Leistungsfähige Folienkondensatoren (LeiKo) - Zuverlässige Folienkondensatoren mit erhöhtem Leistungspotential

Abstract

Die Aufgabenstellung des Projekts war die Erarbeitung eines nachgewiesenen Lebensdauermodells für Leistungskondensatoren auf Basis von metallisierter, biaxial orientierter Polypropylenfolie (BOPP). Die Absicht dahinter war, abschätzen zu können ob es für den Anwendungsfall von HGÜ-Kondensatoren ausreichend große Auslegungsreserven gibt, welche es erlauben könnten die Feldstärkeausnutzung zu erhöhen bei gleichbleibender Zuverlässigkeitsanforderung. In diesem Falle könnten die Kondensatoren kleiner und mit weniger Materialeinsatz gefertigt werden. Neben Kosteneinsparungen würden diese Materialeinsparungen auch den Energieeinsatz und den CO2-Rucksack der Kondensatoren positiv beeinflussen. Des Weiteren wurden verschiedene Ansätze zur Materialmodifikation verfolgt mit dem Ziel Kondensatorfolien herzustellen, welche höhere Energiedichten erlauben, z.B. über eine höhere Auslegungsfeldstärke. Diese Ansätze wurden unterstützt durch einen Fähigkeitsaufbau in der Charakterisierung der Folien sowie mit weiteren Aufgaben, welche eine bessere Vorhersage der Kondensatorlebensdauer auf Basis von Folieneigenschaften ermöglichen. Dazu gehörte der Aufbau einer Messeinrichtung zur Bestimmung des temperaturabhängigen Time-dependent-Dielectric-Breakdown (TDDB), der Aufbau eines Setups und die Methodenentwicklung für die Bestimmung des Temperature-stimulateddischarge-currents (TSDC) der Folien. Die Simulation der Erwärmung des Kondensators wurde erfolgreich mit dem Experiment validiert. Datei-Upload durch TIB The objective of this project was to develop a validated lifetime model for power capacitors based on metallized, biaxially oriented polypropylene (BOPP) film. The aim was to assess whether high-voltage direct current (HVDC) capacitors have sufficiently large design margins that would allow for an increased electric field utilization while maintaining the required reliability. If feasible, this could enable the production of smaller capacitors with reduced material usage. In addition to cost savings, such material reductions would also positively impact energy consumption and the carbon footprint of the capacitors. Furthermore, various approaches to material modification were explored to develop capacitor films that support higher energy densities, for example, through increased design field strength. These efforts were complemented by setting up new methods for film characterization, as well as additional tasks aimed at improving the prediction of capacitor lifetime based on film properties. This included the development of a measurement setup for determining the temperature-dependent time-dependent dielectric breakdown (TDDB) and the establishment of a setup and methodology for measuring the temperature-stimulated discharge current (TSDC) of the films. Additionally, the thermal simulation of the capacitor was successfully validated through experimental results.