Authors: Freye, Claudius
Title: Methoden und Aspekte zur Leitfähigkeitsanalyse von Isolationsmaterialien der Kabeltechnologie und zur Isolationskoordination für Systeme der Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ)
Other Titles: Methods and aspects for conductivity analysis of insulating materials in cable technology and for insulation coordination in high-voltage direct current transmission (HVDC) systems
Language (ISO): de
Abstract: Die Betriebsbedingungen und das dynamische Betriebsverhalten von Modularen Multilevel-Umrichtern (MMC) in Systemen der Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) führen zu neuartigen Isolationsbeanspruchungen. Daher wird zunächst im Themenfeld der Isolationskoordination ein Verfahren zur Dimensionierung erforderlicher Luftstrecken und der klimatischen Korrektur von Auslegungsspannungen für HGÜ-Systeme vorgestellt. Darüber hinaus werden simulativ und exemplarisch die bei einem Pol-Erde-Schluss auftretenden Überspannungen einer MMC-HGÜ (symmetrischer Monopol, Halbbrücke) am Freileitungs- respektive Kabelabgang analysiert und Konzepte zur synthetischen Labornachbildung dieser Spannungen diskutiert. Die elektrische Feldverteilung vor transienten Beanspruchungen ist von Relevanz, um die Auswirkungen von Überspannungen auf Isolationssysteme der HGÜ bewerten zu können. Hierzu rücken Verfahren der Leitfähigkeitsanalyse in den Fokus, sodass zu diesem Zweck ein automatisiertes, modulares, skalier- und erweiterbares Versuchskonzept präsentiert wird. Die nachfolgend eingeführten allgemeinen Modellierungsmethoden dienen der Formulierung der Voraussetzungen einer präzisen Leitfähigkeitsbestimmung aus messtechnisch-theoretischer und feldtheoretischer Sicht. Additiv werden neuartige Analyse- und Entrauschungsmethoden präsentiert, die eine Berücksichtigung der Zeitabhängigkeit des erfassten Absorptionsstroms ermöglichen und die Rückschlussmöglichkeit auf die dem Werkstoff zu Grunde liegende dielektrische Antwortfunktion steigern. Im Zuge von experimentellen Untersuchungen von LSR- und VPE-Prüfkörpern werden die Leistungsfähigkeit der Versuchstechnik sowie der neuartigen Trend- und Steigungsanalysen bestätigt und Erweiterungen der Prüfumgebung für zukünftige Untersuchungen angeregt.
The operational conditions and the dynamic behaviour of modular multilevel converters (MMC) in high-voltage direct current (HVDC) systems lead to novel types of stress for the insulation. Therefore, and with respect to insulation coordination, a method for the design of necessary air clearances and the atmospheric correction of design voltages is presented for HVDC-systems. In the following, a simulation-based analysis of exemplarily resulting overvoltages at the cable sealing end respectively the overhead line terminal during pole-to-ground faults of a MMC-HVDC (symmetrical monopole, half-bridge topology) are carried out and concepts for a synthetic laboratory imitation of these voltages are discussed. The electric field distribution prior to dynamic events is significant in order to evaluate associated consequences for insulation concepts of HVDC systems. Therefore, methods for conductivity analysis gain in importance. For this purpose, an automated, modular, scalable and upgradeable test system is presented. The following introduced general modelling techniques allow the definition of requirements for accurate conductivity analysis under consideration of the electrical properties of the test setup and the electrical field distribution within guarded electrode arrangements. In addition, and under consideration of the time-dynamic of the absorption current, novel analysis and denoising routines for measurement data are presented. These methods allow an enhanced identification of the dielectric time domain response function of the investigated test sample. Within experimental studies of LSR- und XLPE-test samples, the overall performance of the test system and the novel analysis methods is successfully shown. Additional extensions of the test system for future investigation close this thesis.
Subject Headings: Leitfähigkeit
Isolationskoordination
Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ)
Kabel
Schutzringanordnung
Feldverzerrung
Polymer
Elastomer
Schlagweitenberechnung
VPE
LSR
Conductivity
Insulation coordination
High voltage direct current (HVDC)
Cable
Guarded conductivity measurement setups
Fringing effects
Air clearance calculation
XLPE
Subject Headings (RSWK): Hochspannungsgleichstromübertragung
URI: http://hdl.handle.net/2003/39217
http://dx.doi.org/10.17877/DE290R-21134
Issue Date: 2020
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