Das Dynamische Tropfen-Prüfverfahren bei gleichgerichteter Spannung unter Einfluss der Welligkeit

Abstract:
Die immer weiter verbreitete Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) stellt die eingesetzten Komponenten und Materialien vor neue Herausforderungen. Es herrschen andere Belastungen und Effekte vor, die bei der sonst üblichen Wechselspannung nur eine untergeordnete Rolle spielen oder gar vernachlässigt werden können. Hierzu gehören beispielsweise die Polarisierung sowie Oberflächenladungen. Die in der Realität vorkommenden Spannungen sind jedoch keine ideal glatten Gleichspannungen, sondern weisen auch andere Spannungsanteile auf. So haben reale Gleichspannungen zumeist eine geringe Welligkeit. Dieser Spannung sind entweder Oberwellen oder Kombinationen daraus überlagert. Dies kann zu unterwarteten und bisher schwer erklärbaren Phänomenen führen, wenn man nur von idealen Gleichspannungen ausgeht. Viele Prüfverfahren für Systeme oder Materialien, die sich bei Wechselspannung etabliert haben, benötigen dementsprechend eine Modifikation, um den neuen Bedingungen gerecht zu werden. Eines der genutzten Materialprüfverfahren ist das dynamische Tropfen-Prüfverfahren (engl. Dynamic Drop Test, DDT), welches in der Cigré Arbeitsgruppe D1.14 entwickelt wurde. Bei diesem Verfahren liegt eine definierte Wechselspannung über einem schräg eingespannten Prüfling an. Über diesen Prüfling läuft von der oberen zur unteren Elektrode eine bestimmte Menge Flüssigkeit mit einer definierten Leitfähigkeit. Während der mehrere Stunden dauernden Materialprüfung wird der Kriechstrom gemessen. Das Abschaltkriterium wird erreicht, wenn der Kriechstrom eine gewisse Zeit über einer festen Amplitude liegt. Zur Beurteilung verschiedener Materialien untereinander wird hierzu die Messdauer bis zur Abschaltung bestimmt und mit anderen Materialien bei den gleichen Parametern verglichen. Um mit dem dynamischen Tropfen-Prüfverfahren Isolationsmaterialien für die Verwendung bei HGÜ zu untersuchen, müssen folglich die Prüf- und Abschaltkriterien neu festgelegt werden. Verschiedene Ansatzpunkte für den Transfer von Wechsel- auf Gleichspannung sind denkbar. Zu den zu bestimmenden und variierenden Parametern gehören beispielsweise die Leitfähigkeit der Lösung, die Spannungshöhe, das Abschaltkriterium mit Stromamplitude sowie Dauer und auch die Spannungsform. So wird der modifizierte Prüfaufbau vorgestellt, bei dem hier eine gleichgerichtete Spannung zur Belastung der Prüflinge verwendet wird. Diese Spannung ist jedoch keine ideale Gleichspannung, sondern besitzt eine bestimmte Welligkeit bzw. Überlagerung. Der Einfluss des Welligkeitsfaktors auf die Messungen wird näher untersucht. Hierzu werden Messungen mit den gleichen Parametern und dem gleichen Material bei unterschiedlicher Welligkeit durchgeführt und verglichen.