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Neuer Impuls­generator erzeugt Millionenvolt-Impulse

Entscheidender Schritt für die Forschung zum Stromtransport bei der Energiewende.

Impulsgenerator_HST_Berns

Impulsgenerator_HST_HalleIm Forschungszentrum für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) an der TU Dort­mund ist ein rund 15 Meter hoher und rund 16 Tonnen schwerer Impuls­generator montiert worden. „Er ist ein weiterer Baustein, um im HGÜ-Testzentrum im Rahmen unserer For­schung zur Energiewende ein reales Stromnetz nachbilden zu können“, erklärt Joachim Berns vom Bereich Hoch­spannungs­technik der Fakultät für Elektrotechnik und Infor­mations­technik die Aufgaben des neuen Geräts.

Mit dem Impuls­generator und weiteren Technik­bau­teilen ist es der Forschungs­gruppe Hoch­spannungs­technik um Prof. Frank Jenau ge­lungen, wei­tere rund 4,2 Millionen Euro an Förder­mitteln für das HGÜ einzuwerben. Der Impuls­generator ist das größte Einzelelement. Es besteht aus 20 baugleichen Bauteilen – Stufen genannt –, die mit je 200.000 Volt aufgeladen werden können. Anschließend werden die Elektroden in Reihe zusammen­geschaltet und können dann einen elektrischen Impuls von bis zu vier Millionen Volt abgeben.

Dieser Impuls wird in das Stromnetzwerk eingespeist, das die Forscherinnen und Forscher im HGÜ aufbauen werden – mit Widerständen, die Verbraucher simulieren, Leitungen und verschiedensten Bauteilen wie Isolatoren. „Dann testen wir, wie einzelne Bauteile des Netzes auf starke überlagerte Stromimpulse reagieren“, sagt Berns. Hintergrund der For­schung im HGÜ ist die Energiewende: Sie macht es unter anderem erforderlich, große Strom­mengen, die in Norddeutschland und in der Nordsee per Windkraft erzeugt werden, an die Verbraucherinnen und Verbraucher in Süd­deutsch­land und Strom aus den Photovoltaik (PV)-Anlagen im Süden nach Norden zu transportieren. Anders als im gängigen Höchstspannungsnetz, das mit bis zu 380.000 Volt Wechselstrom betrieben wird, ist für diesen Transport eine Gleichstromleitung geplant – mit derzeit insgesamt 760.000 Volt Spannung. Die Projekte am HGÜ beschäftigen sich mit Fragestellungen im Bereich der nachhaltigen Energieumwandlung, des Energietransports und der Energiespeicherung.

Abhängig von Fehlerart und verwendeter Komponenten ergeben sich bei HGÜ-Netzen verschiedene Formen der Überspannung, die sich von den bisher berücksichtigten Spannungsformen unterscheiden. Aktuelle Forschungs­arbeiten zeigen, dass die zu erwartenden Überspannungen, die das Gleichfeld überlagern, die Zuverlässigkeit sowie Lebensdauer der Leitungssysteme negativ beeinflussen können. Die Forscherinnen und Forscher im HGÜ ermitteln den Einfluss von impulsförmigen Spannungsüberlagerungen auf das elektrische Verhalten und die Isolation von realen Betriebsmitteln.

So gibt es beispielsweise bislang kaum Erfahrungswerte, was passiert, wenn die Gleichstromleitung unter voller Last steht, Gewitter aufziehen und Blitze in die Leiterseile auf den Hochspannungsmasten einschlagen. Welche Materialien halten diesen Belastungen stand? Wie ist ein reibungsloser Dauerbetrieb gesichert – bei jedem Wetter, Temperaturen von bis zu plus 70 oder minus 50 Grad, bei Unwettern? Wie kann man die Energie­über­tragung optimieren und die Verluste minimieren?

Antworten auf diese Fragen kann der Einsatz des Impulsgenerators geben. Das Gerät, nach sei­nem Erfinder Erwin Otto Marx auch Marx-Generator genannt, hat die Schweizer Firma Haefely nach den Vorgaben der TU Dort­mund gebaut. Rund drei Wochen dauerte die Montage im HGÜ. Innerhalb der Halle kann der Generator mit Hilfe von Luftkissen angehoben und verschoben werden.


Foto (Martina Hengesbach​/​TU Dort­mund): Dipl.-Ing. Joachim Berns ist Mitarbeiter des Bereichs Hoch­spannungs­technik (HST) unter Leitung von Prof. Jenau. Mit den wis­sen­schaft­lichen Kolleginnen und Kollegen ist er für den Aufbau und die Inbetriebnahme des Impulsgenerators innerhalb des HGÜ-Testzentrums zuständig.



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