Forschungsprofil des Fachgebiets Hochspannungstechnik und Asset Management

Als Folge der Liberalisierung der elektrischen Energieversorgung sind in den letzten Jahren der Bedarf und das Interesse an Maßnahmen zur Zuverlässigkeitserhöhung, Instandhaltungsoptimierung und Lebensdauerverlängerung der Betriebsmittel (Assets) signifikant gestiegen. Zu diesem Zweck sind Zuverlässigkeits- und Instandhaltungsmodelle der elektrischen Betriebsmittel und Netzwerke von besonderer Bedeutung. Auf Basis der durch die Zustandsüberwachung erfassten Daten soll ein KI-System (künstliche Intelligenz) den Ist-Zustand des Assets bewerten und darüber Auskunft geben, welches Ausfallrisiko vorliegt, z.B. infolge von erkannten Fehlern innerhalb der Komponenten oder durch die Alterung bedingt durch elektrische, thermische und mechanische Beanspruchungen. Unter Berücksichtigung von diversen Modellen kann dann die Optimierung aller Instandhaltungsmaßnahmen vorgenommen werden, um somit das Ausfallrisiko zu minimieren und damit die Betriebszuverlässigkeit zu maximieren. Die am Schering-Institut laufenden Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit der Erarbeitung der für ein solches Asset Management (AM) notwendigen Grundlagen und der Optimierung der AM-Strategien mit Hilfe mathematischer Modelle. 

Feste Isolierstoffe für Mittel- und Hochspannungsanwendungen sowie im Bereich der Elektromobilität werden permanent optimiert, angepasst und neu entwickelt, da sich die Anforderungen an die Materialien kontinuierlich verändern. Bei den Untersuchungen am Schering-Institut stehen Papier, Polymere, Elastomere, Duroplaste und Reaktionsharz­formstoffe, die ggf. mit Nanopartikeln modifiziert werden, im Vordergrund. Die Alterungs- und Lebensdauerbestimmung dieser Feststoffe in Abhängigkeit von Temperaturwechsel­beanspruchungen und verschiedenen mechanischen und elektrischen Beanspruchungen werden untersucht, um die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Isoliermaterialien zu verbessern. Bei den Spannungsbeanspruchungen wird zwischen Stoßspannung, Impulsspannungen hoher Frequenz, Wechsel- und Gleichspannung, sowie kombinierter Spannungsbeanspruchung unterschieden, wobei für den Einfluss von bestimmten Spannungsbeanspruchungen noch umfangreiche Grundlagenforschung notwendig ist. Für die Beurteilung der Qualität dieser Isolierstoffe kommen neben den Spannungsbeanspruchungen auch Teilentladungsmessungen sowie die Erfassung von dielektrischen Kenngrößen zum Einsatz, wobei permanent neue Diagnoseverfahren entwickelt werden, die eine kontinuierliche Erfassung relevanter Daten ermöglichen und damit zu einer Verbesserung der Bewertung und der Lebensdauerabschätzung führen sollen.  

Die Teilentladungsmessung besitzt in der Hochspannungstechnik eine besondere Bedeutung, da mit Hilfe dieses Verfahrens kleinste Schwachstellen in der Isolierung von Hochspannungskomponenten erkannt werden können. Forschungsschwerpunkte in diesem Bereich sind nach wie vor neue Verfahren der Detektion, der Auswertung von Teilentladungssignalen und insbesondere der Ortung der Teilentladungsquelle, wobei für die Teilentladungsmesstechnik unter Gleichspannungsbeanspruchung noch umfangreiche Grundlagenforschung notwendig ist, die dann auch noch in entsprechende Normen einfließen muss. An diesen Themen forscht das Schering-Institut intensiv in enger Kooperation mit der Industrie und anderen Hochschulen und Universitäten. Neben diesen klassischen Gebieten erlangt die Teilentladungsdiagnostik aber auch im Bereich der Elektromobilität zunehmende Bedeutung, so dass auch hier vermehrt Untersuchungen und Entwicklungen in Kooperation mit Automobilherstellern stattfinden.

Auf diesen Arbeitsgebieten werden Untersuchungen an Blitzschutzeinrichtungen hinsichtlich der Stromtragfähigkeit und Stromaufteilung durchgeführt, wobei insbesondere das Zusammenwirken von metallischen Komponenten und Kohlefaser-verbundwerkstoffen langjährig untersucht wurde. Ferner wird die Beeinflussungen von Blitzentladungen auf Leitungen in Abhängigkeit ihres Aufbaues, ihrer Lage und ihrer Einkoppelungswege analysiert und die Nachbildungen direkter und indirekter Effekte einer Blitzentladung werden an Komponenten und Modellanordnungen vorgenommen. Mit einem empfindlichen Videosystem ist auch eine Funkendetektion im Innenraum einer Modellanordnung möglich, so dass eine Bewertung der verschiedenen Verbindungselemente hinsichtlich ihrer Stromtragfähigkeit und Funkenbildung möglich ist. Die Ergebnisse können für eine Verbesserung der Blitzschutzmaßnahmen und zur Modifikation von Empfehlungen von Blitzschutzmaßnahmen für zukünftige Konstruktionen genutzt werden.