Funktionell gefülltes Epoxidharz für HGÜ-Anwendungen in kompakten Isoliersystemen

Abstract:
Beim geplanten Netzausbau mit HGÜ ergeben sich zahlreiche Herausforderungen an Betreiber und Hersteller. Insbesondere entsteht mit den derzeit verfügbaren Technologien ein erhöhter Platzbedarf für die benötigten Komponenten. Daher ist es von großer Bedeutung, künftig auch für Gleichspannungssysteme kompakte, gasisolierte Isoliersysteme bereitzustellen. Hierfür müssen spezielle Gleichspannungs-Isolierwerkstoffe entwickelt werden, welche die hohen elektrischen Feldstärken handhaben können. Zwei Hauptaspekte sollten speziell für Gleichspannungs-Isoliersysteme betrachtet werden: zum einen die Ansammlungen von Oberflächenladungen an der Grenzfläche Isoliergas-Isolierwerkstoff sowie ggf. Volumenladungen, welche die dielektrische Festigkeit des Isolators stark verringern, zum anderen die elektrische Feldverteilung, wobei hier sowohl die kapazitive als auch die resistive Verteilung zu berücksichtigen sind. Ein möglicher Ansatz zur Herstellung geeigneter Gleichspannungs-Isolierwerkstoffe ist die Anwendung funktioneller Füllstoffe in der Epoxidharzmatrix. Eine definiert eingestellte elektrische Leitfähigkeit beschleunigt den Übergang von der anfänglich kapazitiven zur stationären, resistiven Feldverteilung. Insbesondere wird durch die definiert eingestellte elektrische Leitfähigkeit die Akkumulation von Oberflächenladungen vermieden bzw. der Abfluss akkumulierter Ladungsträger begünstigt. Die Hauptschwierigkeit bei der Auslegung besteht darin, dass die elektrische Leitfähigkeit κ der Materialien stark abhängig von mehreren Bedingungen, beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit, elektrische Feldstärke und Alterungserscheinungen ist. Um einen möglichen Füllstoff zu charakterisieren und die Auswirkungen der genannten Einflüsse zu erfassen, wurde eine Reihe von experimentellen Untersuchungen an mehreren Prüflingen aus unterschiedlich funktionell gefülltem Epoxidharz durchgeführt. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der Leitfähigkeitsmessungen in Abhängigkeit von Temperatur und Feldstärke vorgestellt, differenziert für das Volumen und für die Oberfläche. Besonders die Einflüsse von Gleichspannungs-Langzeitbeanspruchungen und von Polaritätswechseln auf die Leitfähigkeit werden diskutiert. Das gefüllte Epoxidharz wird mittels Rasterelektronenmikroskopie näher untersucht, und die Messergebnisse werden anhand dieser Aufnahmen interpretiert. Weiterhin wird über Hochspannungs-Gleichspannungsversuche sowie Versuche mit Impulsspannungsbeanspruchung an funktionell gefüllten Prüflingen in einem SF6-gasisolierten Versuchsaufbau berichtet.