Elektrische Feldstärkeverteilung von VPE-Kabeln unter Hochspannungsgleichstrombeanspruchung

Abstract:
Bei der Hochspannungsgleichstrombeanspruchung stellt sich in Kabeln und anderen Isoliersystemen nach dem Übergang vom dielektrischen Verschiebungsfeld ein stationärer Zustand ein, der maßgeblich von der sich einstellenden elektrischen Leitfähigkeit des Isolierstoffes bestimmt wird. Neben der elektrischen Leitfähigkeit bilden sich aber auch temperatur- und feldstärkeabhängige Raumladungen im Isolierstoff aus. Neben einer Umkehr und Erhöhung des elektrischen Feldstärkemaximums (Feldinversion) im Inneren des Isolierstoffs können diese Effekte auch zu einer Feldstärkeabsenkung an den elektrodennahen Bereichen des Isolierstoffes führen. Im Fokus der Betrachtungen steht der Einfluss von Temperatur und elektrischer Feldstärke der Elektrodenanordnung auf die resultierende elektrische Feldstärkeverteilung im Isolierstoff. Anhand von numerischen Feldberechnungen werden mögliche Verteilungen, die durch die Beanspruchung von Kabeln mit hoher Spannung und Strömen entstehen, vorgestellt. Mit Hilfe dieser Berechnungen kann gezeigt werden, wie über die ermittelte Temperaturverteilung im Kunststoff indirekt die Potential- und elektrische Feldstärkeverteilung im Isolierstoff diagnostiziert werden kann. Ein weiteres Augenmerk richtet sich auf die Vorstellung eines mathematischen Ansatzes zur Beschreibung der Raumladungsdichtefunktion im Isolierstoff. Diese Modellvorstellung dient als Grundlage zur analytischen Bestimmung der elektrischen Feldstärkeverteilung im Isolierstoff.