Neue Ans?tze in der Elektrischen Energietechnik durch numerische Feldberechnung - Isolationsbeanspruchung von HVDC-Transformatoren

Studentische Projektleitung:

• Kevin Krause, Elektrotechnik (B.Sc.)

Projektteam:

• Kristofer Bu?, Elektrotechnik (B.Sc.)                            

• Leo Honerkamp, Elektrotechnik (B.Sc.)

• Lea Meyer zu H?rste, Elektrotechnik (B.Sc.)

• Sebastian Sch?pf, Elektrotechnik (B.Sc.)

• Luca St?lting, Elektrotechnik (B.Sc.)

• Vincent Wienberg, Elektrotechnik (B.Sc.)

Modul: Elektrotechnik-Projekt

Betreuer:

• Prof. Dr. Eckart Buckow

Die Erzeugung elektrischer Energie erfolgt zunehmend durch erneuerbare Energien, sie l?sen die konventionellen Gasturbinen- und Dampfkraftwerke ab. Durch diese Ver?nderungen muss die elektrische Energieübertragung angepasst werden, da die Stromerzeugung nicht mehr zentral in Gro?kraftwerken an den Lastschwerpunkten erfolgt, sondern über weite Entfernungen, beispielsweise von Offshore-Windparks in der Nordsee bis nach Süddeutschland, übertragen werden muss.

Um die bei langen Wechselspannungsübertragungsstrecken auftretenden Stabilit?ts- und Blindleistungsprobleme zu vermeiden, erfolgt die Energieübertragung mit Gleichspannung. Diese ?bertragungsart besitzt darüber hinaus noch den Vorteil geringerer Verluste und hat damit einhergehend eine erh?hte Wirtschaftlichkeit. Für die Gleichspannungsübertragung sind Konverterstationen mit speziellen Transformatoren notwendig. Diese sogenannten ?HVDC-Transformatoren“ (High Voltage Direct Current) müssen einer extremen Isolationsbelastung standhalten, da sie im Dauerbetrieb einer Mischspannung aus Gleich- und Wechselspannung ausgesetzt sind. Zus?tzlich treten bei Umpolvorg?ngen der Gleichspannung oder bei Blitzeinschl?gen hohe dynamische Isolationsbeanspruchungen auf.

Innerhalb der Transformatoren befindet sich ein komplexes Isoliersystem aus ?l und Pressspanbarrieren. Das Verh?ltnis dieser beiden Materialien muss so dimensioniert sein, dass bei den beschriebenen Spannungsbeanspruchungen die elektrische Feldst?rke an keinem Ort die zul?ssigen Grenzwerte überschreitet.

In diesem Projekt wurde untersucht, ob sich die  Software ?COMSOL Multiphysics 5.6“ zur Berechnung der elektrischen Feldst?rken in HVDC-Transformatoren bei Mischspannungsbeanspruchung und bei dynamischen Spannungsbeanspruchungen eignet. Die Untersuchungen erfolgen an einem realistischen HVDC-Isolationssystem.