Modellbasierte Betrachtung des mechanisch initiierten elektrischen Bäumchenwachstums auf Basis zeitraffender Lebensdaueruntersuchungen an originalen Generatorwicklungsstäben bei simultaner elektrischer, thermischer und mechanischer Belastung

Abstract:
Dieser Beitrag präsentiert die Analyse und modellbasierte Bewertung zeitraffender Lebensdauerprüfungen an Generatorstäben mit originalen Abmessungen basierend auf Alterungsversuchen bei simultaner elektrischer, mechanischer und thermischer Belastung. In einer Versuchsanlage zur externen Erwärmung, mechanischen Schwingung und elektrischen Belastung des elektrischen Isoliersystems von indirekt gekühlten Generatorwicklungsstäben großer Turbogeneratoren werden je drei Stäbe bis zum elektrischen Versagen der Isolation belastet. Die hervorzuhebende mechanische Alterung der Isolation wird durch einen elektrodynamischen Schwingungserreger bewirkt. Während die Parameter Prüfspannung und Prüftemperatur bei den durchgeführten Versuchen konstant gehalten werden, erfolgt eine Variation der mechanischen Belastung auf Basis der mit Hilfe eines Biegeversuchs bestimmten maximalen Biegebelastung eines Stabes. Dieses eröffnet anschließend die theoretische Auswertung der erzielten Ergebnisse anhand analytischer Berechnungen bezüglich der mechanischen Rissbildung in Duroplasten und spröden Feststoffen. Die Untersuchungen ergeben weiterführende Erkenntnisse zum Modell des mechanisch initiierten Bäumchenwachstums. Das Verständnis des beschriebenen Alterungsmechanismus ermöglicht eine verbesserte lebensdauerbegleitende Diagnose des Alterungszustandes sowie eine optimierte Auslegung des elektrischen Isoliersystems von Generatorwicklungsstäben bezüglich der in Zukunft zu erwartenden steigenden mechanischen Belastungen.