Hochspannungs- Leistungselektronik für den Netzausbau

Die weiter voranschreitende Dezentralisierung der Energieversorgung im Mittel- und Hochspannungssektor lässt eine steigende Nachfrage nach Schaltzellen mit extremer Lebensdauer von 40 und mehr Jahren im Dauerbetrieb sowie hoher elektrischer Spannungsfestigkeit erwarten.

Mit der Frage, wie die Parameter verbessert werden können, beschäftigten sich Wissenschaftler des Isoliersubstratherstellers Rogers Germany und des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB. Im Rahmen des Forschungsprojektes APEx entwickelten die Forscher neuartige Aufbau- und Prüftechniken für Hochspannungsmodule. Eine umfassende simulationsgestützte Voruntersuchung der Feldstärkeverteilung an den Randstrukturen der DCBs identifizierte dabei die wesentlichen geometrischen und materialspezifischen Einflussfaktoren und ermöglichte ein grundlegendes theoretisches Verständnis der Wechselwirkungen. Für die Steigerung von Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Leistungsmodule wurden zudem Untersuchungen zu Beschichtungssystemen durchgeführt. Dabei erhöhte das Verfüllen von Mikroanrissen und Isoliergräben mit geeigneten Materialien deutlich die mechanische Widerstandsfähigkeit. Beschleunigte Alterungstests an modulnahen Aufbauten in Temperaturschockschränken bewiesen die verbesserte Temperaturwechsel- beziehungsweise Lagerfestigkeit der so beschichteten DCB-Module.

newsimage264751_frei
Bild: Fraunhofer IISB

Auf Basis dieser Erkenntnisse stellte die Firma Rogers Germany erste Prototypen für DCB-Leistungsmodule her. Die Optimierung der Randstrukturen sowie die Beschichtungstechnik können dabei einzeln oder in Kombination zur Verbesserung der Produkteigenschaften eingesetzt werden. Die Verfahren sind auf bisher bekannte DCB-Layouts und auch auf standardisierte Leistungsmodulabmessungen anwendbar.

Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über zweieinhalb Jahre mit ca. 1,3 Mio. Euro gefördert und durch das Fraunhofer IISB koordiniert.

www.iisb.fraunhofer.de