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Konditionierungsverhalten von Hochspannungsvakuumanordnungen bei inhomogener Feldverteilung

Psotta, T. (2017):
Konditionierungsverhalten von Hochspannungsvakuumanordnungen bei inhomogener Feldverteilung.
Darmstadt, Technische Universität, [Online-Edition: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/5978],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Der Einsatz von Vakuumschalttechnik im Hochspannungsbereich führt zu neuen Her-ausforderungen für Entwickler von Vakuumschaltröhren. Durch die größeren Abmes-sungen ist eine Feldsteuerung nötig, die mithilfe mehrerer Metalldampfschirme realisiert wird. In dieser Arbeit werden Prüfkörper mit verschiedenen Metalldampfschirmmodellen un-tersucht. Zur Ermittlung einer Spannungsfestigkeit müssen die Prüfkörper als erstes konditioniert werden. Beim Konditionieren mit Normblitzstoßspannung ist es nicht möglich, eine Spannungsfestigkeit anzugeben. Durch die Veränderung des Spannungsimpulses kön-nen jedoch Ergebnisse erzielt werden, mit denen das möglich ist. Die Impulsform ist davon abhängig, wie groß die verwendeten Elemente im Impulserzeugungskreis sind. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Auswirkung einzelner Parameter auf den Konditi-onierungsverlauf und damit, welche Faktoren für einen optimalen Konditionierungsver-lauf wichtig sind. Trotz der besseren Ergebnisse durch einen optimierten Konditionierungskreis ist die Streuung relativ hoch. Aus diesem Grund wird neben dem Einfluss der Kreisparameter auch untersucht, in wieweit sich Fertigungstoleranzen industriell gefertigter Vakuum-schaltröhren auf das dielektrische Verhalten auswirken. Es wird überprüft, wie groß die Exzentrizität der Metalldampfschirme und der Keramik ist, und ob es einen Zusammen-hang zwischen der Stelle mit dem geringsten Abstand zwischen Keramik und Metall-dampfschirm und dem vermehrten Auftreten von Durchschlägen gibt. Des Weiteren wird untersucht, ob es eine Korrelation zwischen den Stellen, an denen es häufig zum Durchschlag gekommen ist, und der dort befindlichen Oberflächenrauheit gibt. Mithilfe einer FEM Simulation werden die experimentell gefundenen Ergebnisse weiter analy-siert. Es werden die Stellen mit der höchsten Feldbeanspruchung identifiziert und mit den Stellen der tatsächlich auftretenden Durchschlägen verglichen. Aus den Ergebnissen lassen sich zwei Erkenntnisse ableiten: zum einen, dass der Kondi-tionierungsvorgang hauptsächlich von der Ladungsmenge abhängt und zum anderen, dass der Tripelpunkt Keramik-Elektrode-Vakuum in hohem Maße die dielektrische Fes-tigkeit einer Vakuumanordnung beeinflusst.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2017
Creators: Psotta, T.
Title: Konditionierungsverhalten von Hochspannungsvakuumanordnungen bei inhomogener Feldverteilung
Language: German
Abstract:

Der Einsatz von Vakuumschalttechnik im Hochspannungsbereich führt zu neuen Her-ausforderungen für Entwickler von Vakuumschaltröhren. Durch die größeren Abmes-sungen ist eine Feldsteuerung nötig, die mithilfe mehrerer Metalldampfschirme realisiert wird. In dieser Arbeit werden Prüfkörper mit verschiedenen Metalldampfschirmmodellen un-tersucht. Zur Ermittlung einer Spannungsfestigkeit müssen die Prüfkörper als erstes konditioniert werden. Beim Konditionieren mit Normblitzstoßspannung ist es nicht möglich, eine Spannungsfestigkeit anzugeben. Durch die Veränderung des Spannungsimpulses kön-nen jedoch Ergebnisse erzielt werden, mit denen das möglich ist. Die Impulsform ist davon abhängig, wie groß die verwendeten Elemente im Impulserzeugungskreis sind. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Auswirkung einzelner Parameter auf den Konditi-onierungsverlauf und damit, welche Faktoren für einen optimalen Konditionierungsver-lauf wichtig sind. Trotz der besseren Ergebnisse durch einen optimierten Konditionierungskreis ist die Streuung relativ hoch. Aus diesem Grund wird neben dem Einfluss der Kreisparameter auch untersucht, in wieweit sich Fertigungstoleranzen industriell gefertigter Vakuum-schaltröhren auf das dielektrische Verhalten auswirken. Es wird überprüft, wie groß die Exzentrizität der Metalldampfschirme und der Keramik ist, und ob es einen Zusammen-hang zwischen der Stelle mit dem geringsten Abstand zwischen Keramik und Metall-dampfschirm und dem vermehrten Auftreten von Durchschlägen gibt. Des Weiteren wird untersucht, ob es eine Korrelation zwischen den Stellen, an denen es häufig zum Durchschlag gekommen ist, und der dort befindlichen Oberflächenrauheit gibt. Mithilfe einer FEM Simulation werden die experimentell gefundenen Ergebnisse weiter analy-siert. Es werden die Stellen mit der höchsten Feldbeanspruchung identifiziert und mit den Stellen der tatsächlich auftretenden Durchschlägen verglichen. Aus den Ergebnissen lassen sich zwei Erkenntnisse ableiten: zum einen, dass der Kondi-tionierungsvorgang hauptsächlich von der Ladungsmenge abhängt und zum anderen, dass der Tripelpunkt Keramik-Elektrode-Vakuum in hohem Maße die dielektrische Fes-tigkeit einer Vakuumanordnung beeinflusst.

Place of Publication: Darmstadt
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electrical Power Systems > High Voltage Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electrical Power Systems
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
Date Deposited: 02 Feb 2017 20:55
Official URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/5978
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-59787
Referees: Hinrichsen, Prof. Dr. Volker and Schichler, Prof. Dr. Uwe
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 13 December 2016
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
The use of vacuum circuit breaker technology in the high voltage level leads to new challenges for developers of vacuum interrupters. The larger dimensions of the vacuum bottle needs a field control system, which will be realised by multiple vapour shields. In this study, specimens with various metal vapour shield models are examined. To determine a dielectric strength, the test specimens have to be conditioned first. When conditioning with standard lightning impulse withstand voltage, it is not possible to specify certain withstand voltage. By changing the shape of the voltage pulse, the achieving of a certain withstand voltage is possible. The pulse shape is dependent on the values of the elements used in the pulse generating circuit. This paper deals with the impact of individual parameters on the conditioning behaviour and thus the factors for an optimal conditioning process. Despite the better results through an optimized conditioning circuit, the scattering is relatively high. For this reason, not only the circuit parameters were investigated, the impact of manufacturing tolerances of industrially manufactured vacuum interrupters were investigated, too. It was checked how large the eccentricity of the metal vapour shields and ceramic are, and whether there is a connection between the point with the least distance between ceramic and metal vapour shield and the increased occurrence of arcing. Furthermore, it was also examined, whether there is a correlation between the locations where flashovers occur often and the surface roughness located there. Using a FEM simulation, the experimental data was further analysed. Places with high field stress were identified compared with places, were arcs actually originate. From the results two findings can be drawn: Firstly, that the conditioning process de-pends mainly on the amount of charge, and secondly, that the triple point ceramic-electrode-vacuum affect the dielectric strength of a vacuum insulated electrode ar-rangement highly.English
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