@inproceedings{WirthReumannZinketal., author = {Wirth, Isabell and Reumann, Andreas and Zink, Markus H. and K{\"u}chler, Andreas and Langens, Achim and Schnitzler, Tim}, title = {Messung elektrischer und thermischer Transienten an Hochspannungsgleichstromdurchf{\"u}hrungen}, series = {Highvolt Kolloquium, Dresden, 2015 (Poster)}, booktitle = {Highvolt Kolloquium, Dresden, 2015 (Poster)}, language = {de} } @inproceedings{SturmWirthPaulusetal., author = {Sturm, Sebastian and Wirth, Isabell and Paulus, Johannes and Zink, Markus H. and K{\"u}chler, Andreas and Berger, Frank}, title = {Transient dielectric simulation in time domain with FEM in comparison with circuit models}, series = {XIX International Symposium on Theoretical Electrical Engineering, Ilmenau, 2017}, booktitle = {XIX International Symposium on Theoretical Electrical Engineering, Ilmenau, 2017}, language = {en} } @incollection{KuechlerWirthReumannetal., author = {K{\"u}chler, Andreas and Wirth, Isabell and Reumann, Andreas and Zink, Markus H. and Schnitzler, Tim and Langens, Achim and Berger, Frank}, title = {Steady-state and Transient Electrical Potential Distributions in HVDC Bushings Measured under Different Thermal Conditions}, series = {19th International Symposium on High Voltage Engineering}, booktitle = {19th International Symposium on High Voltage Engineering}, address = {Pilsen, Czech Repbulic}, abstract = {High voltage DC (HVDC) applications become more and more important and the voltage level for energy transportation increases steadily. Hence the design of the DC insulation systems becomes more and more difficult. The difference between HVDC and HVAC insulation systems is that in HVAC the electrical field is distributed according to the permittivities of the materials. Permittivity is only weakly dependent on temperature, so there is no significant difference between the electrical field distribution at room temperature and operating temperature of the insulation system. In HVDC however the electrical field is distributed according to the conductivities of the insulation materials whereas the conductivity is strongly dependent on temperature. This can lead to completely different field distributions at varying temperatures. The investigations presented here show simulation results of HVDC bushing cores in comparison with measurements on those test objects. Simulations and measurements were performed both for temperature distributions and electric potentials of the grading layers in the bushing at DC voltage. For the first time, it was shown by experiment that the FEM simulation can reproduce real DC field distributions very well. It was also shown, that there is a strong influence of temperature gradients or temperature transients on transient and steady-state electrical potential distribution inside the insulation.}, language = {en} } @inproceedings{WirthReumannKuechleretal., author = {Wirth, Isabell and Reumann, Andreas and K{\"u}chler, Andreas and Schnitzler, Tim and Langens, Achim and Berger, Frank and Zink, Markus H.}, title = {Steady-state and Transient Electrical Potential Distribution in HVDC Bushings Measured under Different Thermal Conditions}, series = {19th International Symposium on High Voltage Engineering}, booktitle = {19th International Symposium on High Voltage Engineering}, address = {Pilsen, Czech Republic}, language = {en} } @inproceedings{WirthSturmKuechleretal., author = {Wirth, Isabell and Sturm, Sebastian and K{\"u}chler, Andreas and Zink, Markus H. and Berger, Frank and Schnitzler, Tim}, title = {Ber{\"u}cksichtigung von Leitungs- und Polarisationsmechanismen in transienten FEM-Simulationen von HG{\"U}-Isoliersystemen}, series = {VDE-Hochspannungstechnik 2018, Berlin}, booktitle = {VDE-Hochspannungstechnik 2018, Berlin}, abstract = {The calculation of electrical field distributions in insulation systems for high voltage direct current (HVDC) transmission using the finite element method (FEM) usually only considers the dielectric properties in the form of permittivities and conductivities. Due to not sufficiently well simulated transient processes, state of the art is considering the polarization processes by equivalent network models. The application and implementation of polarization mechanisms in a FEM soft- ware closes this gap and allows calculating the electric field distribution more precisely. An implementation of additional differential equations, according to the RC-network model, describing the field dependent polarization mechanisms, are complementing the displacement and conduction current. Material equations and their parameters are determined by measuring the polarization and depolarization currents (PDC). These equations are necessary for both the RC-network models and the differential equations for the FEM. They can be adapted to the actual temperatures in the insulation system. Hence, the necessarily multidimensional electric field calculations of complex insulation systems with stationary or transient temperature-gradients are possible. The described calculation method is verified by reactionless fieldmill voltmeter measurements of transient voltage profiles at the grading foils of modified high voltage DC-bushings. A better accuracy is achieved for the simulation of transient and stationary potential distributions.}, language = {de} } @inproceedings{KochHohlochWirthetal., author = {Koch, Myriam and Hohloch, Jens and Wirth, Isabell and Sturm, Sebastian and Zink, Markus H. and K{\"u}chler, Andreas}, title = {Experimental and simulative analysis of the thermal behavior of high voltage cable joints}, series = {VDE-Hochspannungstechnik 2018, Berlin}, booktitle = {VDE-Hochspannungstechnik 2018, Berlin}, abstract = {Nowadays, cable systems are often preferred when deciding on the type of new transmission lines even in the high and extra high voltage range. One of the main reasons is the better public acceptance. In addition, the power to be transmitted in the grid is increasing leading to increased ohmic losses and thus, to higher thermal stress on the materials. The investigations in this contribution focus on cable joints, which represent important and decisive components of cable systems. In order to optimize the design and to ensure reliable operation over the entire service life, the temperature profile within these components is of special interest. For their detailed investigation, a test circuit was set up consisting of a cable section and sections with build-up stages of a cable joint. A large number of measuring points were defined also at points where no measurement is possible in normal operation. With a thermographic camera the surface temperature distributions were observed. With the laboratory setup temperature profiles under various load conditions were recorded. A detailed FEM model was built and verified with help of these measurements. The model permits the investigation of specific questions of cable systems such as the comparison of temperature loads resulting from normal operating conditions and of test procedures according to the relevant standards. Besides others the effect of stressing the insulation and sealing system by heating the inner conductor vs. heating from outside by surrounding water is discussed.}, language = {en} } @inproceedings{WirthReumannKuechleretal., author = {Wirth, Isabell and Reumann, Andreas and K{\"u}chler, Andreas and Zink, Markus H. and Berger, Frank and Langens, Achim and Schnitzler, Tim and Heil, B.}, title = {Measurement and simulation of transient field stresses and impacts on advanced insulation design and new test procedures for HVDC components}, series = {Cigre-Konferenz, Paris}, booktitle = {Cigre-Konferenz, Paris}, language = {en} } @inproceedings{WirthHessdoerferKuechleretal., author = {Wirth, Isabell and Heßd{\"o}rfer, Nadja and K{\"u}chler, Andreas and Zink, Markus H. and Langens, Achim and Berger, Frank}, title = {Measurements and calculations of critical thermal and electrical stress conditions for HVDC bushings}, series = {20th International Symposium on High Voltage Engineering, Buenos Aires, 2017}, booktitle = {20th International Symposium on High Voltage Engineering, Buenos Aires, 2017}, language = {en} } @inproceedings{HopfWirthSturmetal., author = {Hopf, K. and Wirth, Isabell and Sturm, Sebastian and K{\"u}chler, Andreas and Zink, Markus H. and Langens, Achim}, title = {Temperature-dependent and anisotropic electrical conductivity of resin-impregnated paper}, series = {Power and Energy Student Summit, N{\"u}rnberg, 2017}, booktitle = {Power and Energy Student Summit, N{\"u}rnberg, 2017}, language = {en} } @inproceedings{WirthKuechlerZinketal., author = {Wirth, Isabell and K{\"u}chler, Andreas and Zink, Markus H. and Berger, Frank and Langens, Achim}, title = {Elektrische Feldverteilung und Polarisationsstr{\"o}me in HG{\"U} Durchf{\"u}hrungen}, series = {Fachtagung Polymere Isolierstoffe und ihre Grenzfl{\"a}chen, Zittau, 2018}, booktitle = {Fachtagung Polymere Isolierstoffe und ihre Grenzfl{\"a}chen, Zittau, 2018}, language = {de} } @incollection{KuechlerReumannWirthetal., author = {K{\"u}chler, Andreas and Reumann, Andreas and Wirth, Isabell and Langens, Achim and Berger, Frank}, title = {Erfassung transienter elektrischer Potentialverteilungen in thermisch hoch belasteten Gleichspannungsdurchf{\"u}hrungen}, series = {ETG-Fachbericht 144}, booktitle = {ETG-Fachbericht 144}, publisher = {VDE}, address = {Berlin}, abstract = {Mit Hilfe kapazitiver Steuerung k{\"o}nnen Durchf{\"u}hrungen hochspannungsf{\"u}hrende Leiter durch geerdete W{\"a}nde in Geb{\"a}uden oder Ger{\"a}ten f{\"u}hren. Bei zeitver{\"a}nderlichen Belastungen (Stoß-, Wechselspannungen) wird die gew{\"u}nschte Potentialaufteilung durch die Kapazit{\"a}ten zwischen den leitf{\"a}higen Steuerbel{\"a}gen erzwungen. Bei Gleichspannung ergibt sich eine resistive Steuerung, die bei homogener Leitf{\"a}higkeit des Isolierk{\"o}rpers eine prinzipiell gleichartige Potentialaufteilung ergibt. Durchf{\"u}hrungen sind jedoch thermisch hoch belastete Betriebsmittel, in denen starke Temperaturgradienten und in ihrer Folge starke Leitf{\"a}higkeitsgradienten entstehen, die zu einer erheblichen Verschiebung der Potentialverteilung f{\"u}hren k{\"o}nnen [1]. F{\"u}r Design und Diagnose ist das Verst{\"a}ndnis dieser bisher nur theoretisch erfassbaren Vorg{\"a}nge von großer Bedeutung. Deshalb wurden f{\"u}r experimentelle Untersuchungen zwei identische Durchf{\"u}hrungsk{\"o}rper hergestellt, die mit Temperaturf{\"u}hlern f{\"u}r thermische Messungen bzw. mit Anzapfungen f{\"u}r die Erfassung von elektrischen Potentialen ausger{\"u}stet wurden. Die identische Beheizung beider Leiterrohre erlaubt es, eine Korrelation gemessener thermischer und elektrischer Profile und Transienten herzustellen. F{\"u}r r{\"u}ckwirkungsfreie Messung der Gleichspannungspotentiale wurde ein Rotationsvoltmeter benutzt. Die Untersuchungen best{\"a}tigen das theoretisch erwartete thermisch-elektrische Verhalten und sie zeigen, dass erhebliche transiente und station{\"a}re elektrische Belastungen auftreten k{\"o}nnen, die im Zusammenhang mit thermischen Transienten und Belastungen gesehen werden m{\"u}ssen. Sie sind beim Design in Rechnung zu stellen und sie zeigen, dass die bei dielektrischen Diagnosemessungen erfassten Materialkenngr{\"o}ßen wichtige Aussagen {\"u}ber den elektrischen Belastungszustand der Durchf{\"u}hrung liefern k{\"o}nnen.}, language = {de} } @phdthesis{Wirth, author = {Wirth, Isabell}, title = {Ber{\"u}cksichtigung dielektrischer Materialeigenschaften in der Finiten-Elemente-Simulation von HG{\"U}-Isoliersystemen}, series = {Ilmenauer Beitr{\"a}ge zur elektrischen Energiesystem-, Ger{\"a}te- und Anlagentechnik}, journal = {Ilmenauer Beitr{\"a}ge zur elektrischen Energiesystem-, Ger{\"a}te- und Anlagentechnik}, number = {26}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Ilmenau}, address = {Ilmenau}, isbn = {978-3-86360-215-4}, doi = {10.22032/dbt.41185}, pages = {136}, abstract = {Verbrauchsfern erzeugter Strom aus regenerativen Energien kann {\"u}ber große Distanzen am wirtschaftlichsten mittels der Hochspannungsgleichstrom{\"u}bertragung (HG{\"U}) transportiert werden. Die HG{\"U} f{\"u}hrt zu einer ver{\"a}nderten elektrischen Belastung der Hochspannungskomponenten. Transiente {\"U}bergangsvorg{\"a}nge bestimmen die elektrischen Feldverteilungen. Bei der Berechnung elektrischer Feldverteilungen in Isoliersystemen f{\"u}r die Hochspannungsgleichstrom{\"u}bertragung (HG{\"U}) mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) wurden die dielektrischen Eigenschaften bisher in Form von Permittivit{\"a}ten und parameterabh{\"a}ngigen Leitf{\"a}higkeiten ber{\"u}cksichtigt. Langsame Polarisationsvorg{\"a}nge werden dabei nicht ber{\"u}cksichtigt. F{\"u}r die Berechnung komplexer Isoliersysteme durch die FEM ist deshalb die Beschreibung der langsamen Polarisationsvorg{\"a}nge im Isolierstoff durch Differentialgleichungen w{\"u}nschenswert, die direkt in die FEM einbezogen werden und mit denen je nach Bedarf sowohl einzelne Polarisationsmechanismen als auch ihre {\"U}berlagerungen ber{\"u}cksichtigt werden k{\"o}nnen. In dieser Arbeit werden hierf{\"u}r auf Basis des bekannten Debye-Ansatzes, und in Analogie zum Netzwerkmodell, zus{\"a}tzlich zu den Gleichungen, die Verschiebungs- und Leitungsstr{\"o}me beschreiben, weitere Differentialgleichungen direkt in die FEM einbezogen, welche die feld- und temperaturabh{\"a}ngigen Polarisationsstr{\"o}me individuell abbilden. Die Materialfunktionen und ihre Parameter werden durch Messung von Polarisations- und Depolarisationsstr{\"o}men (PDC) ermittelt. Durch die Implementierung von beliebigen Polarisationsmechanismen in einem FEM-Programm wurde eine L{\"u}cke der Berechnungsm{\"o}glichkeiten von komplexen, auch dreidimensionalen Isoliersystemen geschlossen, in denen oftmals station{\"a}re oder transiente Temperaturgradienten vorliegen und in denen sich transiente elektrische Feldverteilungen ausbilden. Zur Verifizierung des beschriebenen Berechnungsverfahrens werden transiente Potentialverl{\"a}ufe an den Steuerbel{\"a}gen von entsprechend modifizierten Hochspannungsdurchf{\"u}hrungen unter Gleich- und Umpolspannungen sowie unter thermischen Gradienten gemessen. Dabei kann eine bisher nicht erreichte {\"U}bereinstimmung der transienten und station{\"a}ren Potentialverl{\"a}ufe zwischen FEM-Simulation und Messung erzielt werden. Auswirkungen auf Pr{\"u}f- und Belastungsszenarien werden anhand von Simulationen diskutiert.}, subject = {Hochspannungsgleichstrom{\"u}bertragung}, language = {de} }