ElektrA - Alterungsverhalten von Vergussmassen unter elektro-thermischer Belastung bei rechteckförmiger Spannung

„IGF-Vorhaben werden über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.“

IGF-Vorhaben Nr. 23035 N Laufzeit:               01.07.2023 - 30.09.2025 Schwerpunkte: #Leistungselektronik #Vergussmassen #thermische Belastung #elektrische Belastung

Inhalt:

Leistungselektronik muss vor äußeren Einflüssen (wie Feuchtigkeit oder Temperatur) und zur elektrischen Isolation geschützt werden. Dies erfolgt i.d.R. durch Vergussmassen. Die Forschungseinrichtungen FGH e.V., das Kunststoff-Zentrum (SKZ) mit dem Europäische Zentrum für Dispersionstechnologien (EZD) in Selb und das Lehr- und Forschungsgebiet für Hochspannungstechnologie am IAEW der RWTH Aachen haben deshalb ein gemeinsames Projekt gestartet.

Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung von ungefüllten und gefüllten Vergussmassen bei einer simulierten Daueranwendung von bis zu 500 Stunden. Dazu werden plattenförmige Materialprüflinge mit in der Anwendung auftretenden Rechteckspannungen bei unterschiedlichen Frequenzen im kHz Bereich mit einem speziell entwickelten Versuchsaufbau belastet.  Für den Bezug zum realen Anwendungsfall wird die Alterung bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt.
 
Die Forschungsergebnisse sollen ein Verständnis über den Einfluss von Rechteckspannung auf das Alterungsverhalten von Vergussmassen der Leistungselektronik unter anderem für den Einsatz in der Elektromobilität ermöglichen. Durch die Modifikation der Vergussmassen mit Füllstoffen sollen die Grundeigenschaften gezielt den unterschiedlichen Anwendungsfällen angepasst werden. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse sollen Aussagen zur Lebensdauer und Empfehlungen über die Wahl eines für die Anwendung geeigneten Vergussmasse-Systems gegeben werden. Dadurch kann die Beständigkeit von Isolationsmassen und somit auch die Wirtschaftlichkeit von elektronischen Bauteilen verbessert werden.
 
Von den Ergebnissen profitieren viele Bereiche der Wertschöpfungskette für die Herstellung von elektronischen Bauteilen. Dies sind unter anderem Hersteller von chemischen Grundkomponenten und Anwender von Vergussmassen, Leistungselektronik-Hersteller sowie Anwender elektrischer und elektronischer Bauteile in verschiedensten Industriebereichen.

Ihr Ansprechpartner: Christoph Kahlen

Verbundvorhaben: InnOpTEM - Innovative Ansätze zur Optimierung von Topologiemaßnahmen im Engpassmanagement des Netzbetriebs; Teilvorhaben: Projektkoordination, Implementierung KI-basierter Methoden und Methoden basierend auf einer Mensch-Maschine Interaktion

InnOpTEM Laufzeit: 01.09.2022 - 31.08.2025 Schwerpunkte: #Topologieoptimerung #Netzoptimierung #Sicherer Systembetrieb

Die Planung und der Betrieb des Übertragungsnetzes sind durch Unsicherheiten geprägt, die unter anderem auf den steigenden Anteil an Einspeisung aus dargebotsabhängigen Anlagen zurückzuführen sind. Zur Beherrschung dieser Unsicherheiten haben die Übertragungsnetzbetreiber zeitlich gestaffelte Prozesse implementiert, in denen zur Gewährleistung der Systemsicherheit geeignete Maßnahmen aktiviert werden. Rechnergestützte Optimierungsverfahren sind in diesen Prozessen unerlässlich. Durch die Anpassung der Netztopologie ist es möglich, Leistungsflüsse im Übertragungsnetzbetrieb zu steuern und gegebenenfalls Netzengpässe zu reduzieren. Hierdurch können kostenintensive Redispatchmaßnahmen reduziert werden. Aufgrund der hohen Problemkomplexität werden topologische Maßnahmen heute nicht gemeinsam mit weiteren Maßnahmen optimiert.

In diesem Forschungsprojekt werden Lösungsansätze konzipiert und umgesetzt, welche in einem integrierten Verfahren Schaltzustandsänderungen und Redispatchmaßnahmen simulativ bewerten und optimieren. Das zentrale Ziel des Teilprojektes der FGH besteht neben dem Projektmanagement in der Umsetzung des Basisansatzes als Grundlage für die praxisnahe Simulationsumgebung zur Gewährleistung der Anwendbarkeit der entwickelten Konzepte. Anhand des Basisansatzes sollen Anforderungen an Verfahren zur Topologieoptimierung identifiziert werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen soll die Entwicklung der innovativen Ansätze aller Projektpartner erfolgen.

Darüber hinaus konzipiert und implementiert die FGH die KI-basierten Methoden sowie Methoden, die auf einer Mensch-Maschine-Interaktion basieren. Die KI-basierten Ansätze umfassen den Einsatz von KI zur Topologieoptimierung, sowie KI-basierte Maßnahmen zur Vereinfachung der Problemstellung. Die Mensch-Maschine-Interaktion dient zum einen der Visualisierung der vorgeschlagenen Schaltzustände für die Anwendung in der Systemführung, sowie der Berücksichtigung von Modifikationen durch das systemführende Personal.

Ihr Ansprechpartner: Marco Gehrmann

Zuverlässige Druckentlastungsberechnungen in der Niederspannung

IGF-Vorhaben Nr. 22533 BG Laufzeit:               01.08.2022 - 31.07.2024 Schwerpunkte: #Gleichstromsysteme #Untersuchung von Fehlerströmen und Störlichtbögen #Handlungsempfehlungen zur Vermeidung von Personenschäden und zur Verringerung von Schäden und Ausfallzeiten der Stromversorgung

Inhalt:

Elektroenergieversorgungssysteme basieren bisher vor allem auf Wechselspannung. Durch den verstärkten Einsatz dezentraler und alternativer Energieerzeuger steigt der Anteil an Komponenten, die Gleichspannung benötigen. Ein Feld, in dem bereits heute Gleichspannung genutzt wird, stellen Zwischenkreise drehzahlvariabler Antriebe in z.B. Fertigungsstrecken und Kompressionsmaschinen industrieller Anlagen dar. Außerdem etablieren sich zunehmend Batteriespeicherlösungen, die ebenfalls Gleichspannungssysteme voraussetzen. Für Gleichspannungssysteme müssen die gleichen Ansprüche an Sicherheit und Zuverlässigkeit erfüllt werden wie im vorhandenen Wechselspannungsnetz; sowohl im Hinblick auf den Anlagen- als auch auf den Personenschutz. Für Wechselspannungs-Netze existieren bewährte Schutzsysteme und persönliche Schutzausrüstungen. Es ist zu untersuchen, ob diese auch in Gleichspannungs-Netzen anwendbar sind. Die Untersuchungen sind auf Hochstromgleichspannungslichtbögen bei Kurzschlüssen in Niederspannungsgleichstromsystemen ausgerichtet. Neben der Untersuchung von gleichrichtergespeisten Störlichtbögen liegt der Fokus auf der Untersuchung von Batterieanlagen. Basierend auf aus Messungen abgeleiteten Modellen wird eine Gefährdungsbeurteilung für unterschiedliche Anlagentypen durch Störlichtbögen abgeleitet. Die ermittelten Risiken werden beschrieben und mögliche Schutzmaßnahmen aufgezeigt. Die angestrebten Forschungsergebnisse sind insbesondere von kleineren und mittleren Unternehmen aus vielfältigen Bereichen der Energieerzeugung und -verteilung nutzbar, z.B.:

Hersteller von Schaltanlagen (in Deutschland sind eine Vielzahl davon KMU)

Hersteller von Batterien

Betreiber von Gleichstromnetzen (z.B. in Industriebetrieben)

Betreiber von Batterieanlagen

Verteilnetzbetreiber

Ingenieur- und Architekturbüros für die Bereiche

- Anlagen- und Gebäudeplanung

- Netzberechnungen für Verteilungsnetze

- Anlagen- und Personenschutz

Handwerksbetriebe, die Schaltanlagen installieren

Projektphase zwei: Wir entwickeln Prüfvorschriften für die neuen ENSURE-Technologien

ENSURE II Laufzeit: 01.02.2020 - 31.07.2023 Schwerpunkt: #Transformation des Energiesystems, #Prognoseunsicherheiten im Verteilnetz und Übertragungsnetz #Sektorenkopplung

Akkreditierte Labore müssen die in ENSURE entwickelten Technologien streng prüfen. Der Grund sind Auflagen und das erhöhte Risiko ungeprüfter Komponenten im Netz. 
Damit wird das Risiko eines Fehlerfalls im Demonstrationsbetrieb weitestgehend ausgeschlossen. Die FGH erstellt für die in ENSURE bislang entwickelten Technologien und Lösungen Prüfvorschriften ausgehend von bestehenden Normen. Durch den Neuheitscharakter der innovativen Entwicklungen sind größtenteils keine umfassenden Vorschriften für eine Prüfungsprojektierung und -durchführung vorhanden. Somit müssen wir bestehende Vorschriften durch geeignete Passagen erweitern oder komplett neu entwickeln.

Aufbauend auf den entwickelten Prüfvorschriften und geeigneten Prüfszenarien werden die entsprechenden Prüfungen in geeigneten Laboren projektiert und von der FGH begleitet. Die Ergebnisse bereiten wir auf und analysieren sie mit Blick auf die Demonstration im Netz.

Wir stimmen uns mit den Netzbetreibern ab und geben die Komponenten zum Einbau frei – oder spielen die Ergebnisse an die jeweiligen Entwickler zurück. Erlangte Erkenntnisse aus den Definitionen der Prüfvorschriften sowie den Prüfungsresultaten tragen wir in entsprechende Normungsgremien – zusammen mit den weiteren beteiligten Partnern (vorrangig Hersteller und Netzbetreiber).