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Elektrotechnik & Informationstechnik (2012) 129/4: 232–241. DOI 10.1007/s00502-012-0021-4
Prüfmöglichkeiten an der Versuchsanstalt für Hochspannungstechnik Graz GmbH W. Lick
Dieser Beitrag beschreibt die Prüfmöglichkeiten der Versuchsanstalt für Hochspannungstechnik Graz GmbH an der Technischen Universität Graz. Dazu werden die einzelnen Laboratorien, welche die Versuchsanstalt bilden, vorgestellt. Natürlich wird ein wesentlicher Teil des Berichtes sich mit der „Großen Halle“ (Nikola Tesla Labor) der Versuchsanstalt beschäftigen. Die Einrichtungen der Labors werden beschrieben, versehen mit den wichtigsten technischen Daten. Auch soll aufgezeigt werden, welche Prüfungen und Untersuchungen durchgeführt werden können und für welche Prüfungen die Versuchsanstalt akkreditiert ist. Eine Auswahl an durchgeführten Prüfungen soll die Palette der Prüftätigkeit darstellen. Abschließend sollen die geplanten Neuanschaffungen für die Versuchsanstalt angeführt werden, die notwendig sind, um auch in der Zukunft konkurrenzfähig zu bleiben. Schlüsselwörter: Versuchsanstalt für Hochspannungstechnik Graz GmbH; Nikola Tesla Labor; Hochspannungsprüfungen
High voltage testing at Test Institution of High Voltage Engineering Graz Ltd. This paper describes the test possibilities of the Test Institution of High Voltage Engineering Graz Ltd. at Graz University of Technology. The individual laboratories which form the Test Institution, are presented. An essential part of the paper will deal with the ”Large Hall” (Nikola Tesla Laboratory) of the Test Institution. The facilities of the laboratories are described, provided with the most important technical data. It is also pointed out which tests and examinations can be carried out and for which tests the Test Institution is accredited. A variety of performed tests shall illustrate the range of test activities. Finally, the planned new acquisitions for the Test Institution will be given that are necessary in order to remain competitive in the future. Keywords: Test Institution of High Voltage Engineering Graz Ltd.; Nikola Tesla Laboratory; High voltage tests
Eingegangen am 19. Jänner 2012, angenommen am 9. Mai 2012, Online publiziert: August 23, 2012 © Springer-Verlag 2012
1. Einleitung Auf Initiative von Herrn O. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Dr.-Ing. h.c. Günther Oberdorfer wurde auf den Inffeldgründen in Graz ein neues Hochspannungslabor gebaut, nachdem die Hochspannungstechnik vom damaligen Institut „Bau und Betrieb elektrischer Anlagen“ in der „Neuen Technik“, Kopernikusgasse, als selbständiges Institut 1971 hervorgegangen war. Der Neubau war notwendig geworden, da man sich einerseits am Stadtrand ansiedeln wollte, andererseits waren die Bedingungen für einen optimalen Betrieb von Hochspannungsanlagen in der Kopernikusgasse nicht gegeben, zum Beispiel durch schlechte Erdungsverhältnisse. Gleichzeitig mit dem Haus Inffeldgasse 18 wurde auch das Haus Inffeldgasse 12 als die beiden ersten Gebäude des heutigen Campus Inffeldgasse der Technischen Universität Graz errichtet. Abbildung 1 zeigt den Rohbau des Hauses Inffeldgasse 18, wobei von der Baufirma PORR, Zweigniederlassung Bruck/Mur, auch ein auf Schienen beweglicher Baukran aufgestellt wurde, der zwischen den beiden Gebäuden, Haus 18 und 12, bewegt werden konnte. Veranlasst wurde der Neubau vom damaligen Bundesministerium für Bauten und Technik, das Projekt hatte den Titel „Neubau elektrotechnischer Institute der Technischen Hochschule Graz“, die örtliche Bauaufsicht fiel der damaligen Landesbaudirektion Fachabteilung für Bundeshochbau zu. Die Gesamtbaukosten wurden mit 110 Millionen Schilling veranschlagt. Das Raumprogramm sah vor, folgende Institutionen im Haus Inffeldgasse 18 bzw. Inffeldgasse 12 unterzubringen:
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Inffeldgasse 18: Institut für Bau und Betrieb elektrischer Anlagen Institut für Hochspannungstechnik und Technologie der Isolierstoffe Versuchs- und Forschungsanstalt für Hochspannungstechnik Inffeldgasse 12: Institut für Hochfrequenztechnik Am westseitigen Ende des Gebäudes Inffeldgasse 18, rechts in Abb. 1, wurde die Große Hochspannungshalle angebaut. Die Stahlwerkskonstruktion für diese Große Hochspannungshalle wurde von der Firma Waagner Biro AG übernommen. Die einzelnen Teile wurden angeliefert, vor Ort zusammengeschweißt und mit Winden aufgezogen, siehe Abb. 2. Nach mehrjähriger Bauzeit (Baubeginn 1. März 1968) wurde nach den Osterferien 1972 die Benützungserlaubnis für das neu errichtete Hochspannungslaboratorium in der Inffeldgasse 18 erteilt. Bereits im Jahre 1956 wurde die Versuchs- und Forschungsanstalt für Hochspannungstechnik (VAH) gegründet und deren Leitung von Herrn Prof. DDr. Günther Oberdorfer übernommen. Mit der Gründung des Instituts für Hochspannungstechnik, im Jahre 1971, übernahmen die jeweiligen Institutsvorstände auch die Funktion des Leiters der Versuchsanstalt. Heute wird die Versuchsanstalt für Hochspannungstechnik Graz GmbH durch die Hochspannungslaboratorien der Technischen Universität gebildet. Dazu zählen neben der bereits erwähnten Großen Hochspannungshalle (seit 2006 auch „Niko-
Lick, Werner, Dipl.-Ing. Dr., Institut für Hochspannungstechnik und Systemmanagement, Technische Universität Graz, Inffeldgasse 18, 8010 Graz, Österreich (E-Mail:
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Abb. 1. Rohbau Haus 18, Inffeldgasse, Graz
Abb. 2. Aufstellen der Tragkonstruktion für die Große Halle
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Abb. 3. Westansicht Große Halle mit geöffneten Toren
la Tesla Labor“ genannt) die Kleine Halle, die vier Dissertantenlabors, der Dauerversuchsraum und der Extremklimaraum. Als akkreditierte Versuchsanstalt hat sie das Recht, über das Ergebnis der von ihr vorgenommenen Untersuchungen, Erprobungen und Materialprüfungen auf dem gesamten Gebiet der Hochspannungstechnik mit Wechselspannung, Gleichspannung und Stoßspannung sowie über alle vorschriftsmäßigen technologischen Messungen an Isolierstoffen und Hochspannungsmaterialien Zeugnisse auszustellen, die als öffentliche Urkunden anzusehen sind. 2. Prüfräumlichkeiten und Prüfeinrichtungen Die Große Halle (Nikola Tesla Labor) stellt mit ihren Innenabmessungen 35 m × 25 m × 21 m (L × B × H) für jeden Besucher der Inffeldgasse einen Blickfang dar. Diese Halle ist vollkommen elektrisch geschirmt (Schirmungsdämpfung 100 dB für 1 MHz), so dass bei geschlossenen Toren kein natürliches Licht nach innen dringt. Eine Besonderheit der Großen Halle ist die Tatsache, dass der außen sichtbare Stahlwerksbau das gesamte Gebäude „trägt“ und auch die notwendigen Tragkräfte für die beiden Kräne im Halleninneren (einmal 5 Tonnen und einmal 12 Tonnen) übernimmt. Im Abstand von 35 Meter zur Großen Halle ist auf dem so genannten „Freigelände“ ein weiteres einzelnes freistehendes Stahlwerksportal errichtet. Dieses Portal wird als Tragwerk für Versuche im Freigelände, vor allem für Beregnungsversuche, genützt. Dazu können die Kräne an diesem Portal sowie an den angebrachten Auslegern verwendet werden. Die Außenhaut der Großen Halle bilden die Cortenstahlplatten, die der Halle das rostbraune Aussehen verleihen. Abbildung 3 zeigt die Westansicht der Großen Halle, aufgenommen vom Portal im Freigelände. Die beiden großen Torflügel werden hydraulisch betätigt und geben eine Öffnung von 14 mal 14 Meter frei. Erkennbar sind auch die beiden Schienensysteme. Das rechte
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Schienensystem mit einfachem und doppeltem Eisenbahnschienenprofil erlaubt eine Belastung mit 100 Tonnen. Das linke Schienensystem mit doppelter Breite des Eisenbahnprofils kann 20 Tonnen Belastung aufnehmen. Links neben der Großen Halle sind in Abb. 3 auch die Räume für die Ölaufbereitung bzw. die Wasseraufbereitung und der Maschinenraum für die elektrische Anspeisung zu erkennen. Unter der Zugangsschleuse für die Zuschauergalerie, die mittlerweile auch als Zugangsschleuse für das neu errichtete Maschinenlabor des Institutes für Elektrische Antriebstechnik und Maschinen dient, befindet sich die hauseigene 20-kV-Mittelspannungsschaltanlage. Im Inneren birgt die Große Hochspannungshalle im Wesentlichen drei Großgeräte. Der Wechselspannungsgenerator ist als dreistufige Kaskade ausgeführt und dient zur Erzeugung von Spannungen bis 1200 kV bei 50 Hz Frequenz. Ihre maximale Ausgangsleistung beträgt im Kurzzeitbetrieb (KB 15) 900 kVA. Durch die Möglichkeit der Parallelschaltung der einzelnen Kaskadenstufen können Ausgangsströme über 1 Ampere erzielt werden. Auch ist ein Drehstrombetrieb bis 400 kV möglich. Durch die Wirkung der bereits angesprochenen Schirmung der Großen Halle sind sehr empfindliche Teilentladungsmessungen bis in den höchsten Spannungsbereich möglich (Abb. 4). Die elektrische Energieversorgung zur Anspeisung des Wechselspannungsgenerators erfolgt über die 20-kV-Mittelspannungsebene der Grazer Stadtwerke. Die Gleichspannungsanlage ist im Gegensatz zur Wechselspannungsanlage fahrbar auf einem Antriebswagen montiert. Mit diesem Wagen wird sie für den Einsatz von der Parkstellung an der Hallenwand in die Prüfposition gefahren. Der dreistufige Aufbau ermöglicht es, Gleichspannungen bis 1500 kV zu erzeugen, bei einem maximalen Ausgangsstrom von 20 mA (kurzzeitig 30 mA). Mit Hilfe der Thyristoranspeisung ist eine Schnellumpolung innerhalb von 5 Sekunden (bis ±1000 kV) durchführbar. Neben dem Handbetrieb
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Abb. 4. Grundstörpegel in der Großen Halle bei 1 MHz Messfrequenz und schmalbandiger Messung
ist auch eine vollautomatische Bedienung der Anlage mit vorgegebenem Prüfablauf (im Excel-Format programmierbar) möglich. Der 13-stufige Stoßspannungsgenerator ist ebenfalls fahrbar und ermöglicht bei einer maximalen Ladespannung von 3250 kV die Erzeugung von Blitzstoßspannungen (1,2/50) bis zirka ±2600 kV sowie Schaltstoßspannungen (250/2500) bis zu einer Höhe von zirka ±1900 kV. Für positive Schaltstoßspannungen über +1400 kV muss allerdings die Anlage ins Freigelände gefahren werden. Dies geschieht über die beiden großen Hallentore. Im Freigelände sind ebenfalls Hochspannungsprüfungen möglich, wobei vor allem Beregnungsversuche durchgeführt werden. Dazu wird Wasser in der eigenen Wasseraufbereitungsanlage auf die erforderliche Leitfähigkeit gebracht und steht für die Beregnung des Prüfobjekts zur Verfügung. Durch die beiden großen Hallentore erfolgt auch der Zu- und Abtransport großer Prüfobjekte, wobei Lastkraftwagen auch in die Halle einfahren können und die zwei Kräne an der Hallendecke (5 Tonnen und 12 Tonnen Hublast) zur Entladung zur Verfügung stehen. Weiters befinden sich in der Halle und im Freigelände mehrere Hebezüge, die sowohl zur Manipulation von Prüflingen als auch zur Kontaktierung der einzelnen Spannungserzeuger mit der Zentralelektrode dienen. Im Keller der Großen Halle befinden sich eine Vakuumanlage und ein Öllagerraum. Das Isolieröl kann für Untersuchungen in Prüfkessel unter Vakuum eingezogen werden. Es stehen mehrere Prüfkessel von 100 Liter bis 30.000 Liter Fassungsvermögen zur Verfügung. Derzeit sind zwei Sorten von Mineralöl an der Versuchsanstalt gelagert. Zirka 12.000 Liter der Sorte Nynas Nytro 4000A und zirka 33.000 Liter der Sorte Shell Diala GX. In einem eigens adaptierten Öllabor können alle herkömmlichen Prüfungen für Isolieröle, wie Durchschlagspannungsbestimmung, Feuchtemessung nach Karl Fischer, Messung dielektrischer Größen durchgeführt werden. Im Zuge der letzten Renovierung des Hauses Inffeldgasse 18 wurde auch das Öllabor auf neuesten technischen Stand bezüglich Ausstattung gebracht. Dazu zählen eine entsprechende Absaugung, ein Gefahrstoffarbeitsplatz und ein neuer Labortisch. Damit ist eine Zustandsüberwachung dieser, an der Versuchsanstalt lagernden, Isolieröle, möglich. Sollten sich die Kennwerte verschlechtern, stehen zwei Ölaufbereitungsanlagen zur Verfügung. Für die größere Menge am Mineralöl Shell Diala GX wird die Ölaufbereitungsanlage Typ VOP30 der Firma Micafluid AG verwendet. Diese Anlage wurde unter Beteiligung eines langjährigen Industriepartners im Jahre 2011 neu angeschafft. Bereits länger im Einsatz ist die Ölaufbereitungsanlage der Firma Hedrich Typ AP10R, mit der das Mineralöl Nynas Nytro 4000A im Bedarfsfall aufbereitet wird.
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Als weiteres Inventar der Großen Halle sind mehrere Prüfdurchführungen zu erwähnen, mit denen die Spannungszuführung an das Prüfobjekt in die Prüfkessel erfolgt. Derzeit befinden sich eine 800-kV-Wechselspannungsdurchführung, eine 600kV-Gleichspannungsdurchführung sowie eine 500-kV-Wechselspannungsdurchführung an der Versuchsanstalt. Benötigt werden aber auch Elemente zur Messung der erzeugten Prüfspannungen sowie Elemente zur Kurvenformbeeinflussung. Dazu befinden sich in der Großen Halle verschiedene Kondensatoren (zur Auskopplung von Teilentladungsimpulsen bis 1000 kV Wechselspannung und 1200 kV Gleichspannung), Messteiler (zur Spannungsmessung) und auch eine Einfachkugelfunkenstrecke zur Erzeugung abgeschnittener Stoßspannungen. Über den Steuerraum, von wo aus die Bedienung der Prüfeinrichtungen stattfindet, befindet sich eine Zuschauergalerie für Studenten sowie Besucher. Diese Zuschauergalerie fasst zirka 90 Personen und ermöglicht, geschirmt durch einen Faradaykäfig, die gefahrlose Beobachtung von Hochspannungsexperimenten. Die Kleine Halle der Versuchsanstalt ist mit ihren Abmessungen 20 × 13 × 8 Meter (L × B × H) kein eigenständiges Gebäude, wie die Große Halle, sondern in den Gebäudekomplex des Hauses Inffeldgasse 18 integriert. Ein weiterer Unterschied zur Großen Halle besteht in der nicht vollkommenen Schirmung dieser Halle. Es befinden sich in diesem Labor Spannungserzeuger für Wechselspannung bis 400 kV (15 bis 300 Hz) und für Blitzstoßspannung bis 800 kV. Zusätzlich ist ein Stoßstromgenerator, mit dem Stoßströme bis 100 kA (100 kJ) und unterschiedliche Kurvenformen generiert werden können, vorhanden. Auch die Kleine Halle besitzt eine Zuschauergalerie für Lehrzwecke und Vorführungen. Zur Kleinen Halle gehört ein eigener Maschinenraum, in dem sich die elektrische Anspeisung der Halle sowie die Maschinensätze, zur Erzeugung der variablen Frequenz, befinden. Unter der Kleinen Halle gibt es einen Extremklimaraum mit den Abmessungen 5 × 5 × 4 Meter (L × B × H). Dieser ermöglicht, Temperaturzyklen von −40 °C bis +80 °C sowie Raumfeuchtigkeitszyklen von 10 bis 95 % zu fahren. Die Spannungszuführung in den Extremklimaraum erfolgt über eine 170-kV-Durchführung von der Kleinen Halle aus. Weiters befindet sich unter der Kleinen Halle ein Wärmeschrank mit den Innenraumabmessungen: 1200 × 1800 × 2000 (B × H × T in mm), in dem ein Temperaturbereich von +25 °C bis +300 °C eingestellt werden kann. Über eine Durchführung kann auch die Prüfspannung eingeführt werden. Drei Dissertantenlabors mit 24 bis 27 Quadratmetern Grundfläche und 2,7 Metern Raumhöhe sind mit Hochspannungsbaukästen bis 100 kV ausgestattet. Ein weiteres vollkommen geschirmtes Labor mit 42 Quadratmetern Grundfläche und 3 Metern Raumhöhe erlaubt die Erzeugung von maximal 200 kV Wechselspannung. Dieser so genannte Klimaraum, der nicht nur, wie bereits erwähnt, vollkommen geschirmt ist, sondern auch klimatisiert werden kann, wurde unlängst modernisiert und mit einer neuen Anspeiseeinheit versehen. Insbesondere für Langzeituntersuchungen stehen Dauerversuchsprüfstände im Dauerversuchsraum zur Verfügung. Auf einer Grundfläche von 63 Quadratmetern können bis zu sechs Prüfstände unabhängig voneinander betrieben werden. 3. Prüf- und Forschungsbereiche Die Identifikationsnummer 107 trägt der Akkreditierungsbescheid des Bundesministeriums für Wirtschaft, Familie und Jugend, mit dem die Versuchsanstalt für Hochspannungstechnik Graz GmbH für Prüfungen, die in den Akkreditierungsumfang fallen, Prüfberichte ausstellen darf, die als öffentliche Urkunden anzusehen sind. Mit
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diesem Bescheid wird bestätigt, dass die Versuchsanstalt „als Prüfstelle akkreditiert ist und die Anforderungen der ÖVE/ÖNORM EN ISO/IEC 17025/2007“ erfüllt. In den akkreditierten Bereich fallen unter anderem Teilentladungsmessungen an Freileitungen, Armaturen, Wandler und Kabeln. Auch über Stehspannungsprüfungen an Elementen der Energietechnik können Prüfberichte ausgestellt werden. Schließlich ist die Versuchsanstalt auch für Typprüfungen an Kabelgarnituren akkreditiert. Die Akkreditierung erfordert eine Qualitätssicherung, die durch ein Qualitätssicherungshandbuch sowie durch eine entsprechende Betriebsmittelüberwachung gewährleistet wird. So sind in der Versuchsanstalt neben den bereits erwähnten Prüfgeräten und Betriebsmesseinrichtungen Referenzmess-einrichtungen vorhanden, mit denen in regelmäßigen zeitlichen Abständen die Prüfgeräte und Betriebsmesseinrichtungen überwacht werden. Die Referenzmesseinrichtungen werden ihrerseits durch Kalibrierung bzw. durch Teilnahme an internationalen Ringversuchen überwacht. Derzeit verfügt die Versuchsanstalt über ein Referenzmesssystem für Gleichspannung bis 270 kV (±1 % Genauigkeit), Wechselspannung bis 200 kV (±0,8 % Genauigkeit), Stoßspannung bis 1150 kV (±1, 5 % Genauigkeit) sowie für Stoßstrom bis 150 kA (±1 % Genauigkeit) und einen Referenzkalibrator für Teilentladungsimpulse (1 pC bis 2000 pC). Neben dem streng geregelten akkreditierten Bereich werden Untersuchungen und Prüfungen auf dem gesamten Gebiet der Hochspannungstechnik in der Versuchsanstalt durchgeführt. Zu erwähnen sind hierbei: • • • • • • •
Festigkeitsuntersuchungen von ölimprägnierten Isoliersystemen Langzeituntersuchungen von Kabeln und festen Isolierstoffen Test von Freileitungsisolatoren und Armaturen Typenprüfung von Hochspannungsgeräten Untersuchungen mit Höchstspannungen Messung und Berechnung von Überspannungen Stoßspannungsprüfungen und Stoßstromprüfungen
• Vor-Ort-Prüfung von Mittelspannungskabeln • Entwicklung von Mess- und Prüfgeräten • Untersuchungen zu speziellen Problemen (Umweltverschmutzung, Arbeiten unter Spannung usw. . .) • Beratungstätigkeiten auf dem gesamten Gebiet der Hochspannungstechnik Die Versuchsanstalt ist auch in die Lehre und Forschung des Institutes für Hochspannungstechnik und Systemmanagement miteingebunden. Studenten der Fachrichtung Elektrotechnik wird im Rahmen von Laborübungen die Vertiefung ihres theoretischen Wissens durch die Vorführung von Hochspannungsexperimenten angeboten. Aber auch für die Durchführung hochspannungstechnischer Untersuchungen im Rahmen von Projektarbeiten, Diplomarbeiten und Dissertationen bietet die Versuchsanstalt mit ihrer Ausstattung eine optimale Grundlage. 4. Ausgewählte Prüfungen Seit der Inbetriebnahme des Nikola Tesla Labors in der Inffeldgasse 18 besteht eine außerordentlich intensive Zusammenarbeit mit der Firma Weidmann Electrical Technology AG in Rapperswil, Schweiz. Viele Prüfeinrichtungen (Prüfkessel, Prüfdurchführungen, Messgeräte. . .) wurden seitens der Firma Weidmann angeschafft. Im Zuge der jahrelangen Zusammenarbeit wurden immer wieder aufsehenerregende Prüfaufgaben durchgeführt (z. B. Prüfung eines 750 kV Faltenbalgs). In letzter Zeit liegt der Schwerpunkt in der Prüfung von HGÜ-Komponenten, wofür eine neue Gleichspannungsprüfdurchführung angeschafft wurde. Abbildung 5 zeigt den Prüfaufbau zur Gleichspannungsprüfung eines Ausleitungsprüflings im 30 Kubikstahlkessel. Der gesamte Prüfaufbau wird während der Spannungsprüfung um 1 Grad schräg gestellt, um im Falle von Teilentladungen eine Bläschenansammlung im Bereich der Prüfdurchführung zu vermeiden. Weiters wurde seitens der Firma Weidmann ein akustisches Messsystem angekauft, um neben der elektrischen
Abb. 5. Prüfaufbau zur DC-Prüfung mit 1◦ Schrägstellung des 30 Kubikstahlprüfkessels
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Abb. 6. Einbau einer Trafowicklung in den Prüfkessel
Teilentladungsmessung (breidbandige Teilentladungsmessung nach IEC 60270) auch eine Ortung durchführen zu können. Eine weitere langjährige Zusammenarbeit besteht zwischen dem Siemens Transformers Austria Werk Weiz und der Versuchsanstalt. Auch im Rahmen dieser Zusammenarbeit gibt es immer wieder bemerkenswerte Prüfungen. Abbildung 6 zeigt den Einbau einer Trafowicklung in einen 12 Kubikstahlkessel. Dieser Stahlkessel wurde seitens der Firma Siemens der Versuchsanstalt zur Verfügung gestellt und wird immer wieder für Prüfungen verwendet. Der Vorteil dieses Kessels besteht darin, dass eine 500 kV Prüfdurchführung seitlich schräg angeflanscht ist und somit die gesamten 3 Meter Kesselhöhe für den Prüfling zur Verfügung steht. Ursprünglich war sogar angedacht, die vorhandenen Schienen der Großen Halle bis zum Grazer Ostbahnhof zu verlängern, um auch Abnahmeprüfung an kompletten Transformatoren durchzuführen. Für das Projekt „400 kV HVDC Bass Link Australien – Tasmanien“ (DC-Seekabelverbindung zwischen Australien-Tasmanien) sollten im Jahre 2004 die Abnahmeprüfungen für die Abspann- und Hängeketten auf der 500 kV Drehstromseite durchgeführt werden. Die Prüfungen umfassten Korona- und Funkstörspannungsmessung, Blitzstoßprüfung, Schaltstoßprüfung beregnet und 1 Minute Stehwechselspannungsprüfung beregnet. Die erste Aufgabe bestand darin, mit möglicht einfachen Mitteln die elektrisch relevante Mastkonfiguration nachzubilden. Dies wurde schließlich mit mehreren Aluminiumleitern gelöst. Nachdem die Leiterseile „nur“ durch relativ leichte Aluminiumrohre nachgebildet wurden, musste eine Lösung gefunden werden, die Ketten zu spannen. Dies wurde mit Hilfe des Gewichtes eines Motors bewerkstelligt, wobei das verwendete Spannseil keine Störungen des elektrischen Feldes des 4-Bündels hervorrufen durfte. Abbildung 7 zeigt den Aufbau der V-Kette für die Beregnungsprüfungen im Freigelände.
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Eine optisch herausragende Prüfung war auch die Funkstörspannungsprüfung einer Luftglättungsdrossel für die HGÜ-Verbindung Sambia-Namibia (Caprivi-Link). Dazu musste eine 12 Tonnen schwere Luftdrossel auf acht kreisförmig angeordnete dreiteilige Porzellanstützer montiert werden. Die gesamte Anordnung war über 12 Meter hoch und 20 Tonnen schwer, siehe Abb. 8. Die Prüfung bestand in der Aufzeichnung der Funkstörspannungen mit 1 Megahertz Messfrequenz über einen Zeitraum von 2 Stunden mit 575 kV positiver Gleichspannung. Eine weitere große Herausforderung stellte die Prüfung einer Wanddurchführung für die 800 kV HGÜ Spannungsebene dar. Zunächst musste eine Prüfanordnung gefunden werden, die sowohl den großen Abmessungen (22 Meter Gesamtlänge, Anordnung der Wanddurchführung in 10 Meter Höhe) als auch den notwendigen Schlagweiten der hohen Prüfspannungswerte gerecht wurde. Um die Mobilität zu gewährleisten, erfolgte der Aufbau unter Nutzung des vorhandenen Schienensystems (Doppeleisenbahnprofil in der Hallenmitte), auf dem die Gesamtkonstruktion auf einen vorhandenen fahrbaren Unterwagen hoher Traglast aufgebaut wurde. Für die Beregnungsprüfung musste die Gesamtanordnung aus der Hochspannungshalle gefahren werden. Die Nachbildung der Wand erfolgte im Flanschbereich durch eine Metallwand. Diese Metallwand musste auf 14 Meter Höhe begrenzt werden, um durch die vorhandenen Tore der Hochspannungshalle (Öffnung 14 mal 14 Meter) bewegt werden zu können. Freileitungen dürfen im Betrieb bestimmte Lärm- bzw. Funkstörspannungswerte nicht überschreiten. Der Aufwand für diese Störunterdrückung wird mit steigender Systemspannung immer größer. Durch die Verwendung von Bündelleiteranordnungen lässt sich bei Wechselspannung mit mehreren Einzelleitern ein fiktiver Ersatzeinzelleiter bilden, dessen Durchmesser einem Vielfachem der tatsächlich vorhandenen Einzelleiter entspricht. Und dieser Durchmesser des fiktiven Ersatzeinzelleiters ist letztendlich entscheidend für das Lärm- und Funkstörspannungsverhalten der Freileitungsseile. Um das Korona- und Funkstörspannungsverhalten verschiedener Bündelleitersysteme zu vergleichen, wurden eine 2-Bündelleitung, eine 4-Bündelleitung und eine 6-Bündelleitung waagrecht in der Großen Hochspannungshalle aufgespannt. Ziel dieser Grundlagenuntersuchung war es, Erfahrungen zu sammeln, wie sich unterschiedliche Bündelsysteme mit unterschiedlichen Leiterseilen bezüglich Koronaund Funkstörspannung verhalten. Im Mastbereich spielt allerdings auch die Ausbildung der Armaturen eine wesentliche Rolle. Und auch hier ist die Höhe der Systemspannung maßgeblich für die Größe der Koronaringe. Um nun die Höhe der Lärm- bzw. Funkstöraussendung einer Freileitung zu bestimmen, ist es notwendig, einen Freileitungsabschnitt in einem geschirmten Raum entsprechender Größe aufzubauen, um Störsignale aus der Umgebung abzudämpfen. Die geschirmte Große Halle bietet mit ihren Innenabmessungen (35 × 25 × 21 Meter) genügend Platz, um Freileitungssysteme bis zu 765 kV Systemspannung auf Lärm- und Funkstörspannungsaussendung zu untersuchen. Bereits für mehrere Firmen fand die Abnahmeprüfung von 800kV-HGÜ-Verbunddurchführungen mit trafoseitigem Testtank statt, die üblicherweise aus einer Kapazitäts- und Verlustfaktormessung, einer Teilentladungsmessung mit Wechselspannung beziehungsweise mit Gleichspannung besteht. Hierbei stellt allerdings die Hallengröße ein Problem dar. Durch die großen Abmessungen der 800-kVHGÜ-Komponenten ist eine (einfache) senkrechte Aufstellung kaum mehr möglich, siehe Abb. 9. 5. Ausblick Bei der Festlegung der Abmessungen der Hochspannungshallen, insbesondere der Großen Halle, hat man sich seinerzeit an der Mei-
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Abb. 7. 500 kV V-Einfachhängekette mit Composite-Isolatoren und Mastkopfnachbildung durch Aluminiumleitern
Abb. 8. Gleichspannungsprüfung einer Luftglättungsdrossel
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Abb. 9. Abnahmeprüfung einer 800-kV-HGÜ-Durchführung
nung orientiert, dass sich in Europa die höchste Übertragungsspannung von 765 kV Wechselspannung (Leiter-Leiterspannung) durchsetzen wird. Die zu dieser Betriebsspannung zugehörigen Prüfpegel sind für Blitzstoßspannung maximal 2100 kV und für Schaltstoßspannung maximal 1550 kV. Diese Prüfspannungspegel lassen sich in der Großen Halle erzeugen, und auch die Abmessungen der zu prüfenden Betriebsmittel für diese 765-kV-Wechselspannungsebene stellen kein sonderliches Problem dar. Es hat sich mittlerweile gezeigt, dass in Europa diese Übertragungsebene nicht benötigt wird, dass allerdings in den aufstrebenden Schwellenländer (China, Indien, Brasilien) ein regelrechter Wettlauf nach immer höheren Übertragungsspannungen eingesetzt hat. So wird auf der Hochspannungs-Gleichspannungsübertragungs-(HGÜ)-Ebene die 800-kV-Systemspannung bereits als Standard angesehen, und es wird bereits über die Steigerung auf 1000-kV-Systemspannung nachgedacht, während bei der Wechsel-(Drehstrom-)übertragung Indien mit der Installation eines 1200 kV (nominell 1150 kV LeiterLeiterspannung) Übertragungsnetzes aufhorchen ließ. Nachdem sich in Europa namhafte Unternehmen befinden, die sich mit der Erzeugung von Betriebsmitteln der elektrischen Energieversorgung bis in die höchsten Spannungsebenen beschäftigen, gibt es bereits seit längerer Zeit eine große Nachfrage nach Hochspannungsprüfmöglichkeiten. Um darauf zu reagieren und den Anschluss nicht zu verpassen, unternimmt die Versuchsanstalt Anstrengungen, ein „Upgrading“ der vorhandenen Prüfanlagen und Prüfmöglichkeiten durchzuführen. So wurde bereits der vorhandene Stoßspannungsgenerator mit einer entsprechenden Kopfelektrode versehen, um Schaltstoßspanngen bis ±1900 kV erzeugen zu können, siehe Abb. 10. Allerdings ist dies nicht mehr in der Großen Halle möglich, aufgrund zu geringer Schlagweiten (mindestens 10 Meter), sondern nur im Freigelände. Eine weitere Verbesserung wird die Installation eines Stelltrafos für die Gleichspannungsanlage darstellen. Es wird neben der Schnellumpolung
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(innerhalb 5 Sekunden bis 1000 kV) mit Hilfe des vorhandenen Thyristors auch eine empfindliche Teilentladungsmessung möglich sein. Einen wesentlichen Schritt nach vorne wird die Neuanschaffung eines 1500 kV Wechselspannungsgenerators bringen, einerseits durch die Steigerung der Spannungshöhe (1500 kV anstatt 1200 kV) und andererseits durch Merkmale wie Schnellabschaltung im Durchschlagsfall, definiert niedriger Teilentladungspegel sowie höhere Ausgangsleistung (1500 kVA anstatt 900 kVA). Für diese Neuanschaffung (Lieferzeitraum Mitte 2013) sind umfangreiche Vorarbeiten notwendig. So muss eine Fundamentverstärkung erfolgen, da der neue Wechselspannungsgenerator fast doppelt so schwer wie der vorhandene Generator ist (70 Tonnen anstatt bisher 40 Tonnen). Weiters muss eine Drehvorrichtung konzipiert werden, damit die Anlage, die natürlich größere Abmessungen besitzt, für andere Prüfungen nicht unnötig Platz wegnimmt und im spannungslosen Zustand weggedreht werden kann. Und schließlich muss auch eine neue Anspeisung für die Anlage konzipiert werden. Schlussendlich ist (und wird auch in Zukunft) der Erfolg natürlich wesentlich von der Motivation und Flexibilität aller Mitarbeiter der Versuchsanstalt abhängig sein. Unsere Kunden, die Projekte weltweit betreuen, erwarten neben zeitgemäßen elektrischen Prüfanlagen Unterstützung in vielerlei Hinsicht. Dies beginnt bereits mit der Projektplanung, z. B. Auswahl und Beistellung von passenden Hebeeinrichtungen wie Autokränen bzw. Hebebühnen, siehe Abb. 11. Unterstützung bei administrativen Tätigkeiten, um beispielsweise Prüfequipment von außerhalb der EU zu importieren. Vollste Flexibilität während des Prüfzeitraumes, um auch kurzfristig auf Unvorhersehbares zu reagieren, zum Beispiel durch die Bereitschaft von Nachtschichten, und natürlich ständige Weiterbildung durch Besuch von Fachkonferenzen weltweit. Nur dadurch wird es möglich sein, dass sich unsere Versuchsanstalt trotz der räumlichen Grenzen auch in Zukunft als attraktive Option weltweit wird behaupten können.
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Abb. 10. Stoßgenerator mit Kopfelektrode, um im Freigelände positive Schaltstoßspannungen bis +1900 kV erzeugen zu können
Abb. 11. Einsatz eines Autokrans für große Prüfaufbauten
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Autor Dipl.-Ing. Dr. Werner Lick wurde am 8. März 1971 in Friesach, Österreich, geboren. Nach Abschluss der HTBL Klagenfurt studierte er Elektrotechnik, Fachrichtung Energietechnik-Wirtschaft, an der Technischen Universität Graz. Seit Oktober 1997 ist er Mitarbeiter am Institut für Hochspannungstechnik und Systemmanagement der TU Graz. 2002 schloss er seine Dissertation mit dem Thema „Elektrische Festigkeit langer Durchschlagstrecken im Öl-Board-Dielektrikum“ ab. Als wissenschaftlicher Beamter ist er zuständig für Hochspannungsprüfungen an der Versuchsanstalt des Institutes.
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