TY - THES

T1 - Charakterisierung und Evaluierung von Schlüsselparametern für die Herstellung defektfreier Isolationsverbundmaterialien

AU - Weingrill, Helena

N1 - gesperrt bis 01-11-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Die Lebensdauer von Stäben und Spulen von Hochspannungsgeneratoren wird maßgeblich von der Qualität der Hochspannungsisolation, die aus einem mehrlagigen Verbund aus Glas- und Glimmerlagen aufgebaut ist, beeinflusst. Nach dem VPI-Verfahren (Vacuum Pressure Impregnation) wird dieser Verbund mit einem niedrigviskosem Harzsystem imprägniert und anschließend bei erhöhter Temperatur gehärtet. Hierbei ist eine vollständige, defektfreie Imprägnierung von entscheidender Bedeutung, da bereits kleine Hohlräume unter hoher elektrischer Spannung Teilentladungen verursachen. Diese Teilentladungen bewirken eine beschleunigte Alterung der Hochspannungsisolation und können in weiterer Folge zu einem Ausfall des Generators führen. In der vorliegenden Masterarbeit wurden Schlüsselparameter für die Herstellung von defektfreien Isolationsverbunden nach dem VPI-Prozess aufgezeigt und deren Einfluss auf das Einströmverhalten des Imprägnierharzes und auf die Isolationsqualität untersucht. Im ersten Schritt wurde der Einfluss von ausgewählten Prozessparametern auf die Einströmwege des Tränkharzes in den Isolationsverbund verfolgt. Mithilfe eines Vakuumtrockenschranks und entsprechender Modellaufbauten wurde einerseits das großtechnische Vakuumimprägnierverfahren nachgestellt und andererseits die Einströmwege des Tränkharzes optisch verfolgt. Im Zuge dieser Arbeiten wurden viele Phänomene und deren Einflussfaktoren beobachtet, die zu unerwünschten Fehlstellen im Isolationsverbund führen können. In weiterer Folge wurden diese Effekte durch spezielle Isolationsaufbauten verstärkt hervorgerufen. Dies ermöglichte eine Korrelation zwischen ausgewählten Prozessparametern und der Tränkqualität des Isolationsverbunds. Diese Untersuchungen stellen eine Basis für weiterführende Prozessoptimierungen dar, die eine frühzeitige Alterung und im schlimmsten Fall ein Versagen der Isolation und somit des gesamten Generators, verhindern können. Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit der Charakterisierung des Geliervorgangs des eingesetzten Epoxidharzsystems. Epoxidharze zeichnen sich durch ihre herausragenden dielektrischen Eigenschaften aus und finden deswegen seit Jahren Anwendung in der Elektrotechnik. Im untersuchten System ist der zur Harzhärtung notwendige Beschleuniger Zinknaphthenat auf verschiedenen Bandmaterialien immobilisiert. Um den Geliergrad bzw. die Harzviskosität in ausgewählten Bereichen des Isolationsverbunds möglichst ortsaufgelöst bestimmen zu können wurde eine Korrelation zwischen FT-IR-Untersuchungen und Viskositätsmessungen erarbeitet. Mit Hilfe der erstellten Kalibrationskurven gelang eine ortsaufgelöste Bestimmung der Viskosität und des Vorvernetzungsgrads von Harzschichten zwischen beschleunigerhältigen Bandmaterialien. Mit dieser Methode gelang in weiterer Folge auch eine Bewertung der auch Reaktivität von beschleunigerhältigen Isolationsmaterialen.

AB - Die Lebensdauer von Stäben und Spulen von Hochspannungsgeneratoren wird maßgeblich von der Qualität der Hochspannungsisolation, die aus einem mehrlagigen Verbund aus Glas- und Glimmerlagen aufgebaut ist, beeinflusst. Nach dem VPI-Verfahren (Vacuum Pressure Impregnation) wird dieser Verbund mit einem niedrigviskosem Harzsystem imprägniert und anschließend bei erhöhter Temperatur gehärtet. Hierbei ist eine vollständige, defektfreie Imprägnierung von entscheidender Bedeutung, da bereits kleine Hohlräume unter hoher elektrischer Spannung Teilentladungen verursachen. Diese Teilentladungen bewirken eine beschleunigte Alterung der Hochspannungsisolation und können in weiterer Folge zu einem Ausfall des Generators führen. In der vorliegenden Masterarbeit wurden Schlüsselparameter für die Herstellung von defektfreien Isolationsverbunden nach dem VPI-Prozess aufgezeigt und deren Einfluss auf das Einströmverhalten des Imprägnierharzes und auf die Isolationsqualität untersucht. Im ersten Schritt wurde der Einfluss von ausgewählten Prozessparametern auf die Einströmwege des Tränkharzes in den Isolationsverbund verfolgt. Mithilfe eines Vakuumtrockenschranks und entsprechender Modellaufbauten wurde einerseits das großtechnische Vakuumimprägnierverfahren nachgestellt und andererseits die Einströmwege des Tränkharzes optisch verfolgt. Im Zuge dieser Arbeiten wurden viele Phänomene und deren Einflussfaktoren beobachtet, die zu unerwünschten Fehlstellen im Isolationsverbund führen können. In weiterer Folge wurden diese Effekte durch spezielle Isolationsaufbauten verstärkt hervorgerufen. Dies ermöglichte eine Korrelation zwischen ausgewählten Prozessparametern und der Tränkqualität des Isolationsverbunds. Diese Untersuchungen stellen eine Basis für weiterführende Prozessoptimierungen dar, die eine frühzeitige Alterung und im schlimmsten Fall ein Versagen der Isolation und somit des gesamten Generators, verhindern können. Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit der Charakterisierung des Geliervorgangs des eingesetzten Epoxidharzsystems. Epoxidharze zeichnen sich durch ihre herausragenden dielektrischen Eigenschaften aus und finden deswegen seit Jahren Anwendung in der Elektrotechnik. Im untersuchten System ist der zur Harzhärtung notwendige Beschleuniger Zinknaphthenat auf verschiedenen Bandmaterialien immobilisiert. Um den Geliergrad bzw. die Harzviskosität in ausgewählten Bereichen des Isolationsverbunds möglichst ortsaufgelöst bestimmen zu können wurde eine Korrelation zwischen FT-IR-Untersuchungen und Viskositätsmessungen erarbeitet. Mit Hilfe der erstellten Kalibrationskurven gelang eine ortsaufgelöste Bestimmung der Viskosität und des Vorvernetzungsgrads von Harzschichten zwischen beschleunigerhältigen Bandmaterialien. Mit dieser Methode gelang in weiterer Folge auch eine Bewertung der auch Reaktivität von beschleunigerhältigen Isolationsmaterialen.

KW - high voltage insulation

KW - high voltage generator

KW - epoxy resin

KW - anhydride curing agent

KW - VPI

KW - hydro generator

KW - curing kinetics

KW - mica tape

KW - insulation composite

KW - vacuum oven

KW - resin viscosity

KW - Hochspannungsisolation

KW - Hydrogenerator

KW - Hochspannungsgenerator

KW - Glimmerband

KW - Aushärtungskinetik

KW - VPI

KW - Isolationsverbund

KW - Epoxidharz

KW - Harzviskosität

KW - Vakuumtrockenschrank

KW - Anhydridhärter

M3 - Masterarbeit

ER -