Fremdschichtüberschlagsverhalten von hydrophoben polymeren Isoliergrenzflächen am Beispiel von Isolatoren unter Gleichspannungsbeanspruchung und kombinierter Gleichspannungs- und Wechselspannungsbeanspruchung

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Kornhuber
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518862170

Die Nachfrage nach elektrischer Energie steigt, um die notwendigen Ziele zur Begrenzung der globalen Erwärmung zu erreichen und um Erdgas und Erdöl aufgrund des aktuellen Krieges zu ersetzen. Die elektrische Energie ist eine Schlüsselressource in allen Sektoren. Um die elektrische Energie von den Erzeugungsanlagen zu den Verbrauchern zu übertragen, ist eine zunehmende Leistungsfähigkeit der Übertragungsleitungen erforderlich. Hinzu kommt, dass der Zeitraum (Gradient) des signifikanten Anstiegs des elektrischen Energiebedarfs vergleichsweise kurz ist und andererseits die Errichtung neuer Übertragungsleitungen aus verschiedenen Gründen einen bestimmten (meist längeren) Zeitraum von der Planung bis zur Inbetriebnahme in Anspruch nehmen. Bereits in den frühen 1970er Jahren wurde die Übertragung von elektrischer Energie mittels gemischter Wechsel- und Gleichspannung zur Erhöhung der maximal übertragbaren elektrischen Leistung diskutiert. Ausgehend von der maximal übertragbaren AC - Leistung können bestehende Leitungen durch eine gemischte Übertragung von Wechsel- und Gleichspannung um ca. 85 % erhöht werden. Die Isolatoren müssen die notwendige Isolation für die gemischte Wechsel- und Gleichspannung in Kombination mit der verschmutzten Umgebung ebenso bereitstellen. Für die unmittelbare Nutzung der gemischten Wechsel- und Gleichspannung können keine Änderungen an den Isolatoren und Masten der Übertragungsleitungen vorgenommen werden. Die Auslegung von Porzellan-, Glas- und Verbundisolatoren ist durch langjährige Praxiserfahrung für AC bekannt und genormt. Für das Verhalten und die Auslegung von Isolatoren für kombinierte Wechsel- und Gleichspannung liegen nur begrenzte Erfahrungen und Untersuchungen vor. Insbesondere das Verhalten von Trockenbandentladungen, aber auch die Fremdschichtüberschlagscharakteristik kann aufgrund des fehlenden Nulldurchgangs des Stroms (die Trockenbandentladungen verlöschen nicht) unterschiedlich sein. Dieses unterschiedliche Verhalten hat Auswirkungen auf das Verhalten von verschmutzten Isolatoren mit hydrophilem Verhalten (Glas- und Porzellanisolatoren) sowie mit hydrophobem Verhalten (Verbundisolatoren). Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Unterschiede zwischen reiner AC-, DC- und gemischter AC- und DC-Beanspruchung in der Verschmutzungsüberschlagscharakteristik und dem Kriechstrom- und Errosionsverhalten zu untersuchen, die physikalischen Prozesse zu ermitteln und basierend auf dem Ergebnis die vorhandenen Modelle anzupassen. Mit diesen Untersuchungen werden die grundlegenden Daten für die Auslegung und Nutzung von Übertragungsleitungen mit gemischter Wechsel- und Gleichspannung bereitgestellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen