Grenzflächenentladungen bei nieder- und mittelfrequenter Hochspannung

Abstract:
Induktive Hochspannungs-Koppelbausteine, die mit Mittelfrequenz arbeiten, sind Bestandteile neuer leistungselektronischer Topologien zukünftiger Mittelspannungs-DC-Verteilnetze. An der Grenzfläche zwischen Luft und Feststoff in Hochspannungsisoliersystemen treten besonders hohe elektrische Beanspruchungen auf. In dem selbstheilenden Medium Luft können elektrische Entladungen entstehen, die den angrenzenden festen Isolierstoff und damit das gesamte Isoliersystem zerstören. Die Charakterisierung der elektrischen Verhältnisse bei 50-Hz-Wechselspannung, die zu einer Grenzflächenentladung führen, ist Ausgangspunkt der Betrachtungen bei einer 30-kHz-Hochspannung. Auf Basis der Toeplerschen Gleitanordnung werden relevante Effekte bei 50-Hz- und mittelfrequenter Hochspannung untersucht und gegenübergestellt. Ein wichtiger Parameter ist dabei die Teilentladungseinsetzspannung. Sie wird für verschiedene Prüfanordnungen untersucht. Die Entladungsentwicklung selbst ist stark von der Ausprägung und Verteilung der parasitären Ströme, die über die Grenzfläche und durch den Isolierstoff fließen, abhängig. Durch eine neuartige Segmentierung der Erdelektrode kann der Einfluss der parasitären kapazitiven Ströme auf die sehr unterschiedliche Phänomenologie der Grenzflächenentladungen betrachtet werden. Die dargestellte zerstörerische Wirkung der Entladungen bei höherfrequenter Spannung kann grundsätzlich auf einen höheren Energieumsatz in dem relativ konzentrierten Entladungskanal zurückgeführt werden. Grenzflächenentladungen bei der Ermittlung der Durchschlagspannung einer kHz-Spannung sind zu verhindern.