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Chair of Electromagnetic Theory


Prof. Dr. rer. nat. Markus Clemens

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[Translate to English:] AiF e.V. Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungs-vereinigungen "Otto von Guericke" e.V.

[Translate to English:] (Nr. 15455 N /FSt.3)

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Mikrovaristoren in polymeren Isoliersystemen - Klärung der Einsatz-möglichkeiten in der elektrischen Energietechnik und Untersuchungen zum Betriebsverhalten

 

Mitarbeiter:

Ye, Hanyu, M.Sc. (EE)

 

Kooperationspartner:

Hinrichsen, Volker, Prof. Dr.-Ing. (TU Darmstadt, FG Hochspannungstechnik); Weida, Daniel, Dipl.-Ing. (Helmut-Schmidt-Universität / UniBW Hamburg); 16 weitere Projektpartner aus der Industrie (ABB, Aenea, cmc Klebetechnik, GISMA, HSP, Krempel, Lackwerke Peters, Lapp Insulators, Momentive, Pfisterer, RCC Polymertechnik, Siemens, Synflex, von Roll, Wacker, ZVEI)


Projektbeschreibung:

In dem beantragten Gemeinsschaftsforschungsprojekt im Rahmen einer Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) durch den Arbeitskreis Industrieforschung (AIF) sollen geeignete Simulationswerkzeuge entwickelt werden, mit denen potentielle Anwendungen von neuartigen mikrovaristorgefüllten polymeren Isolierstoffen theoretisch vorgeklärt werden können. Es sollen hierzu mit K Projektpartner Prüf- und Modellanordnungen sowie charakterisierende Prüfverfahren erarbeitet werden. Erfolgversprechende Anwendungen sollen in Teilarbeitsgruppen realisiert und experimentell untersucht werden. Fragen der Verarbeitbarkeit sollen geklärt werden einschließlich solcher Aspekte wie Fertigungssicherheit, Reproduzierbarkeit und Konstanz der charakteristischen elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Schließlich soll der Komplex Alterungsverhalten/Lebensdauer mit dem Ziel bearbeitet werden, geeignete Anforderungen und Prüfverfahren zu entwickeln und neue mikrovaristorgefüllte oder mikrovaristorbeschichtete Isoliersysteme wie z.B. beschichtete Langstabisolatoren, Endenglimmschutzsysteme in elektrischen HV-Maschinen und Kabelendverschlüsse auf dieses Verhalten hin zu untersuchen und ggf. zu optimieren. Grundsätzlich sollen im experimentellen Teil neben reinen Materialbetrachtungen immer auch Betrachtungen des jeweiligen Gesamtsystems angestellt werden, um beispielsweise Grenzflächenprobleme oder designspezifische Probleme erkennen zu können. Auch soll immer der Vergleich zu bereits am Markt vorhandenen Materialien und Anordnungen angestellt werden, um Vor- und Nachteile des neuen Materials nach technischen wie auch wirtschaftlichen Gesichtspunkten bewerten zu können. Der Beitrag des Lehrstuhls TET liegt in der auf die Projektziele hin abgestimmte Entwicklung und Anwendung geeigneter numerischer Simulationsverfahren für nichtlineare Mikrovaristor-gefüllte Funktionsschichten zur Entwicklung und Optimierung refraktiver Feldsteuerungen in komplexen Bauteilen der Hochspannungstechnik. Basis dieser Forschungsarbeiten ist der am Lehrstuhl TET entwickelte Finite-Elemente-Forschungssimulationspaket MEQSICO (Magnet-/Electro-Quasistatic SImulation COde)


 


Laufzeit:

2008-2010 (ab 10/2009 an der BUW)

 

Drittmittelgeber:

AiF e.V. Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.


Schlagworte:

Elektrische Energieübertragung, Hochspannungstechnik,  nichtlineare Feld-steuerung, Numerische Feldberechnungen


Veröffentlichungen:

  • D. Weida, T. Steinmetz, M. Clemens: Electro-Quasistatic High Voltage Field Simulations of Large Scale Insulator Structures Including 2D Models for Nonlinear Field Grading Material Layers, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 45, No. 3, pp. 980-983, March 2009.
  • D. Weida, T. Steinmetz, M. Clemens: Simulation des elektrischen Verhaltens von polymeren Isoliersystemen mit Mikrovaristoren, RCC Fachtagung „Werkstoffe“, Berlin, Germany, 06.-07.05.2009. Tagungsband, p.75 – 86.
  • D. Weida, T. Steinmetz, M. Clemens: Advanced Simulation Methods for Components in High-Voltage Systems Using Nonlinear Electric Field Stress Grading Materials, 8th International Symposium on Electric and Magnetic Fields (EMF 2009), Mondovi, Italy, 26.-29.05.2009. Book of Summaries, pp. 15-16 (ISSN: 2030-546X).
  • D. Weida, T. Steinmetz, M. Clemens: Improved Accuracy of Electro-Quasistatic Simulations of Large-Scale 3D High Voltage Equipment Including Nonlinear Field-Grading, 17th Conference on the Computation of Electromagnetic Fields (COMPUMAG 2009), Florianopolis, Brasilien, 25.-29.11.2009. Extended Abstract; Proceedings, p. 123-124.
  • D. Weida, S. Böhmelt, M. Clemens: Design of ZnO Microvaristor Corona Protection for Electrical Machines, Conference record of the 2010 IEEE International Symposium on Electrical Insulation (ISEI 2010), San Diego, USA, 06.-10.06.2010, p. 648-651. (ISBN: 978-1-4244-6301-5, ISSN: 1089-084X, IEEE Catalog No. CFP101SE-ART).
  • D. Weida, T. Steinmetz, M. Clemens: Improved Accuracy of Electro-Quasistatic Simulations of Large-Scale 3D High Voltage Insulators With Nonlinear Material Layers, XXI Symposium on Electromagnetic Phenomena in Nonlinear Circuits (EPNC 2010), Dortmund und Essen, Germany, 29.06.–02.07.2010. Full paper submitted.
  • D. Weida, J. Nevoigt, H. Ye, M. Clemens, D. Stefanini, J. Seifert: Effects of Microvaristor Material on Partial Discharges upon Composite Insulators in Rain Test, International Power Modulators and High Voltage Conference (IPMHVC 2010) 23.-27.05.2010, Atlanta, USA. Book of Abstracts, p. 144. Full paper submitted.
  • D. Weida, C. F. Richter, M. Clemens: Design of High-Voltage Cable Accessories Using ZnO Microvaristor Material Based on FEM Simulations, International Power Modulators and High Voltage Conference (IPMHVC 2010) 23.-27.05.2010, Atlanta, USA. Book of Abstracts, p. 90. Full paper submitted.
  • D. Schmidthäusler, M. Clemens: Model-Order Reduction of Electro-Quasistatic Field Formulations Using Proper Orthogonal Decomposition, 16th European Conference on Mathematics for Industry (ECMI 2010), Wuppertal, Germany, 26.-30.07.2010. Program & Book of Abstracts, p. 117.
  • D. Weida, C. Richter, M. Clemens: Design of ZnO Microvaristor Material Stress-Cone for Cable Accessories, Full paper, submitted to IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, October 2010