Fachtagung Polymere Isolierstoffe in der Elektrotechnik
Die Fachtagung polymerer Isolierstoffe richtet sich an Hersteller, Anwender, Beratungsunternehmen und Institutionen. In dieser Fachtagung soll das Verhalten von polymeren Isolierstoffen, ihrer Grenzflächen und der Modellierung und der Eigenschaftsanpassung mit Füllstoffen interdisziplinär diskutiert werden. Daher richtet sich die Fachtagung an Hersteller, Anwender, Beratungsunternehmen und Institutionen in den Bereichen Elektrotechnik, Werkstofftechnik und Chemie. Die Fachtagung bietet eine Plattform zur Präsentation und Diskussion aktueller Fragestellungen aus Industrie und Forschung. Dabei stehen drei Schwerpunktthemen im Fokus. Die Vorträge und Posterbeiträge dienen als Impulse für die Diskussion zu aktuellen und zukünftigen Herausforderungen und Lösungsansätzen. Weiterhin wird die Möglichkeit eröffnet, in offener Atmosphäre den Erfahrungsaustausch zu suchen. Die wissenschaftliche Leitung der Fachtagung hat Prof. Dr.techn. Stefan Kornhuber inne. Der wissenschaftliche Review-Beirat wird je Fachtagung entsprechend der Schwerpunktsetzung zusammengestellt. Die Veranstaltung wird durch den VDE Dresden e.V. in Zusammenarbeit mit der Energietechnischen Gesellschaft im VDE (VDE ETG) durchgeführt.
INVESTIGATIONS OF THE FREQUENCY AND ELECTRIC FIELD STRENGTH DEPENDENCE OF FIELD GRADING MATERIALS FOR MEDIUM VOLTAGE CABLE ACCESSORY
This contribution documents the preliminary investigations on two different elastomeric field grading materials designed for medium voltage cable accessory. The dielectric properties of the materials are determined under variable frequencies and electric field strengths, measured using three different setups. The experimental results provide fundamental insights into the material behaviour under high frequency stress and can be implemented in the future to model field grading behaviour under the influence of harmonics.
Copyright (c) 2024 Jun Ting Loh https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
NORMUNGSINITIATIVE ADDITIVE FERTIGUNG IN DER ELEKTROTECHNIK GEDRUCKTE MULTIMATERIALSYSTEME ALS SCHLÜSSEL FÜR PRODUKTINNOVATIONEN UND NEUE TECHNOLOGIEN
Leitermaterialien gewährleisten in Kombination mit – meist polymeren – Isolierstoffen in elektrischen Isoliersystemen grundlegende elektrische Funktionalität. Ferner bilden Druckverfahren zum Aufbau elektronischer Baugruppen und gedruckter Schaltungsträger (Leiterplatten), aber auch in der Mikroelektronik, seit langer Zeit den Stand der Technik ab. Additive Fertigungsverfahren ergänzen als neue, hochinnovative Technologie die etablierten Verfahren und eröffnen für verschiedene elektrotechnische Technologiefelder völlig neue Möglichkeiten. Anwendungen finden sich u.a. im Bereich der (ggf. dreidimensionalen) gedruckten Elektronik, der Mechatronik und Sensorintegration, aber auch in der elektrischen Energietechnik, dem Elektromaschinenbau und der Hochspannungstechnik sowie für die Elektromobilität. Mittlerweile beginnt sich die vergleichsweise anspruchsvolle additive Fertigung von Multimaterialsystemen technologisch zu etablieren. Offen ist derzeit jedoch, in welcher Weise das elektrotechnische Normenwerk an die neuen Technologien angepasst werden kann und muss. Hierbei sind nicht nur Aspekte der elektrotechnischen Funktionalität, sondern auch prozessrelevante Informationen sowie Nachhaltigkeits- und Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Seitens der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) versuchen daher die Technischen Komitees IEC TC 15 (Solid electrical insulating materials), IEC TC 91 (Electronics assembly technology), IEC TC 112 (Evaluation and qualification of electrical insulating materials and systems) und IEC TC 119 (Printed Electronics) gemeinsame Wege zur Entwicklung zukünftiger Normen zu finden. Hierzu ist eine Kooperation mit dem für die Normung Additiver Fertigungsverfahren zuständigen Komitee ISO/TC 291 (Additive Manufacturing) der Internationalen Organisation für Normung (ISO) im Rahmen einer Joint Working Group geplant. ISO/TC 291 erarbeitet Nomen für die additive Fertigung außerhalb der Elektrotechnik und kooperiert dabei in vielen Fällen mit der amerikanischen Normungsorganisation ASTM. In Deutschland werden diese Aktivitäten seitens der zuständigen Nationalen Normungsorganisationen, dem Deutschen Institut für Normung (DIN) und der Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE (DKE), koordiniert.
Copyright (c) 2025 Hansgeorg Haupt, Michael Schleicher https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
ACCELERATED PD-AGING OF SOLID INSULATING MATERIALS UNDER HIGH FREQUENCY HIGH VOLTAGE STRESS
Due to an increased integration of power electronic components in power grids and the continuous development of power semiconductors, insulation materials are exposed not only to high electric fields but simultaneously to strongly increased frequencies. This combination poses greater stress on most insulating materials compared to conventional operation. Thereby, both, their short- and long-term be- havior can be negatively affected. Due to higher dielectric losses and the associated heat generated leading to accelerated aging of the material. The aim of this study is to investigate the aging behavior of solid insulating materials under the presence of partial discharges at high frequency test voltages. These results are compared with aging under 50 Hz stress. For this purpose, various long-term studies are conducted on epoxy resin test samples at different frequencies and voltage waveforms. As test voltages, both, sinusoidal high frequency high voltages (HFHV) and so-called mixed-frequency high voltages (MXF-HV) are used. The high frequencies range from 20 kHz to 2.5 MHz. As indicators of the test sam- ples aging state the change of the dielectric parameters as well as the breakdown field strengths of the test samples are examined. In addition, the reduction in lifetime due to different partial discharge aging stresses is evaluated.
Copyright (c) 2024 Michael Kempf, Myriam Koch https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
In diesem Beitrag wird zunächst in einer Übersicht ein Vergleich einiger gängiger Chemien dargestellt, die im Bereich Isolation von elektrischen und elektronischen Bauteilen zum Einsatz kommen. Benötigt man eine Kombination aus guter Temperaturbeständigkeit und Elastizität, sind Silikone die Polymere der Wahl. Im Folgenden wird dann die Temperaturbeständigkeit von Silikonen betrachtet und die wie die bereits gute Temperaturbeständigkeit von Silikonen noch weiter verbessert werden kann. Abschließend folgen einige Anwendungsbeispiele.
Copyright (c) 2024 Andreas Steinmann https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
SIMULATION ANALYSIS OF THE DIELECTRIC POLARIZATION IN LIQUID SILICONE RUBBER
In this paper, the dielectric behavior of an unprocessed Liquid Silicone Rubber (LSR) sample has been investigated via the approximation of intermittent Polarization and Depolarization Current (PDC) measurements based on Debye’s theory. The extended Debye models are compared with regard to the number of required relaxation branches as well as their time constants. It was found that the depolarization of LSR could be modeled predominantly by five distinct Debye models, while the polarization was reconstructed by a span of four to eight, indicating a comparatively high dispersion. The time constants (TC) of these components change in a convergent manner with progressing measurement cycles, which are analyzed in terms of their correspondence to the individual constituents of LSR. Furthermore, it was observed that the polarization current is reduced with increasing number of measurements, which was ascribed to the presence of an additional Debye relaxation, that was not captured due to the relatively short time period of the measurement cycles. A contrast thereof to an analytical description was also presented as a further verification.
Copyright (c) 2024 Deniz Targitay, Markus Bier, Markus H. Zink, Maja Kobus https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
HARZSELEKTION ALS SCHLÜSSEL ZUM FILAMENT-KÄFIG- DESIGN FÜR ÜBERSPANNUNGSABLEITER
Durch sorgfältige Materialauswahl, vor allem im Bereich der faserverstärkten Kunststoffe, und maßge- schneidertem Design entstand eine neue Überspannungsableiterserie, die eine herausragende Kurz- schlussfestigkeit, Medienbeständigkeit, skalierbare Mechanik sowie Vibrationswiderstandfähigkeit, bei gleichzeitig kompakter und leichter Bauweise, aufweist. Die Verstärkungsstruktur ist auf unterschied- lichste Bedürfnisse anpassbar. Das Harz war für den Entwicklungsprozess die Schlüsselkomponente, da dessen Eigenschaften direkt zum Erfolg oder Misserfolg des Überspannungsableitersdesigns führ- ten. Das entstandene Baukastenprinzip, welches flexibel für verschiedene Geometrien verwendbar ist, wird aktuell nur durch die zur Verfügung stehenden Produktionsmaschinen begrenzt.
Copyright (c) 2024 Thomas Paalhorn https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
ZUR BEWERTUNG DER EINFLÜSSE AUF DIE PRÜFUNG DER DURSCHLAGFESTIGKEIT POLYMERER ISOLIERSTOFFE
Dieser Beitrag dient der zusammenfassenden Darstellung der versuchstechnischen Parameter, die die Bestimmung der Durchschlagfestigkeit polymerer Isolierstoffe beeinflussen. Da die Messmethode verschiedene spezifische Ausprägungen besitzt, sei angemerkt, dass hier ausschließlich die Untersuchung polymerer Plattenprüflinge betrachtet wird. Der Fokus soll dabei gezielt auf den vorbereitenden Tätigkeiten, wie der Einbettung der Probekörper sowie dem Einfluss der Elektrodenanordnung liegen, da hier viele Feinheiten einer präzisen Ausführung bedürfen, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Hierzu werden mehrere Versuchsreihen aus zwei verschiedenen Laboren mit verschiedenen Parametern in einer Bewertungsmatrix gegenübergestellt und evaluiert. Die Auswahl des Prüfmaterials und der Elektrodenform zeigen sich hierbei als die entscheidenden Faktoren, wie auch durch die Ergebnisse der Versuche bestätigt wird.
Copyright (c) 2024 Sebastian Braun, Henry Hirte, Peter Werle, Stefan Kornhuber https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
NUMERISCHE SIMULATION VON FELDSTEUERUNGSMATERIALIEN IN GASISOLIERTEN HOCHSPANNUNGSGLEICHSTROMROHRLEITERN
Gasisolierte Rohrleiter bestehen aus einem geerdeten Gehäuse, isolierendem Gas und einem Innen- leiter, welcher durch einen Stützhalter aus isolierendem Feststoff in Position gehalten wird. Als Isolier- gas wird meist Schwefelhexalfluorid (SF6) verwendet und für den Stützhalter isolierendes Epoxidharz. Unter Gleichstrombedingungen kommt es zu Raumladungsakkumulationen im Isoliermaterial, welche in einem lokalen Anstieg der elektrischen Feldstärke resultiert und damit zu einer Teilentladung oder Gefährdung des sicheren Betriebs des Systems führen kann. Insbesondere die Grenzfläche zwischen fester Isolierung und Gasisolierung ist empfindlich gegenüber hohen elektrischen Feldstärken. Um hohe elektrische Feldstärken zu minimieren sind nichtlineare Isoliermaterialien, eingesetzt als Feld- steuerungstechnik, derzeitiger Gegenstand der Forschung. Diese Art der Feldsteuerung kann durch verschiedene Techniken und Materialien angewendet werden, welche hier mit numerischen Feldsimu- lationen untersucht werden. Dabei kommen polymere Verbundwerkstoffe als Füllstoffe für den Stütz- halter zum Einsatz, dessen elektrische Leitfähigkeit eine nichtlineare Abhängigkeit vom elektrischen Feld haben und ab gewissen kritischen Feldstärken in eine Erhöhung der Leitfähigkeit resultieren und damit die Feldbelastung minimieren. In dieser Arbeit werden verschiedene Materialien und dessen Auswirkungen auf die elektrische Feldverteilung in Hochspannungsgleichstromrohrleitern untersucht. Die Ergebnisse werden mit anderen Feldsteuerungstechniken, wie der gezielten räumlichen Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit durch Füllstoffe mit konstanter Leitfähigkeit, verglichen.
Copyright (c) 2024 Hendrik Hensel, Markus Clemens https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
ADDITIVE FERTIGUNGSVERFAHREN FÜR POLYMERE UND MULTIMATERIALSYSTEME – EIN ÜBERBLICK
Durch die Nutzung der additiven Fertigung können innovativen Ideen mit einer großen Designfreiheit und einer weitgehenden Geometrieunabhängigkeit in einem kurzen Zeitraum realisiert werden. Ziel des Multi-Material-3D-Drucks ist die Kombination von Materialien in einem Bauteil/ System mit unterschiedlich definierten Eigenschaften wie z.B. elektrisch leitfähig und elektrisch isolierend, dicht und porös, hart und duktil. Es wird ein Überblick über die additive Fertigung von Polymeren und Multimaterialsystemen gegeben. Insbesondere werden hierbei erste Lösungen bei der Kombination von elektrischen und isolierenden Multimaterialsystemen vorgestellt.
Copyright (c) 2024 Matthias Schulze, Sebastian Scholz, Lukas Boxberger https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
UNTERSUCHUNG ZUM TEILENTLADUNGSVERHALTEN VON GLASFASERVERSTÄRKTEN EPOXIDHARZEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DES GLASFASER-HARZ VERHÄLTNISSES UND DER VERGUSSMETHODE
Das primäre Ziel dieser Studie besteht darin, einen Beitrag zu den Möglichkeiten für die Analyse des Teilentladungsverhaltens von Verbundstoffisolierungen für die Anwendung in Trockentransformatoren zu erbringen. Eine Methode für die Herstellung der notwendigen Prüfkörper, welche infolge der hohen Kosten die Untersuchungen dieser Art einschränken, wird diskutiert. Diese sollte in erster Stelle ermöglichen, das Verhältnis zwischen organischer Matrix (Harz) und anorganischer Komponente (Glasfaser) genau zu bestimmen. Es werden die unterschiedlichen Aspekte von zwei Prüfanordnungen, welche sich in der Art des Umbettungsmittels unterscheiden, vorgestellt. Bei der ersten Konfiguration wird ein mit Isolierflüssigkeit gefülltes Gefäß, das zwei Rogowski-Profil-Elektroden beherbergt, zwischen denen die Prüfkörper gespannt werden, verwendet. Bei der zweiten Konfiguration werden die Prüfobjekte im Epoxidharz vergossen und in einem mit Isolierflüssigkeit gefüllten Gefäß getestet. Ziel dabei ist, Oberflächenentladungen am Tripelpunkt (Isolierflüssigkeit, Verbundstoff, Metall), auszuschließen. Es wird auf die Vorteile der Anwendung natürlicher Estere als Einbettmittel im Gegensatz zu Mineralöl bei den Messungen eingegangen. Zur Detektion der Teilentladungsphänomene wird eine Messkonfiguration gemäß der Norm IEC 60270 eingesetzt.
Copyright (c) 2025 Javier Torres, Laureen Stahl, Peter Werle https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
PARTIAL DISCHARGE AGING OF POLYMERIC INSULATION FOIL UNDER HARMONIC DISTORTED VOLTAGE STRESS
The partial discharge aging of polyethylene terephthalate (PET) foil with permanent surface discharge stress is investigated using different harmonic distorted voltage waveforms. Distorted voltage waveforms alter the partial discharge behavior of insulation arrangements by affecting characteristics such as the apparent charge and repetition rate. Consequentially, an influence of the harmonic distorted voltages on the partial discharge aging of insulation materials is expected. The goal of this contribution is to identify the influence of the different harmonic voltage waveforms on the lifetime of the PET foil when constantly exposed to surface discharges.
Copyright (c) 2024 Thomas Linde, Stephan Schlegel https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
SILICONE FÜR DIE HOCHSPANNUNGSTECHNIK - EIN ÜBERBLICK MIT FOKUS AUF MODERNE VERNETZUNGSSYSTEME
Der Beitrag beleuchtet nach einem kurzen Abriss zur Geschichte der Silicone den Stand der Anwendung dieser Materialien im Bereich der Mittel- und Hochspannungs-Isoliertechnik. Im zweiten Teil werden die für die Formteilherstellung gängigen Vernetzungsverfahren diskutiert und dabei auch auf das noch neue Verfahren der UV-initiierten Additionsvernetzung von Siliconkautschuken eingegangen.
Copyright (c) 2024 Jens Lambrecht, Christiane Bär, Konrad Hindelang https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
DIFFUSION BEHAVIOUR OF LUBRICANTS IN POLYMERIC INSULATION MATERIALS
The diffusion of lubricants in insulation materials, which is the core parameter of the electrical and mechanical long-term behaviour of solid insulation interfaces, is studied. In this paper the focus is put on pluggable and non-pluggable slip-on cable accessories. Therefore, four different greases, based either on silicone or PTFE as well as a silicone oil, are under investigation on material samples. Grease generally consists of a stabilizer and an oily phase. The diffusion of grease depends both on the solid insulation material and on the grease itself. The highest diffusion can be measured by the combination of a silicone grease and silicone rubber. However, for silicone rubber there are low and no diffusion lubricants available. The diffusion in EPDM, EP and XLPE is commonly much lower. In EP and XLPE, no type-dependency of the grease can be observed. With the knowledge of the diffusion behaviour, the desired interface properties can be achieved for the whole lifespan of the high voltage equipment.
Copyright (c) 2024 Lucas Höfer, Marcel Heckel https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
ABLEITSTROMMESSUNG AN SILIKON-VERBUNDISOLATOREN IM FELDVERSUCH EHIGHWAY SCHLESWIG-HOLSTEIN
Im Rahmen des Feldversuchs eHighway Schleswig-Holstein (FeSH) wurde an einer Oberleitungsanlage für elektrische LKWs beobachtet, dass sich auf Grund des witterungsbedingten Streumitteleinsatzes eine salzhaltige Fremdschicht auf den Anlagenisolatoren bildet, welche Kriechströme zur Folge hat. Um die auftretenden Ströme messtechnisch zu erfassen, wurde durch die Technische Universität Dresden und die Siemens Mobility GmbH ein dauerhaftes Messsystem entwickelt und an zwei Standorten in der Anlage installiert. Neben dem Aufbau des Messsystems sollen die angewandte Auswertemethodik und erste Ergebnisse aus den laufenden Untersuchungen dargestellt werden.
Copyright (c) 2024 Markus Schiebel, Markus Werner, Markus Staub, Arnd Stephan https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
Copyright (c) 2024 Jun Ting Loh, Mario Dreßler, Stefan Kornhuber, Irina Ovsyanko, Kai-Uwe Bentkowski https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0