Fachgebiet Energietransport und -speicherung
Hochspannungstechnik und EMV

Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik

Fakultät für Ingenieurwissenschaften
 
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Eine Auswahl von Themen für Projekt-, Bachelor- und Masterarbeiten aus dem Bereich der Hochspannungstechnik und EMV

Für alle Themen bitte den entsprechenden Mitarbeiter des Fachgebietes persönlich kontaktieren.


DK-06: Entwicklung eines Normals für Teilentladungen

Masterarbeit

Defekte und Fehlstellen in der Isolation von elektrischen Betriebsmitteln können in dieser zu Teilentladungen führen. Eine teilentladungsfreie Isolation ist erstrebenswert, da in Defekten auftretende Teilentladungen diese weiter schädigen und somit zur Ausweitung des Problemes füheren. Häufig endet dies in einem Durchschlag und somit Verlust des Betriebsmittels, weshalb Teilentladungsfreiheit wünschenswert ist. Die Ausweitung des Defektes durch die Teilentladungen führt allerdings auch zu einem weiteren Problem: Der Teilentladungspegel ist über die Zeit nicht konstant.

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit sollen zu diesem Zweck die Möglichkeiten der Entwicklung einer Apparatur untersuch und eine solche entwickelt werden, welche über einen langfristigen Zeitraum einen unveränderten Teilentladungspegel bereitstellen kann. Eine weitere Vorgabe an die Apparatur ist ein echten Defekten nachempfundenes Verhalten, insbesondere die Spannungsabhängigkeit der Teilentladung soll nachgebildet werden.

Betreuer: Daniel Ketel, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: --93789


DK-05: Fehleranalyse und -behebung an einem Lötofen für kleine Platinen

Projektarbeit

In einer abgeschlossenen Projektarbeit wurde ein Lötofen für kleine Platinen entwickelt, welcher mit einem Arduino gesteuert wird. Für den Lötprozess fährt der Arduino im Ofen ein vorgegebenes Temperaturprofil ab, welches anpassbar ist. Geregelt wird die Temperatur im Ofen, gemessen mit einem Thermofühler, das Stellglied ist ein Halbleiterschalter in der Zuleitung der Heizspiralen.

Im Rahmen dieser Arbeit soll der aktuell noch vorhandene Fehler im System lokalisiert und behoben derden. Der Fehler äußert sich in einer verbrannten Platine. Bei den laut Temperaturfühlern im Innenraum des Ofen herrschenden Temperaturen sollte das Platinenmaterial laut Datenblatt jedoch noch keinen Schaden nehmen. Es ist zu ermitteln, woher die augenscheinlicher Temperaturdifferenz her rührt.

Betreuer: Daniel Ketel, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3789


DK-04: Entwicklung und Fertigung von Sensoren zur Messung von Teilentladung und deren räumlichen Ortung innerhalb eines geschlossenen Raumes

Bachelor- oder Masterarbeit

Für die Typprüfung von Hochspannungsgeräten wird in der Regel eine sogenannte Teilenetladungsprüfung gefordert. Diese soll sicherstellen, dass die im Betrieb im Gerät auftretenden Teilentladungen ein bestimmtes Maß nicht überschreiten. Um diese Prüfung erfolgreich durchzuführen, muss das durchführende Labor nachweisen, dass der für die Prüfung genutzte Aufbau teilentladungsfrei ist. Treten bei der Prüfunk keinerlei Entladungen auf, so sind die Teilentladungen wahrscheinlich sowohl in Prüfling als auch in Aufbau unter dem geforderten Pegel. Werden jedoch Teilentladungen gemessen kann anhand des Messung nicht immer zweifelsfrei festgestellt werden, wo diese Teilentladungen ihren Ursprung haben. Teilentladungen im Aufbau treten häufig als Coronaentladungen auf, daher können diese mit geeigneten Antennen eingefangen und gemessen werden.

Im Rahmen diese Abschlussarbeit soll eine geeignete Antennenform für die Messung bestimmt werden und mit dieser Antenne ein Sensor(netzwerk) entwickelt und aufgebaut werden, welches prinzipiell in der Lage ist die Coronaentladungen zu orten. Der Umfang der Arbeit kann an Situation und Wissen des Kandidaten angepasst werden.

Betreuer: Daniel Ketel, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3789


DK-02: Leistungselektronisches Netzteil zur Versorgung eines IGBT-Stacks in einem Hochfrequenzhochspannungsschalter

Masterarbeit

Um die Frequenzantwort von einem Gerät zu bestimmen kann es am seinem Eingang mit einem Einheitssprung beaufschlagt werden. Die Reaktion des Gerätes an dessen Ausgang wird Sprungantwort genannt und dient der Charakterisierung dieses Gerätes. Für Hochspannungsgeräte ist es sinnvoll, einen möglichst hohen Pegel für das Sprungantwortsignal zu nutzen. Hierfür wurde ein leistungselektronischer Schalter entwickelt, welcher einen Einheitssprung mit bis zu 30 kV und einer Anstiegs-/Abfallzeit von einigen ns erzeugen kann. Der zum Schalten genutzte IGBT-Stack, viel mehr dessen Treiber, müssen jedoch auch mit ausreichend Energie versorgt werden.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll hierfür ein leistungselektronisches Netzteil entwickelt werden. Konstruktions- und funktionsbedingt ist es nicht möglich, zwischen Treiber und IGBT eine galvanische Entkopplung einzufügen. Daher müssen die einzelnen Vorsorgungsschienen der Treiber im Netzteil die galvanische Entkopplung von Netzteil und Treiber sicherstellen.

Betreuer: Daniel Ketel, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3789


THK-03: Recherche, Vergleich und Bewertung von Energieübertragungsmethoden zur Versorgung der elektrischen Heizschicht einer rotierenden Kalander-Heizwalze

Bachelorprojekt / Bachelorarbeit

Im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme "KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz" ist das Fachgebiet Energietransport und -speicherung (ETS) am Projekt "Ressourcenschonende Heizschicht mit Antihaftwirkung – RHeNoHaft" beteiligt. Im Zuge dieses Projekts wird eine alternative elektrisch betriebene Heizwalzen mit einer intelligenten Antihaftschicht entwickelt. Diese soll die aktuell verbreiteten und "ineffizienten" Öl-beheizten Walzen in sogenannten Kalandern ersetzten. Ein Kalander ist ein System aus mehreren aufeinander angeordneten beheizten und polierten Walzen, durch deren Spalten eine Schmelze oder andere Materialien hindurchgeführt werden. Ein Kalander dient zur Herstellung und Verarbeitung von Folien aus Kunststoffen (PVC, PE, PS etc.), Gummi, Metallen (Aluminium, Zinn), Papier und Textilien. Es gibt verschiedene Möglichkeiten die hier genannte Heizschicht elektrisch zu versorgen. Dabei stehen die folgenden Varianten im Fokus dieser Arbeit:

  • Einsatz von Schleifringen (galvanische Kopplung),
  • Erregermaschine/Generatorprinzip (mechanische Kopplung),
  • Wireless Power Transfer (induktive Nahfeldkopplung).

Diese Arbeit hat einen fast reinen theoretischen Charakter, welcher auf der Recherche und Auswertung von für diese Aufgabenstellung relevanten Kenndaten für den Betrieb einer solchen Heizwalze beruht. Aufbauend auf den zuvor erarbeiteten Kenndaten können dann die verschiedene Energieübertragungskonzepte, ebenfalls in einer theoretischen Betrachtung, angewendet werden. Praktische Versuche sind je nach Verlauf der Arbeit möglich. Als Ergebnis wird eine Gegenüberstellung der technischen und wirtschaftlichen Vor- und Nachteile der Energieübertragungskonzepte erwartet. Gerne können neben den 3 genannten Energieübertragungskonzepten auch noch weitere genannt und betrachtet werden.

➛ ➛ ➛ Herausragende studentische Leistungen, welche das Projekt qualitativ weiter gebracht haben, werden selbstverständlich durch Nennung in der Autorenliste einer eventuellen Publikationen, im Kontext des Projekts RHeNoHaft, gewürdigt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Thorsten Klauke (» mail)
Durchwahl: -93224


THK-02: Explorative Datenerhebung und Analyse von Heizwalzenkonzepten von Kalandern in Abhängigkeit des durch die Walze zu bearbeitendem Werkstoff (Papier/Folie/Textil) – Ableitung von 3D-FEM-Modellen aus den Analysen zur Abschätzung des thermischen Energiebedarfs

Masterprojekt / Masterarbeit

Im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme "KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz" ist das Fachgebiet Energietransport und -speicherung (ETS) am Projekt "Ressourcenschonende Heizschicht mit Antihaftwirkung – RHeNoHaft" beteiligt. Im Zuge dieses Projekts wird eine alternative elektrisch betriebene Heizwalze mit einer intelligenten Antihaftschicht entwickelt. Diese soll die aktuell verbreiteten und "ineffizienten" Öl-beheizten Walzen in sogenannten Kalandern ersetzen. Ein Kalander ist ein System aus mehreren aufeinander angeordneten beheizten und polierten Walzen, durch deren Spalten eine Schmelze oder andere Materialien hindurchgeführt werden. Ein Kalander dient zur Herstellung und Verarbeitung von Folien aus Kunststoffen (PVC, PE, PS etc.), Gummi, Metallen (Aluminium, Zinn), Papier und Textilien. Die Ergebnisse dieser Arbeit spielen vor allem für die elektrische Kontaktierung der neuen Heizwalze eine wichtige Rolle. Die Kontaktierung kann dadurch optimal an den Einsatzzweck der Heizwalze angepasst werden.

In dieser Arbeit soll der thermische Energiebedarf von solchen Heizwalzen in Abhängigkeit des breit gefächerten Einsatzzwecks abgeschätzt werden. Dafür soll im ersten Schritt eine möglichst umfangreiche Recherche zu bestehenden Heizwalzenkonzepten von Kalandern angesetzt werden. Auf Grundlage der daraus folgenden Analyse sind thermische 2D/3D-FEM Simulationsmodelle mit der Umgebung Comsol Multiphysics zu erstellen.

Diese Arbeit richtet sich an Studierende mit einem hohen Interesse an Feldberechnung Modellbildung und Simulation. Zur Verfügung steht die Simulationsumgebung Comsol Multiphysics, mit der realistische Designs, Teile und Prozess durch die Finiten-Elemente-Methode (FEM) modelliert und numerisch berechnet/simuliert werden können.

➛ ➛ ➛ Herausragende studentische Leistungen, welche das Projekt qualitativ weiter gebracht haben, werden selbstverständlich durch Nennung in der Autorenliste einer eventuellen Publikationen, im Kontext des Projekts RHeNoHaft, gewürdigt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Thorsten Klauke (» mail)
Durchwahl: -93224


Engagierte Studierende dringend gesucht!

THK-01: Aufbau und Automatisierung von Versuchsständen zur Charakterisierung von Isolierstoffen und Widerstandsmaterialien

Projektarbeit (Bachelor/Master) / Bachelorarbeit

Im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme "KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz" ist das Fachgebiet Energietransport und -speicherung (ETS) am Projekt "Ressourcenschonende Heizschicht mit Antihaftwirkung – RHeNoHaft" beteiligt. Die Eigenschaften der hier verwendeten Materialien sind dabei abhängig von der Verarbeitungsart (z.B. thermisches Spritzen) und den beigemischten Zusatzstoffen (Nanodielektrika). Für dieses Projekt ist daher eine Untersuchung bzw. Charakterisierung dieser Materialien zwingend erforderlich. Es sind Versuchsstände für die folgenden Punkte aufzubauen und das Anfahren von Arbeitspunkten sowie das Aufnehmen von Messreihen einschließlich deren Auswertung zu automatisieren:

  • Bestimmung der maximalen elektrischen Feldstärke Emax,
  • Bestimmung der Permittivität εr,
  • Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit κ und
  • Einordnung in die triboelektrische Reihe.

Inhalte der Arbeit: Literaturarbeit & Normenrecherche, Planung und Aufbau der Versuchsstände, Ansteuerung und Automatisierung der verwendeten Geräte sowie der Auswertung der Messwerte mittels Labview und/oder Matlab, Inbetriebnahme und Prüfung der Versuchsstände anhand bekannter Materialproben, Fehlerrechnung.

➛ ➛ ➛ Der Umfang der hier zu bearbeitenden Aufgabenstellung, also die Anzahl der zu erarbeitenden Versuchsstände, hängt vom Typ der Arbeit ab (Abschlussarbeit oder Projektarbeit).

➛ ➛ ➛ Herausragende studentische Leistungen, welche das Projekt qualitativ weiter gebracht haben, werden selbstverständlich durch Nennung in der Autorenliste einer eventuellen Publikationen, im Kontext des Projekts RHeNoHaft, gewürdigt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Thorsten Klauke (» mail)
Durchwahl: -93224


FR-09: Entwicklung eines geometrisch-skalierten Modells eines Schaltfelds zur Ermittlung hochfrequenter Übertragungsfunktionen im Bereich 9 kHz bis 10 MHz

Masterarbeit

Im Energienetz finden sich mitunter erwünschte hochfrequente Signale, wie bspw. PLC, aber auch unerwünschte hochfrequente Signale, hervorgerufen durch den zunehmenden Anteil an Leistungselektronik. Die Ausbreitung und das Verhalten solcher Signale sind insbesondere im Kontext der EMV-Koordination ein relevanter Aspekt.

Um die Ausbreitung solcher Signale vor Inbetriebnahme eines derartigen Systems abschätzen zu können, soll im Rahmen dieser Arbeit ein geometrisch skaliertes Modell eines beliebigen Schaltfelds entworfen werden. Auf Basis durchgeführter Messungen an diesem Modell sollen entsprechende Aussagen zum hochfrequenten Verhalten eines Schaltfelds abgeleitet werden. Die Validierung des Modells erfolgt auf dem derzeitigen Stand der zur Verfügung stehenden wissenschaftlichen Literatur.

Betreuer: Markus Franke, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3789


FR-08: Analyse der elektromagnetischen Abstrahlung von Freileitungssystemen anhand der Momentenmethode unter Variation energiesystemtypischer Parameter
In Bearbeitung

Masterarbeit

Im Prozess des Neu- bzw. Umbaus von Freileitungssystemen muss unter anderem die elektromagnetische Verträglichkeit berücksichtigt werden. Ein Aspekt liegt hierbei in der Berechnung der Störfeldstärken im Umfeld der Anlage. Insbesondere im Hinblick auf die HGÜ-Technologie fehlt es in den normativen Empfehlungen an Hilfestellungen für derartige Berechnungen.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll mit Hilfe einer vorgegebenen Simulationsumgebung der Einfluss verschiedener Parameter eines Freileitungssystems auf die Ausbreitung der elektromagnetischen Felder kategorisch aufgearbeitet und analysiert werden.

Betreuer: Markus Franke, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3789


FR-07: Untersuchung der Auswirkungen von Anpassnetzwerken auf den Koppelfaktor bei gestrahlten Messungen
In Bearbeitung

Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit

Die elektromagnetische Beeinflussung durch leitungsgeführte Störungen ist ein relevanter Aspekt in der elektromagnetischen Verträglichkeit. Die abgestrahlten elektromagnetischen Felder stellen eine ernste Störquelle für in der Umgebung befindliche Geräte dar und können mitunter ihre Funktionsweise beeinträchtigen. Um eine Störung zu vermeiden müssen existierende, sowie neue Technologien gewisse Grenzwerte für gestrahlte Störfeldstärken einhalten.

Ein Ansatz für die Definition solcher Grenzwerte für neue Technologien ist die Verwendung eines Koppelfaktors. Dieser setzt die gemessene Feldstärke an einem Ort in Relation zur eingespeisten Leistung. Diese Koppelfaktoren werden experimentell für gegebene Anordnungen bestimmt. Vor dem Hintergrund eine möglichst hohe Messdynamik am Messort zu erhalten, werden teilweise Anpassnetzwerke eingesetzt, um die eingespeiste Wirkleistung zu erhöhen. Im Rahmen dieser Arbeit soll der Einfluss eines solchen Anpassnetzwerks auf die ermittelten Koppelfaktoren untersucht werden.

Betreuer: Markus Franke, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3789


FR-06: Aufbau einer +/- 10 V DC Spannungsversorgungseinheit mit Überwachungs- sowie Anzeigefunktionen zur Überwachung des Ladezustands der zu verwendenden Blei-Akkus
obsolet

Projektarbeit

Im Fachbereich für Energietransport und -speicherung existiert eine +/- 10 V DC Spannungsversorgung für eine Loop- bzw. Monopolantenne. Als Energiespeicher dienen diesem Zweck zwei 12-Volt Batterien. Um die Akkus vor vollständiger Entladung zu schützen, ist ebenfalls eine Unterspannungsabschaltung vorhanden. Jedoch fehlt eine grafische, sowie optische Überwachungsmöglichkeit des LAdezustands der Blei-Akkus.

Im Rahmen dieser Projektarbeit soll daher für die vorhandene Versorgungseinheit ein Überwachungssystem entwickelt werden. Dieses soll über ein GUI (bspw. ein LCD) den aktuellen Ladezustand der Blei-Akkus sowie die geschätze Nutzungsdauer bei unveränderter Last angeben. Das Schaltungslayout der entsprechenden Microcontroller-Platine, sowie die Endmontage im bestehenden Gehäuse sind ebenfalls Teil dieser Projektarbeit.

Betreuer: Markus Franke, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3789


FR-05: Entwicklung eines Rahmenantennensystems in Anlehnung an CISPR 16-1-4:2013-05 für den mobilen Einsatz bei Messungen von gestrahlten Störaussendungen im Frequenzbereich von 9 kHz bis 30 MHz

Masterarbeit

Bei der Messung von gestrahlten Störaussendungen am Aufstellungsort von großen elektrischen Anlagen ist das Messverfahren gemäß der europäischen Norm CISPR 16-2-3 vorgeschrieben. Diese beschreibt, dass bei beliebiger Anordnung der Leiterstrukturen die Bestimmung der Störfeldstärke mittels einer magnetischen Rahmenantenne durch drei orthogonal aufeinander stehenden Einzelmessungen und der anschließenden Bildung der geometrischen Summe aus diesen Messungen bestimmt wird. Bedingt durch den zeitlichen Versatz der einzelnen Messungen kann es zu geänderten Umgebungsbedingungen im Umfeld der betrachteten Anlage kommen.

Um die Zeit zwischen zwei Messpunkten zu verkürzen, welche primär durch die Ausrichtung der Antenne bestimmt ist, soll im Rahmen dieser Masterarbeit ein Rahmenantennensystem in Anlehnung an CISPR 16-1-4:2013-05 entwickelt werden.

Betreuer: Markus Franke, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3371


FR-04: Untersuchung zur Möglichkeit der geometrischen Skalierung der elektromagnetischen Felder von ausgedehnten Leiterstrukturen

Masterarbeit

Im Kontext der elektromagnetischen Verträglichkeit müssen auch energietechnische Anlagen wie Freileitungen, Schaltfelder o.ä. normative Vorgaben erfüllen. Zur Abschätzung der elektromagnetischen Felder um eine entsprechende Anlage herum werden derzeit Feldsimulationsprogramme verschiedenster Art genutzt. Bedingt durch die großen Ausmaße solcher Anlagen sind genaue Simulationen, aufgrund der hohen benötigten Rechnerleistung, oft nicht oder nur eingeschränkt möglich.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll versucht werden ein Konzept zu entwickeln und zu realisieren, mit Hilfe wessen die Abstrahlcharakteristik eines großen ausgedehnten Leiters in kleinerem Maßstab nachgebildet werden kann. Zur Verifikation soll dieses Konzept mit den Ergebnissen entsprechender Feldsimulationsprogramme, sowie eventuell vorhandenen realen Messdaten verglichen werden.

Betreuer: Markus Franke, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3371


FR-01: Charakterisierung des Störspektrums von Multilevel-Convertern im Frequenzbereich von 9 kHz bis 30 MHz, sowie deren Übertragung zwischen verschiedenen Spannungsebenen

Masterarbeit

Die in modernen Frequenzumrichtern eingebauten Halbleiterschalter besitzen, um die Verlustleistung des Schaltvorgangs möglichst gering zu halten, sehr steile Schaltflanken. Dadurch bedingt, tritt neben der gewünschten Netzfrequenz ein breites Spektrum an unerwünschten Frequenzen auf, welche sich unter anderem auf den Leitungen in das angeschlossene Netz ausbreiten. Diese unerwünschten Frequenzen können bis in einen Bereich von mehreren Megahertz hinaufreichen.

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll daher das Störspektrum Multilevel-Convertern zunächst in einer Simulation mit einem entsprechenden Modell nachgebildet werden. Anschließend sollen das Störspektrum und die dazugehörige Ausbreitung hinsichtlich ihres Verhaltens in einem Dreiphasensystem im Allgemeinen charakterisiert werden. Optional soll darauf aufbauend untersucht werden, inwiefern das charakterisierte Störspektrum von gängigen, in Energienetzen eingebauten, Transformatoren übertragen wird.

Betreuer: Markus Franke, M.Sc. (» mail)
Durchwahl: -3371