Physikalisch basierte Nachbildung des Alterungsprozesses bei simultaner elektrischer, thermischer und mechanischer Belastung

Betriebsmittel der Energietechnik wie elektrische Generatoren sind zunehmend einem stark schwankenden Lastprofil ausgesetzt. Dieses führt im elektrischen Isoliersystem der Generatorwicklungsstäbe zu Alterungsprozessen bei simultaner Mehrfachbelastung mit dominierendem mechanischen Einfluss. Das grundlegende Verständnis dieser Prozesse erfordert eine umfassende theoretische Nachbildung. Bisherige Ansätze resultieren aus der Auswertung experimenteller Untersuchungen und sind daher nicht allgemeingültig anwendbar. Diese Arbeit stellt erstmals eine physikalisch basierte theoretische Nachbildung der Alterungsprozesse in elektrischen Feststoffisolierungen unter simultaner elektrischer, thermischer und mechanischer Belastung vor. Die Belastungssituation und die daraus resultierenden Zerstörungsprozesse werden nach einem neuen physikalischen Modell mit mathematischen Gleichungen beschrieben. Die Querbeziehungen zwischen den jeweiligen Belastungsarten und Alterungsprozessen werden berücksichtigt. Die numerischen und analytischen Berechnungen des physikalischen Modells werden am Beispiel der mechanisch dominierten Alterung des Isoliersystems von Generatorwicklungsstäben vorgestellt. In konventionellen experimentellen Untersuchungen mit einer einzelnen Belastungsart werden fehlende Modellparameter ermittelt. Für zeitraffende Prüfungen bei simultaner Mehrfachbelastung von Generatorwicklungsstäben mit originalen Querschnittsabmessungen wird ein neuer Prüfaufbau (Wechselbiegeanlage) konstruiert und errichtet. Ein neu eingeführter Alterungspotentialindex erleichtert die praktische Anwendung des physikalischen Modells. Er dient der Abschätzung des Alterungspotentials einer simultanen Mehrfachbelastung auf ein Feststoffisoliersystem. Die Modellierung wird durch den Vergleich des Alterungspotentialindex mit Ergebnissen aus experimentellen Untersuchungen bei einer mechanisch dominierten simultanen Mehrfachbelastung in der Wechselbiegeanlage grundsätzlich verifiziert und kann für vielfältige betriebsrelevante Anwendungen genutzt werden.