07.12.2020
Für DC-Hochspannungsübertragungsstrecken und deren elektrischen Komponenten wird die PTB maßgeblich an der Entwicklung von messtechnischen Lösungen, Qualifizierung von Messteilern und internationalen Normungsarbeiten mitwirken.
Bei der Zulassung von Geräten für Hochspannungsnetze werden zwingend zuverlässige Hochspannungsprüfungen gefordert. Mit diesen Prüfungen wird verifiziert, dass diese Hochspannungsgeräte den Betriebsbedingungen standhalten können. Solche Prüfungen müssen unter anderem mit kombinierten Spannungen durchgeführt werden, bei denen Blitzstoß- (LI) oder Schaltstoßspannungen (SI) mit Wechsel- (AC) oder Gleichspannung (DC) überlagert werden.
Die Auswertung der einzelnen Signalformen AC, DC, LI und SI ist in der IEC 60060-1 beschrieben. Bislang gibt es jedoch keine genormten Routinen für überlagerte Signale. Die einzelnen Spannungsformen werden bei Prüfungen derzeit nach Bedarf kombiniert, weshalb bei Prüfungen in unterschiedlichen Prüfinstituten und Laboren völlig unterschiedliche Ergebnisse erzielt werden können. Zurückzuführen ist dies auf die fehlenden technischen Grundlagen und Vorschriften für die Erzeugung und Messung solcher zusammengesetzten Hochspannungen. Auch die entsprechenden Regulierungen über internationalen Normengremien sind für die heutigen Anforderungen nicht ausreichend.
Im Jahr 2020 startete das europäische Metrologieforschungsprojekt „HV-com²: Support for standardisation of high voltage testing with composite and combined wave shapes“, dessen Konsortium sich aus europäischen Metrologieinstituten (NMI), Industriepartnern und Universitäten zusammensetzt. Zum Projektstart wurde der metrologische und normative Entwicklungsbedarf vorbereitend für die nachfolgenden Arbeiten ermittelt. Die darauffolgenden experimentellen Untersuchungen beinhalten, AC- und DC-Messsysteme mit Impulsspannungen zu beaufschlagen und die damit verbundenen nachteiligen Auswirkungen auf die Messungen zuverlässig zu bestimmen. Für die kombinierten bzw. zusammengesetzten Spannungsformen werden neue Messinstrumente, Auswertesoftware und Niederspannungsgeneratoren entwickelt, aufgebaut und in Betrieb genommen. Ziel der Arbeiten an den NMIs ist es, rückführbare Hochspannungsmesssysteme und Kalibrierdienste für solche Spannungsformen zu entwickeln, die eine Amplitudenunsicherheit von weniger als 2% aufweisen sollen. Diese Anforderungen werden mit Hilfe eines Vergleichstests aller Komponenten der beteiligten NMIs in der PTB verifiziert. Bei den Prüfungen mit überlagerten bzw. kombinierten Spannungsformen werden die Messunsicherheiten bestehender, neu entwickelter Spannungsteiler und Messketten genau bestimmt. Ein im Fachbereich „Elektrische Energiemesstechnik“ der PTB Braunschweig entwickelter hochpräziser Messteiler wird als Basis für das aktuelle Projekt angepasst. Abschließend werden die Forschungsergebnisse in die laufende Überarbeitung der Normen der IEC 60060-Reihe auf internationaler Ebene eingebracht.
Mit den Arbeiten in diesem Forschungsprojekt trägt die PTB mit einem interdisziplinären Wissenschaftlerteam zur Bewältigung der metrologischen Herausforderungen der Energiewende bei.
Bild: Aufbau des Messkreises für eine Prüfung mit zusammengesetzten Spannungsformen nach IEC 60060.