon Störsignalen so effizient unter-drückt wird, dass während der Messungeine eventuelle Teilentladungsaktivitätohne weitere Signalaufbereitungerkannt werden kann. Aus dem inBild 1 dargestellten Oszilloskopbild,kann somit entnommen werden, dassbei dieser Messung lediglich die Phase1V auffällig war, so dass nunmehreinzelne Impulse speziell dieser Phasedetektiert und analysiert werdenkönnen. Bild 2 zeigt die Aufnahme vonSignalen auf Phase 1V, wobei zunächst

Bild 1 Messaufbau und Signalerfassung

1U

1V

1W

1N

- 34 -

die kontinuierlichen Störsignalanteilemittels spezieller Wavelet-Filter sowieFrequenzsperrfilter im Frequenzbereichunterdrückt werden und anschließendeine Impulsunterdrückung von Signalen,die ihren Ursprung außerhalb desTransformators haben, erfolgt. DieDiskriminierung zwischen inneren undäußeren Signalen wird dabei mit Hilfeder Analyse von Signalquotienten imFrequenzbereich durchgeführt, wofür diean Sternpunkt und Durchführunggemessenen Signale im Frequenzbereichdividiert werden, so dass wie Bild 3zeigt eine Klassifizierung der Signal-gruppen möglich wird. Zum Schlusswerden einzelne Impulse bzgl. Schein-barer Ladung sowie Entstehungsortanalysiert (Bild 4), wobei in diesemBeispiel lediglich Teilentladungen mitscheinbaren Ladungen von wenigen100 pC gemessen wurden. DerEntstehungsort der Teilentladungenkonnte im oberen Bereich derStammwicklung der Phase 1V lokalisiertwerden, wobei aufgrund des niedrigenTE-Pegels zunächst eine weitereBeobachtung der TE-Entwicklung zuempfehlen ist, bevor weitereMaßnahmen einzuleiten sind.

Die Praxistauglichkeit des vorgestelltenSystems konnte mittlerweile bei ver-schiedenen Messungen vor Ort verifi-ziert werden, so dass eine Methode zurVerfügung steht, die eine detaillierteAnalyse von Teilentladungsphänomenenan Transformatoren erlaubt und somiteinen Beitrag zur Verbesserung derZustandsdiagnose und damit zurErhöhung der Betriebszuverlässigkeitvon Transformatoren leisten kann.

Die Verbesserung der Modellierung desTransformators wird dann zukünftignoch eine Erhöhung der Sensitivität derMethode und eine Verbesserung derBestimmung der Wahren Ladungermöglichen.

Bild 2 Unterdrückung von kontinuierlichen undimpulsförmigen Störern

Bild 3 Diskriminierung zwischen inneren undäußeren Impulsen

Bild 4 Analyse von Einzelimpulsen

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Dr.-Ing. X. Zhang

Life assessment of the electric components in a MV transmission and distribution system

The asset management of a transmission and distribution system operating in an electricmarket involves key decisions for the network to maximise long term profits, but combinedwith acceptable and manageable risks.It is the technical asset Manager’s task to quantify the network parameters (network topology,component inventory, actions and procedures of maintenance, etc.), technical operatingconditions (voltage types, operating temperature, service time, etc.) and to manage theireffects (probability, maintainability, maintenance, etc.) as shown in Fig. 1. As an output ofcondition assessment (network parameters and operational conditions) multiple faultscenarios should be found to influence the performance of assets and thereby the reliabilitiesof assets’ expected behaviour are obtained (in terms of failure rate, expected life, systemconstrains etc.).Failures in electric components are often attributed to the electric breakdown of electriccomponents due to the presence of degradation stresses, such as, electrical, thermal,mechanical and ambient condition (due to the associated environment). Thus it is essentialthat investigations on the behaviour of electric components under multi-stress conditions areof primary importance in the light of providing endurance characterisation and life modellingas consistent as possible with the ageing conditions encountered in service. With the lifemodel the failure behaviour about possible times to failure and the related statistical varianceis given for the technical operating conditions. Such an evaluation will help to predict failureevents for various operating conditions (as technical parameters in Fig. 1) and thus a timelyimplementation of a strategy to replace electric components in combination with networkredesign options is a key to success for asset management.

Electric power systems cover several areas of electric components including cables, gas-insulated switchgears, medal-clad switchgears, oil-immersed transformers, overhead lines,insulators, protection and local control. Typical ageing processes are considered to be partialdischarges, tree formation, electro-, thermochemical and mechanical processes. Thedetermination of degradations of the electric components is limited to the establishment of anempirical correlation, which with a minimum of adjustable parameters can successfully

Fig. 1 Technical Asset Management

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predict the degree of degradation of electric components under the influence of electrical,thermal and mechanical stresses.A chance for the development of a thorough electro-thermo-mechanical life model is given bythe phenomenological theory of ageing. If a generic combination of N stresses, Si (i = 1, 2, ...,N), is applied to the electric components, a suitable life function L of the properties of theelectric components can be established according to the following relationship:

)...,,,( 21 NSSSfL =Fig. 2 shows the calculated life model for electric field and temperature. L0 and E0 arereference coefficients.As a multi-stress model the total pro-bability pN of electric breakdown isthoroughly defined as a function ofstresses and given by the failurepercentiles pi for each pair of stressesSi:

∏=

−−=N

iiN pp

1

)1(1

The distributions of probability areadjusted to account for the increasein the operating history as a functionof electric breakdown strength(Fig. 3) and thermal stress (Fig. 4) ofthe device. In this way, the failuremodel of probability provides lifelines at different stresses at the same probability.

In the laboratory or test plant, it is always only a performance function of an individualelectric component and a short test duration. For practical applications it is desirable todescribe the performance functions of all electric components and to predict an extendinglifetime of whole electric system in service.

Fig 2 Life model for electric field and temperature

Fig. 3 Probability with electric field Fig. 4 Probability with temperature

ln(E/E0)

ln(-ln(1-pN))

ln(L/L0)

ln(E/E0) T

ln(L/L0)

T

ln(L/L0)

ln(-ln(1-pN))

- 37 -

From a statistical standpoint, all these questions can be dealt by using the enlargement law,which represents a practical application of the multiplication law for non-dependentprobabilities, pN, j (j = 1, 2, ..., M). The non-dependence of the failure processes, which takeplace in parallel with respect to volume-effect and time-effect, is of course assumed.

∏=

−−=M

jjNMN pp

1,, )1(1

Therefore, an accepted statistical method of determining the likelihood of failure at the givenstresses is to fit a distribution to a series of failure date and to take the increasing failure ratesinto account. In Fig. 5 the result is shown concerning the probability density as a function oftime. One aspect in reliability calculations of electric power systems is that the failure of mostelectric components rises over the years according to the increasing right wing of the well-known bathtub curve. An example of the calculated failure rate is shown in Fig. 6.

The use of the mathematicaland physical models in rela-tion to geometrical and timedifferences in both labora-tories and electric power sys-tems is becoming increa-singly important in assessingthe probability of failure inelectric power systems. Onlyin this way there is any pro-spect of being able to esti-mate the reliability of electricpower systems for serviceconditions.The statistical effect, the em-pirical life law as well as thesuperposition of statistical

and time-dependent influencesare evaluated together. If thecalculation procedure presentedhere is to be used to clarifywhether a damage accu-mulation is caused by statisticaleffects or by life characteristic,it is advisable to carry out bothexperiments on the electricbreakdown strength and alsothe accelerated ageing tests. Inthe future, asset managementwill have to work even moreintensively with quantitativemathematical and physical me-thods to make a decision withaccurate dates.

Fig. 5 Probability density as function of time

Fig. 6 Failure rate as function of time

0 10 20 30

0.25

0.5

year

prob

abili

ty d

ensi

ty

0 5 10 15

0.25

0.5

year

failu

re ra

te (1

/km

*a)

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4 Veröffentlichungen und Vorträge

M. Farahani, H. Borsi, E. GockenbachExperience with partial discharge, dissipation factor and recovery voltage measurements forthe evaluation of insulation systems of high voltage rotating machinesConference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), Cancun/Mexiko,2002, P. 454-457

M. Krins, M. Reuter, H. Borsi, E. GockenbachBreakdown and flashover phenomena related to the presence of high absolute water contentsin clean and carbonized transormer oilConference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), Cancun/Mexiko,2002, P. 252 - 255

V. Wasserberg, P. Werle, H. Borsi, E. GockenbachOptimierte Monitoring- und Diagnoseverfahren für Isoliersysteme von TransformatorenETG-Fachtagung Diagnose elektrischer Betriebsmittel Berlin, Febr. 2002, S. 77 (Abstrakt undFolgeseiten)

E. GockenbachMöglichkeiten und Grenzen der Diagnostik von Isolierstoffen in elektrischen BetriebsmittelnETG- Fachtagung Diagnose elektrischer Betriebsmittel Berlin, Febr. 2002, S. 113 - 116

E. Lemke; E. Gockenbach; W. KalknerMesstechnik für die Diagnose Elektrischer BetriebsmittelETG- Fachtagung Diagnose elektrischer Betriebsmittel Berlin, Febr. 2002, S. 113 - 116

A. Akbari, P. Werle, H. Borsi, E. GockenbachA Continuous Parameter High Frequency Model based on Travelling Waves for TransformerDiagnostics Purposes14th International Symposium on Electrical Insulation (ISEI), Boston/USA, April 2002, P.154 - 157

P. Werle, A. Akbari, H. Borsi, E. GockenbachEnhanced Online PD Evaluation on Power Transformers using Wavelet Techniques andFrequency Rejection Filter for Noise Suppression14th International Symposium on Electrical Insulation (ISEI), Boston, USA, April 2002, P.195 - 198

V. Wasserberg, H. Borsi, E. GockenbachEffects of Different Drying Procedures on the Composition of a Liquid Impregnated SolidInsulation14th International Symposium on Electrical Insulation (ISEI), Boston/USA, April 2002, P.346 - 349

P. Werle, H. Borsi, E. GockenbachDiagnosing the Insulation Condition of Dry Type Transformers using a Multiple SensorPartial Discharge Localization Technique14th International Symposium on Electrical Insulation (ISEI), Boston/USA, April 2002, P.166 – 169

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R. Kotte, E. Gockenbach, H. BorsiInfluence of the Cure Parameters on the Partial Discharge Behavior of Cast Resins14th International Symposium on Electrical Insulation (ISEI), Boston/ USA, April 2002, P.387 - 390

M. Farahani, H. Borsi, E. Gockenbach, B. Bethge, M. Kaufhold, J. JungInvestigations on characteristic parameters to determine the actual status of the insulationsystem of high voltage rotating machinesThe 9th INSUCON International Electrical Insulation Conference, Berlin, June 2002, P. 189 -194

E. GockenbachReview of Material Advance for High Voltage Elektrical MachinesThe 9th INSUCON International Electrical Insulation Conference, Berlin, June 2002, P. 203 -208

I. Fofana, V. Wasserberg, H. Borsi, E. GockenbachPreliminary Investigations for the Retrofilling of Perchlorethylene Based Fluid FilledTransformerIEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 9, No. 1, Febr. 2002, P. 97 -103

H. BorsiMöglichkeiten der Isolationsdiagnose durch Bewertung der dielektrischen Antwort vonIsoliersystemenMicafil Symposium über die Werterhaltung von Isolations-systemen in Transformatoren,Schaltanlagen und Kabeln Stuttgart, März 2002, Beitrag Nr. 16

E. GockenbachMonitoring von Kabelsystemen - Möglichkeiten und WirtschaftlichkeitMicafil Symposium über die Werterhaltung von Isolations-systemen in Transformatoren,Schaltanlagen und Kabeln Stuttgart, März 2002, Beitrag Nr. 19

E. Gockenbach, H. BorsiPerformance and New Application of Ester Liquids14th Intern. Conference on Dielectric Liquids (ICDL), Graz/Österreich, July 2002, P. 203 -206

V. Wasserberg, H. Borsi, E. Gockenbach, I. FofanaNovel systems for the Upgrading of Power Transformer Insulations14th Intern. Conference on Dielectric Liquids (ICDL), Graz/Österreich, July 2002, P. 203 -206

H. Borsi, E. GockenbachPartial Discharge Measurement and Evaluation Techniques for TransformersIntern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2002, Paper 49-E-TRN-524

H. BorsiPossibilities of the Diagnosis of Power Transformers on SiteIntern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2002, Paper 12-E-TRN-589

- 40 -

A. Akbari, P. Werle, H. Borsi, E. GockenbachA New Method for On-line Measurement and Evaluation of Partial Discharge in PowerTransformers Using Fibre-Optic TransmissionIntern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2002, Paper 49-E-TRN-330

A. Akbari, P. Werle, H. Borsi, E. GockenbachTransfer Function-Based Partial Discharge Localization in Power TransformersIEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 18, No. 5, Sept./Oct. 2002, P. 22 - 32

H. BorsiMöglichkeiten der Diagnose von Leistungstransformatoren vor OrtSiemens Kolloquium Transformer Life Management Nürnberg, Juni 2002, Beitrag 1

M. Farahani, H. Borsi, E. GockenbachCalculation and Measurement of Dielectric Response Function in Insulation Systems of HighVoltage Rotating MachinesIntern. Conference on Properties and Application of Dielectric Materials (ICPADM),Nagoya/Japan, June 2003, Paper P1-44, P. 290 - 293

K. Hackemack, E. GockenbachRobust Evaluation Procedure for Lightning ImpulsesIntern. Conference on Properties and Application of Dielectric Materials (ICPADM),Nagoya/Japan, June 2003, Paper 6-4, P. 518 - 521

M. Farahani, E. Gockenbach, H. Borsi, M. KaufholdA Method for the Evaluation of Insulation Systems for High Voltage Rotating MachinesIntern. Conference on Properties and Application of Dielectric Materials (ICPADM),Nagoya/Japan, June 2003, Paper 19-2, P. 1108 - 1111

P. Werle, E. Gockenbach, H. BorsiPartial Discharge Measurements on Power Transformers using Transfer Function forDetection and LocalisationIntern. Conference on Properties and Application of Dielectric Materials (ICPADM),Nagoya/Japan, June 2003, Paper 21-1, P. 1154 – 1157

E. Gockenbach, H. Borsi, P. WerlePartial discharge detection and localisation in power transformers via transfer function as toolfor insulation condition assessmentNordic Insulation Symposium (NORD-IS03), Tampere/Finnland, June 2003, P. 37 - 44

E. GockenbachOn-line monitoring and diagnosis as basis for the asset management of power transformers13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 282

M. Farahani, H. Borsi, E. Gockenbach, M. KaufholdPartial discharge pattern recognition as a diagnostic tool for stator bar defects13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 318

- 41 -

P. Werle, A. Akbari, E. Gockenbach, H. BorsiAn Enhanced System for Partial Discharge Diagnosis on Power Transformers13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 328

R. Kotte, E. Gockenbach, H. BorsiPerformance of internal mechanical stressed cast resins evaluated by partial dischargemeasurements13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 372

M. Reuter, E. Gockenbach, H. BorsiDielectric and electric parameters used for insulation characterization of multistress agedXLPE-cables13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 386

I. Fofana, H. Borsi, E. Gockenbach, M. FarzanehResults on ageing of Aramid paper under selective conditions13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 387

V. Wasserberg, H. Borsi, E. GockenbachInvestigations on a New Method for the extension of the Lifetime of Free BreathingTransformers13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 422

K. Hackemack, E. Gockenbach, H. BorsiNew proposal for manual and automatic evaluation of lightning impulse test voltages withoscillations13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 479

E. Gockenbach, S. Berlijn, F. GarnachoAn Improvement of the Evaluation of Lightning Impulse Test Voltages using the k-factor13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 482

H. Borsi, E. GockenbachPartial Discharge Measurement and Evaluation Techniques for Transformers13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 584

E. Gockenbach, L. T. Coffeen, J. A. Britton, J. RickmannA New Objective Technique to Detect Winding Displacements in Power Transformers UsingFrequency Response Analysis, without the Need for Historical Data13th Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH), Delft/Netherlands, August2003, Extract P. 587

- 42 -

H. Borsi, E. Gockenbach, W. WasserbergLife Extension of the Transformer Insulation with an Innovative Online Drying System10th Intern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2003, Vol. 5, P. 41 - 48

H. BorsiSensitive Monitoring and Protection of Transformers by Gas Rate Monitoring10th Intern. Power System Conference (PSC), Teheran/Iran, Oct. 2003, Vol. 5, P. 49 - 54

J. Gärtner, M. Krins, E. Gockenbach, H. BorsiPartial Discharge (PD) Behavior of High Voltage Fuses with Modified Filler7th Intern. Conf. of Electric Fuses and their Applications (ICEFA 03), Gdansk/Poland, Sept.2003, P. 161 - 167

E. Gockenbach, H. BorsiDiagnosis of Power Transformers via Partial Discharge Detection and Localisation with theTransfer Functions as Basis for Insulation Condition Assessment48th Intern. Wissenschaftl. Kolloquium, TU Ilmenau, Sept. 2003

- 43 -

5 Mitarbeit in Fachgremien und Verbänden sowie bei Tagungen

2002

16. – 18.01. Techn. Akademie Esslingen - Lehrgang Epoxidharze in der Elektro-technikin EsslingenProf. Borsi, Dipl.-Ing. Kotte, mit dem Vortrag:Verschiedene Einflussgrößen auf das Durchschlag- und Teilentladungs-verhalten hochwärmebeständiger Reaktionsharzstoffe

19. – 20.02. Kabelseminar in HannoverLangzeitverhalten von polymeren IsolierstoffenProf. Gockenbach

20.02 DKE K 181 Feste Isolierstoffe in Frankfurt/MainProf. Gockenbach

26. – 27.02. ETG Fachtagung Diagnostik elektrischer Betriebsmittel in BerlinProf. Gockenbach, Dipl.-Ing. Wasserberg, MSc. FarahaniBeiträge

- Messtechnik für die Diagnose elektrischer Betriebsmittel- Optimierte Monitoring- und Diagnoseverfahren für Isoliersysteme von

Transformatoren- Möglichkeiten und Grenzen der Diagnostik von Isolierstoffen in

elektrischen Betriebsmitteln

04. – 08.03 Gastprofessur TU Wien HochspannungstechnikProf. Gockenbach

12.03. Beirat Kabelseminar in HannoverProf. Gockenbach

19. – 21.03. Micafil Symposium in StuttgartProf. Gockenbach, Prof. BorsiBeiträge:

- Möglichkeiten der Isolationsdiagnose durch Bewertung derdielektrischen Antwort von Isoliersystemen

- Monitoring von Kabelsystemen – Möglichkeiten und Wirtschaftlichkeit

04.04. CIGRE SC 15, Advisory Group, in Delft/NiederlandeProf. Gockenbach

22.04. DKE Tagung Standardisierung für den Markt in Frankfurt/MainProf. Gockenbach

23.04. DKE Lenkungsausschuss in Frankfurt/MainProf. Gockenbach

02. – 03.05. DKE K 124 Hochspannungsprüftechnik in RegensburgProf. Gockenbach

- 44 -

03.06. DAK CIGRE SC 33 in MünchenProf. Gockenbach

17.06. BEWAG Symposium in BerlinGrundsätzliche Untersuchungen zum DurchschlagverhaltenKunststoffisolierter Kabel bei Spannungen unterschiedlicher FrequenzProf. Gockenbach

18. – 20.06. INSUCON in BerlinProf. Gockenbach, MSc Farahani

- Investigations on characteristic parameters to determine the actual statusof the insulation system of high voltage rotating machines

- Review of Material Advance for High Voltage Electrical Machines

25.06. Beirat VDE Bezirksverein in HannoverProf. Gockenbach

07. – 10.07. Intern. Conference on Dielectric Liquids (ICDL) in Graz/ÖsterreichProf. Gockenbach, Dipl.-Ing. Wasserberg

- Performance and New Application of Ester Liquids- Novel System for the Upgrading of Power Transformer Insulations

10. – 12.07. IEE High Voltage Engineering and Testing, New Castle, GroßbritannienProf. Gockenbach mit den Vorträgen

- Basic Testing and Measuring Techniques- Digital Measuring Technique and Evaluation Procedures- Partial Discharge Measuring Techniques

19. – 22.08. CIGRE WG 33-03 High Voltage Testing and Measuring Techniquein Ludvika/SchwedenProf. Gockenbach

23.08. URSI Conference in Maastricht/NiederlandeProf. Gockenbach

- Practical Results concerning the Prediction of Damaging Effects forLightning Impulses (LEMP)

26. – 30.08 CIGRE SC 15 Materials for Electrotechnology in ParisProf. Gockenbach

24.09. DKE K 132 Zuverlässigkeit in Frankfurt/MainProf. Gockenbach

28. – 30.10 International Power System Conference PSC in Teheran, IranProf. Borsi- A New Method for On-line Measurement and Evaluation of Partial

Discharge in Power Transformers Using Fibre-Optic Transmission

- 45 -

15. – 16.10. Kabelseminar in HannoverProf. Gockenbach mit den Vorträgen:

- Diagnoseverfahren in betrieblichem Einsatz- Magnetfelder von Kabeln

21. – 23.10. VDE Kongress in DresdenProf. Gockenbach

04.11. VDE Beirat in HannoverProf. Gockenbach

14.11. DKE TBINK in Frankfurt/MainProf. Gockenbach

21.11. DK CIGRE bei der FGH in MannheimProf. Gockenbach

04.12. DKE Lenkungsausschuss in Frankfurt/MainProf. Gockenbach

2003

18. – 19.02 Kabelseminar in HannoverProf. GockenbachLangzeitverhalten von polymeren Isolierstoffen

11.03 Beirat Kabelseminar in HannoverProf. Gockenbach

20.03. ETG Fachtagung Silikonelastomere in BerlinProf. Gockenbach

21.03. ETG Fachbereich FB Q2 Werkstoffe, Isoliersysteme und Diagnostikin BerlinProf. Gockenbach

01.04. DKE K 181 Feste Isolierstoffe in MünchenProf. Gockenbach

15.04. IEC TC 98 JWG 10 Electrical Measurement of Partial Discharge duringShort Risetime repetitive Voltage Impulses in London/GroßbritannienProf. Gockenbach

23.04. CEM-Tagung, HannoverProf. GockenbachMonitoring und Diagnose von Isoliersystemen als Grundlage für dieRisikobewertung elektrischer Betriebsmittel

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07.05. DKE Lenkungsausschuss in Frankfurt/MainProf. Gockenbach

19.05. Beirat VDE Bezirksverein HannoverProf. Gockenbach

21.05. DKE K 124 Hochspannungsprüftechnik in HalleProf. Gockenbach

22. – 23.05 HighVolt Kolloquium in DresdenProf. GockenbachTeilentladungs-Ortung in Transformatoren mittels Transferfunktion

26. – 27.05. IEC TC 14 WG 29 High Temperature Liquid Emersed Power Transformersin NürnbergDipl.-Ing. Wasserberg

03. – 05.06 Intern. Conf. on Properties and Appplication of Dielectric Materials(ICPADM)in Nagoya/JapanProf. Gockenbach, Dipl.-Ing. Hackemack

- Calculation and Measurement of Dielectric Response Function inInsulation Systems of High Voltage Rotating Machines

- Robust Evaluation Procedure for Lightning Impulses- A Method for the Evaluation of Insulation Systems for High Voltage

Rotating Machines- Partial Discharge Measurements on Power Transformers using Transfer

Function for Detection and Localisation

06.06. Workshop Future Electric Power Equipment and Electrical InsulationTechniques Universität Nagoya/JapanDipl.-Ing. Hackemack, Prof. GockenbachDegradation Mechanism and its Diagnostic Techniques for PowerTransformers

10. – 15.06. NORD-IS03 in Tampere/FinnlandProf. BorsiPartial discharge detection and localisation in power transformers via transfer function as tool for insulation condition assessment

14. – 16.07. IEE High Voltage Engineering and Testing in New Castle/GroßbritannienProf. Gockenbach mit den Vorträgen

- Basic Testing and Measuring Techniques- Digital Measuring Technique and Evaluation Procedures- Partial Discharge Measuring Technique

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25. – 29.08. Intern. Symposium on High Voltage Engineering (ISH) inDelft/NiederlandeProf. Gockenbach, Prof. Borsi, Dr.-Ing. Zhang, Dipl.-Ing. HackemackDipl.-Ing. Reuter, Dipl.-Ing. Dolata, Dipl.-Ing. Abedi, MSc. Shayegani,Dipl.-Ing. Wasserberg, MSc. Farahani, Dipl.-Ing. Szczechowski,MSc. Hasan, MSc. Ehsani, Dr.-Ing. Akbari

- On-line monitoring and diagnosis as basis for the asset mangement ofpower transformers

- Partial discharge pattern recognition as a diagnostic tool for stator bardefects

- An enhanced system for partial discharge diagnosis on powertransformers

- Performance of internal mechanical stressed cast resins evaluated bypartial discharge measurements

- Dielectric and electric parameters used for insulation characterization ofmultistress aged XLPE-cables

- Results on ageing of Aramid paper under selective conditions- Investigations on a new method for the extension of the lifetime of free

breathing transformers- New proposal for manual and automatic evaluation of lightning impulse

test voltages with oscillations- An improvement of the evaluation of lightning impulse test voltages

using the k-factor- Partial discharge measurement and evaluation techniques for

transformers- A new objective technique to detect winding displacements in power

transformers using frequency response analysis, with the need forhistorical data

01. – 03.09. CIGRE WG D1-33 High Voltage Testing and Measuring Techniquein Arnhem/NiederlandeProf. Gockenbach

03. – 05.09. CIGRE SC D1 Materials and Emerging Technologies in Turku/FinnlandProf. Gockenbach

08. – 09.09. DKE K 182 Flüssige Isolierstoffe in BonnProf. Borsi

22. – 25.09. 48. Wissenschaftliches Kolloquium, TU Ilmenau, in IlmenauProf. GockenbachDiagnosis of Power Transformers via Partial Discharge Detection andLocalisation with the Transfer Functions as Basis for Insulation ConditionAssessment

26. – 27.09. DFG-Kolloquium SPP Zustandsbewertung von Betriebsmitteln undAnlagen der elektrischen Energieversorgung in IlmenauProf. Gockenbach, Prof. Borsi, Dr.-Ing. Zhang, Dipl.-Ing. Szczechowski,Dipl.-Ing. Reuter, Dipl.-Ing. Abedi, Dipl.-Ing. Dolata, MSc. Shayegani

- 48 -

01. – 02.10. Onninen-ETG Symposium Umweltfreundliche Verteiltransformatorenin Helsinki/FinnlandProf. Borsi

- Esterflüssigkeit als Isolier- und Kühlmittel für Transformatoren

14. – 15.10. Kabelseminar in HannoverProf. Gockenbach

- Diagnoseverfahren in betrieblichem Einsatz- Magnetfelder von Kabeln

14. – 18.10. IEC TC 42 High Voltage Test Techniquesund TC 42 WG 10 Mesurement of Partial Discharges During Short RisetimeRepetitive Voltage Impulsesin Montreal/KanadaProf. Gockenbach

21.10. VDE Niedersachsen in HannoverProf. Gockenbach

20. - 23.10. Intern. Power System Conference (PSC) in Teheran/IranProf. Borsi

- Life Extension of the Transformer Insulation with an Innovative OnlineDrying and Filtering System

- Sensitive Monitoring and Protection of Transformers by Gas RateMonitoring

03.11. VDE-Beirat in HannoverProf. Gockenbach

11.11. Beirat Kabelseminar in HannoverProf. Gockenbach

18. – 19.11. DK CIGRE Erneuerbare Energien / Windenergie in BerlinProf. Gockenbach

11.12. DKE-Tagung Systemaspekte in der Normung in Frankfurt/MainProf. Gockenbach

12.12. DKE Lenkungsausschuss in Frankfurt/MainProf. Gockenbach

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6 Ereignisse und Kontakte

2002

17.01. Besprechung Siemens A & D, Berlin, in HannoverTE-Messung an HochspannungsmaschinenProf. Gockenbach, Prof. Borsi, MSc. Farahani

23.01 Besprechung UKE in HamburgVerhalten von PVC IsolierungenProf. Gockenbach

24.01. Besprechung EFEN, Eltville, in HannoverHochspannungs- und HochleistungssicherungenProf. Gockenbach

01.02. Besprechung UKE in HamburgVerhalten von PVC IsolierungenProf. Gockenbach

04.02. Exkursion mit Studierenden E.ON LehrteProf. Gockenbach, Dipl.-Ing. Hackemack, Studierende

04.02. Besprechung mit Prof. Kurrat, Prof. Kind, TU Braunschweig, in HannoverHochspannungstechnik in NiedersachsenProf. Gockenbach, Prof. Borsi

12.02. Besprechung Universität Oldenburg in OldenburgWindenergie in NiedersachsenProf. Gockenbach

28.02. Besuch Prof. Hayakawa, Universität Nagoya, in HannoverDiskussion von FachthemenProf. Gockenbach

13.03. Besprechung Pirelli Kabel, Berlin und Mailand, in HannoverAlterung von HochspannungsisolierungenProf. Gockenbach, Dr. Ritschel, Dipl.-Ing. Reuter

14.03. Besprechung ISET in KasselDezentrale EnergieversorgungProf. Gockenbach

03.04. Besuch Prof. Sato, Universität Tokyo, JapanDiskussion von FachthemenProf. Gockenbach, Prof. Borsi

17.04. Besprechung Arbeitskreis AiF in HannoverUntersuchungen zur elektrotechnischen Nutzung hochwärmebeständigerReaktionsharzformstoffe durch Modifikation der Komponenten,insbesondere der FüllstoffeProf. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Kotte

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10.05. Hochspannungskolloquium Schering-Institut in HannoverProf. Gockenbach, Prof. Borsi, alle Mitarbeiter

10.05. Treffen der ehemaligen Doktoranden des Schering-Instituts

16.05. Besprechung Siemens A & D in NürnbergTE-Messung an HochspannungsmaschinenProf. Gockenbach, Prof. Borsi, MSc. Farahani

21.05. Besprechung UKE in HamburgVerhalten von PVC-IsolierungenProf. Gockenbach

27. – 28.05. DFG Kolloquium SPP Zustandsbewertung von Betriebsmitteln undAnlagen der elektrischen Energieversorgung in DarmstadtProf. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Reuter

27.06. Besprechung UKE in HamburgVerhalten von PVC-IsolierungenProf. Gockenbach

15.07. Promotion Graf, TU MünchenIsolationsverhalten von N2-SF6-Gemischen für gasisolierte AnlagenMitwirkung als ReferentProf. Gockenbach

01.08. Besprechung Siemens A & D in BerlinTE-Messung an HochspannungsmaschinenProf. Borsi, MSc. Farahani

01.08. Besprechung UKE in HamburgVerhalten von PVC-IsolierungenProf. Gockenbach

16.08 Besprechung EADS Bremen in HannoverProf. Gockenbach

27.09. Besprechung Siemens Schaltwerk in BerlinHochspannungstechnische EntwicklungenProf. Gockenbach

11.10. Besprechung Siemens A & D, Berlin, in HannoverTE-Messung an HochspannungsmaschinenProf. Gockenbach, Prof. Borsi, MSc. Farahani

16. – 18.10. Exkursion Siemens, BEWAG und IPH, BerlinMitarbeiter des Instituts und Studierende

15.11. Besprechung Siemens A & D in BerlinIsolierstoffe für HochspannungsmaschinenProf. Gockenbach, Prof. Borsi

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22.11. Promotion Lick, TU GrazElektrische Festigkeit langer Durchschlagstrecken im Öl-Board-DielektrikumMitwirkung als ReferentProf. Gockenbach

13.12. Besprechung Siemens A & D in BerlinIsolierstoffe für HochspannungsmaschinenProf. Gockenbach, Prof. Borsi

2003

06. – 07.01. Besprechung Omicron in Klaus/ÖsterreichNeue Messverfahren in der HochspannungstechnikProf. Borsi

08. – 09.01. Mitwirkung Berufungskommission C3 - Professur HochspannungstechnikTU DresdenProf. Gockenbach

16.01. Besprechung Schenectady Beck Isoliersysteme, Hamburg,und Vertretern eines russischen Großtrafoherstellers in HannoverEinsatz von Esterflüssigkeit in LeistungstransformatorenProf. Borsi

27.01. Besprechung UKE in HamburgVerhalten von PVC IsolierungenProf. Gockenbach

29.01. Besprechung Arbeitskreis AiF , Hannover, in RatingenUntersuchungen zur elektrotechnischen Nutzung hochwärmebeständigerReaktionsharzformstoffe durch Modifikation der Komponenten,insbesondereder FüllstoffeProf. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Kotte

31.01. Besprechung Prof. Fuhrmann, Vantico, Basel, in HannoverEpoxidharze in der ElektrotechnikProf. Borsi

03.02. Exkursion mit Studierenden E.ON LehrteProf. Gockenbach, Dipl.-Ing. Hackemack, Studierende

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21.02. Besprechung Prof. Fuhrmann, Vantico, Basel, in HannoverEpoxidharze in der ElektrotechnikProf. Borsi

25.02. Besprechung HDI in HannoverSchäden an GleichspannungskabelnProf. Gockenbach

27.02. Besprechung Benning GmbH in BocholtTE-Messung an MaschinenProf. Borsi

27.02. Besprechung UKE in HamburgVerhalten von PVC IsolierungenProf. Gockenbach

03. – 07.03 Gastprofessur an der TU WienVorlesung HochspannungstechnikProf. Gockenbach

13.03. Besprechung Weitkowitz in PeineStromtragfähigkeit von VerbindungenProf. Gockenbach, Dr.-Ing. Ritschel

17.03. Besprechung FGH in MannheimAiF-Projekt Asset ManagementProf. Gockenbach

27.03. Besprechung Benning GmbH, in BocholtTE-Messung an MaschinenProf. Borsi, MSc. Farahani

02.04. VDE Parlamentarischer Abend in HannoverProf. Gockenbach

09.04. Fachtagung Epoxidharze, Schlüsselwerkstoffe der Elektrotechnikauf der Industriemesse HannoverProf. Borsi mit Vortrag:Der Werkstoff Epoxidharz aus der Sicht des Elektrotechnikers

29.04. Besprechung HDI in HannoverSchäden an GleichspannungskabelnProf. Gockenbach

15.05. Besprechung VA.Tech (ELIN), Weiz/Österreich, in HannoverTE-Diagnostik an TransformatorenProf. Gockenbach, Prof. Borsi, Dipl.-Ing. Abedi, Dipl.-Ing. Szczechowski

19.05. Besprechung HDI in HannoverSchäden an GleichspannungskabelnProf. Gockenbach

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20.05. Verleihung des Titels Professeur associé der Université du Québec inChicoutimi/Kanadaan Prof. Borsi

28.05. Besprechnung Alstom in Birr/SchweizBewertung von MaschinenisolierungenProf. Gockenbach

13.06. Besprechung UKE in HamburgVerhalten von PVC-IsolierungenProf. Gockenbach

20.06. Besprechung Mr. Raju, Raman Boards Ltd., Mysore/Indien, in Hannover20.07. Isolierstoffe für Transformatoren

Prof. Gockenbach

27.06. Besprechnung Alstom in Birr/SchweizBewertung von MaschinenisolierungenProf. Gockenbach

01.07. Besprechung LEONI Elocab GmbH, Georgensmünd, in HannoverNiederspannungskabelProf. Gockenbach, Prof. Borsi, Dr. Ritschel

02.07. Besprechung VA.Tech (ELIN), Linz/ÖsterreichTrocknung von TransformatorisolierungenDipl.-Ing. Wasserberg

08. – 09.07 Besprechung Firma Powels in Brüssel/BelgienFlüssigkeitsgefüllte TransformatorenProf. Borsi

11.07. Besprechung Prof. Fuhrmann, Vantico, Basel, in HannoverEpoxidharze in der ElektrotechnikProf. Borsi

18.07. Besprechung Maurer & Söhne, München, in HannoverBrandentstehung durch KurzschlussProf. Gockenbach

22.07. Besprechung Techn. Hochschule Czestochowa/Polen, in HannoverKonferenz Planung und KooperationProf. Gockenbach

29.07. Besprechung HDI in HamburgSchäden an GleichspannungskabelnProf. Gockenbach

28.07. – 01.08 Besprechung an der RWTH Aachen, Messungen am ITMCAlterung von polymerer KabelisolierungDipl.-Ing. Reuter

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01.08. Promotion Cornelissen, RWTH AachenUltraschalldiagnostik als neues Verfahren zur Zustandsbewertungelastomerer Isolierstoffe in EnergiekabelsystemenProf. Gockenbach als Referent

12.09. Besprechung Varta in HannoverElektrostatisches Verhalten von BatterienProf. Gockenbach, Dr. Ritschel

24.09. Besprechung Benning GmbH in BocholtTE-Messung an MaschinenProf. Borsi, MSc. Farahani

26.09. Besprechung Siemens A & D, Berlin, in HannoverTE-Messung an HochspannungsmaschinenProf. Gockenbach, Prof. Borsi, MSc. Farahani

01.10. Besprechung FGH in MannheimAiF-Projekt Asset ManagementProf. Gockenbach

14. – 15.10. Besprechung Siemens in Kirchheim/TeckTE-Messung an TrockentransformatorenDipl.-Ing. Wasserberg, Dipl.-Ing. Abedi, Dipl.-Ing. Szczechowski

18.10. Besuch an der University of Science for Water and Electric Energyin Teheran/IranProf. Borsi mit Vortrag:PD-Monitoring and Diagnostics on Power Transformers

23. – 24.10. Besprechung HDI in Karlskrona/SchwedenSchäden an GleichspannungskabelnProf. Gockenbach

26.10. Besuch an der Ferdowsi University in Maschhad/IranProf. Borsi mit Vortrag:Life Management of Power Transformers

28.10. Besprechung Elektrizitätsversorgungsunternehmen in Khorassan/IranLifemanagement von Leistungstransformatoren und BlockheizkraftwerkenProf. Borsi

01.11. Besprechung Elektrotechnische Fakultät der KNZ Universität inTeheran/IranZusammenarbeit mit der Universität HannoverProf. Borsi

07.11. Besprechung mit Prof. Kurrat, TU Braunschweig, in HannoverForschung auf dem Gebiet fester IsolierstoffeProf. Gockenbach, Prof. Borsi

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19. – 20.11. Besprechung mit Omicron, Klaus/Österreich in HannoverNeue Messverfahren in der HochspannungstechnikProf. Borsi

20.11. Besprechung Prof. Fuhrmann, Vantico, Basel, in HannoverEpoxidharze in der ElektrotechnikProf. Borsi

28.11. Besprechung Siemens, Bremen, in HannoverTE-Detektion an Transformatoren!Prof. Gockenbach, Prof. Borsi

04.12. Besprechung Siemens Transformatorenwerk in NürnbergProf. Borsi mit Vortrag:Vergleich von Mineralöl, Esterflüssigkeit und Epoxidharz alsIsolier- und Imprägniermittel für Transformatoren

08.12. Besprechung Pirelli, Neustadt, in HannoverAlterung von polymerisolierten KabelnProf. Gockenbach, Dipl.-Ing. Reuter

18.12. – 04.01. Besprechung Iran Transformer Research Institute in Teheran/IranDiagnostic of Power Transformer InsulationProf. Borsi

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7 Gastwissenschaftler

Herr Dr. Nabi Melikov, Technische Hochschule für Erdöl und Chemie in Baku,Aserbaidschan, besuchte für zwei Monate als Stipendiat des DAAD zum wiederholten Maldas Schering-Institut und informierte sich eingehend über die Curricula der Universitäten undFachhochschulen im Bereich der elektrischen Energietechnik, insbesondere im Hinblick aufdie Bachelor- und Masterstudiengänge.

Herr MSc. Mohsen Farahani ist als Stipendiat des DAAD am Schering-Institut undbeschäftigt sich im Rahmen seiner Promotion mit dem Thema Zustandsbewertung vonIsolierungen für Hochspannungsmaschinen.

Herr MSc. Omar Hassan ist als Stipendiat des Ministeriums für Hochschulwesen, HigherInstitute für Energy, Aswan, Ägypten am Schering-Institut und arbeitet im Rahmen seinerPromotion auf dem Gebiet des Monitoring und der Diagnose vonTransformatorenisolierungen als Basis für die Zustandsbewertung.

Herr Dr. Asghar Akbari war für zwei Monate als Stipendiat der Alexander-von-Humboldt-Stiftung am Schering-Institut auf dem Gebiet der Teilentladungserfassung und -ortung inLeistungstransformatoren tätig.

Herr MSc. Morteza Ehsani ist als Stipendiat des Ministeriums für Wissenschaft, Forschungund Technology des Irans auf dem Gebiet der polymeren Isolierstoffe fürFreiluftanwendungen am Schering-Institut tätig.

Herr MSc. Ali Reza Setayeshmehr arbeitet als Stipendiat des iranischen Ministeriums fürWissenschaft, Forschung und Technology an seiner Dissertation auf dem Gebiet der Diagnosevon Transformatorisolierungen und deren Anwendung im Asset Management.

Herr MSc. Victoria Lopez ist als Stipendiat des mexikanischen Ministeriums für Wissenschaftund Technologie am Schering-Institut im Rahmen seiner Dissertation auf dem Gebiet derBewertung von Isoliersystemen für Hochspannungsmaschinen tätig.

Frau Dr. Olga Guefle and Herr Dr. Serguei Lebedev waren im Rahmen eines Stipendiums derDFG (Nato Science Fellowship) für drei Monate am Schering-Institut und haben sich mit denThemen Einfluss der Polarisation auf das Durchschlagverhalten von polymeren Isolierstoffenund Einsatzbedingungen für Teilentladungen in geschichteten festen Isolierstoffenbeschäftigt.

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Technische Ausstattung

• Wechselspannung 800 kV / 1 A

• Wechselspannung 200 kV mit Teilentladungsmessplatz

• Stoßspannung bis 1800 kV

• Gleichspannung 800 kV / 50 mA

• Stoßstromanlage 200 kA für die Simulation von Blitzeinwirkungen

• Labor für die Herstellung von Gießharzprüflingen: Presse, Extruder, Gießanlage

• Labor für Flüssigkeitsuntersuchungen: Bestimmung von Wassergehalt, Bestimmung vonGasgehalt, Gasanalyse

• Video-System für Funkendetektion

• Automatische Messwerterfassungssysteme für Teilentladungsmessungen undKabelmonitoring

• Geschirmte Räume für Teilentladungsmessung und Teilentladungsortung

• Verlustfaktormesseinrichtungen

Leistungsangebot

• Beratung und Gutachten auf den Gebieten der Hochspannungstechnik (Isolierstoff-,Kabel- und Prüftechnik, Monitoring und EMV)

• Hochspannungsprüfungen von Geräten und Isolierstoffen

• Untersuchung direkter und indirekter Effekte von Blitzentladungen

• Unterstützung bei Entwicklungsprojekten

• Kolloquien und Seminare