Untersuchung des Überschlagverhaltens nanostrukturierter Lotus-Effect(R)-Isolieroberflächen

Abstract:
Das Überschlagverhalten von elektrischen Isolieranordnungen wird wesentlich durch den Zustand der äußeren Grenzflächen des Isolationssystems beeinflusst. Sowohl im Innenraum- als auch im Freiluftbereich kann es aufgrund von Fremdschichten, wie beispielsweise Betauung, Staub und anderer Partikel zu einer verminderten Überschlagspannung kommen. Besitzt die Oberfläche jedoch hydrophobe Eigenschaften, so kommt es beim Auftreten von Niederschlag zu einem Abperlen der Wassertropfen, wodurch auch Fremdpartikel abgespült werden können. Eine Möglichkeit, eine starke Hydrophobie eines Isolationssystems zu erreichen, ist beispielsweise das zusätzliche Aufbringen spezieller organischer Schichten auf der Isolatoroberfläche. Einen neuen vielversprechenden Ansatz stellt dabei vor allem die Applikation von Beschichtungen mit gezielten Strukturen dar, die eine extrem feine Rauhigkeit im Nanometerbereich aufweisen. Derartige superhydrophobe Oberflächen werden als Lotus-Effect(R)-Isolieroberflächen bezeichnet. Zur Überprüfung der Superhydrophobie kann als einfaches Verfahren die Randwinkelmessung von Wassertropfen herangezogen werden. Untersuchungen an mit entsprechenden Nanopartikeln präparierten Epoxidharz-Platten bestätigen, dass die hergestellten Lotus-Effect(R)-Oberflächen eine extrem niedrige Oberflächenspannung und damit eine sehr geringe Benetzbarkeit aufweisen. Weitergehende experimentelle Untersuchungen an zylindrischen Modellprüfkörpern, die mit Nanopartikeln beschichtet worden sind, werden im elektrischen Wechselfeld unter Nebel durchgeführt. Somit sollen kritische Umgebungsbedingungen für das Isolationsverhalten von realen Anordnung nachgebildet werden. Dabei wird der Einfluss auf die elektrischen Kenngrößen wie beispielsweise den Ableitstrom und den Phasenwinkel kontinuierlich rechnergestützt ermittelt und anschließend mit der entsprechenden Anordnung ohne Nanobeschichtung verglichen. Es zeigt sich, dass im Wesentlichen noch Diskussionsbedarf bezüglich des Langzeitverhaltens der Beschichtungen unter elektrischer Beanspruchung besteht.