Electrical long-term stability and aging of polymeric composite dielectrics for cryogenic applications
Final Report Abstract
Die Verwendung von Flüssigstickstoff (LN2) in elektrischen Isoliersystemen supraleitender Energiekabel ist Stand der Technik, hat jedoch den Nachteil, dass nach Stückprüfungen der LN2 für den Transport wieder entfernt werden muss und somit die Aussagefähigkeit der Laborprüfungen nach dem Verlegeprozess in Frage gestellt und somit vor- Ort wiederholt wird. Eine alternativ verwendete Feststoffisolierung würde diesen Nachteil beheben, da der LN2 nur noch kühlende Funktion hätte. Zudem führen abwärmebedingte Blasenbildungen nicht mehr direkt auch zu einer Minderung der Isolationsfähigkeit. Das Forschungsvorhaben befasste sich mit der Untersuchung syntaktischer Schäume auf Polymerbasis mit eingebetteten Mikrohohlkugeln für den Einsatz als Isoliersystem in supraleitenden Kabeln. Diese Schäume haben unter anderem die Vorteile, dass der durch Abkühlung hervorgerufene Volumenschwund deutlich minimiert wird, eine Vor- Ort-Prüfung nicht mehr erforderlich wäre und Materialkosten durch die günstigeren Mikrohohlkugeln eingespart werden können. Mit Hilfe verschiedener Untersuchungen wurde das elektrische Verhalten syntaktischer Schäume unter Tieftemperatur und verschiedenen Einflüssen ermittelt. Diese Untersuchungen sollten u.a. zu einer Modellbildung des Kurz- und Langzeitverhaltens von syntaktischen Schäumen bei Tieftemperatureinsatz unter variablen elektrischen Belastungen führen. Durch eine geeignete Variation der Herstellungsparameter sowie der Zusammensetzung der syntaktischen Schäume wurden die charakteristischen Eigenschaften für einen Einsatz in supraleitenden Energiekabeln analysiert. Es lässt sich zusammenfassen, dass die untersuchten Materialien mit Mikrohohlkugeln mit Epoxysilan leicht bessere Eigenschaften als unsilanisierte Mikrohohlkugeln zeigen. Jedoch ist die Verwendung des Silans in der Anwendung gegen die erhöhten Materialkosten abzuwägen. Die maximale Betriebsfeldstärke bei Wechselspannungsbelastung sollte basierend auf den Untersuchungen zur Lebensdauerkurve bei 77 K unter 36 kV/mm liegen. Für Gleichspannungsbelastung konnten aufgrund von Einkopplungen in die Steuerelektronik keine Messungen durchgeführt werden. Basierend auf Untersuchungen zum Teilentladungseinsatz wird eine maximale Betriebsfeldstärke kleiner 30 kV/mm für 77 K empfohlen. Die Raumladungsbildung fällt unter 77 K für die untersuchten Materialien geringer aus als bei Raumtemperatur. Es wird erwartet, dass sich dies positiv auf den Betrieb und das Fehlerverhalten von syntaktischem Schaum in Flüssigstickstoffanwendungen unter Gleichspannungsbelastung auswirkt. Basierend auf den vorliegenden Ergebnissen erscheint die Prototypenentwicklung einer supraleitenden Komponente mit einer Isolation aus syntaktischem Schaum als sinnvoll möglicher nächster Schritt.
Publications
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