Grundlegende Untersuchungen des Einflusses der Morphologie von vernetzten Polyethylenen auf die Akkumulation und Beweglichkeit von Raumladungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Jenau; Privatdozent Dr. Frank Katzenberg
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540115060

Vernetztes Polyethylen geringer Dichte (kurz: xLDPE) hat sich als organischer Isolierstoff aufgrund seines weitgehend unpolaren Charakters, hohen Volumenwiderstands sowie geringen Verlustfaktors für die Isolation von Wechselspannungskomponenten im Bereich der Hochspannungstechnik etabliert. Aufgrund der durch die Energiewende bedingten Verlagerung der Leistungsflüsse erhält die Hochspannungsgleichstromübertragung als Schlüsseltechnologie für lange Übertragungsstrecken zunehmend Einzug in die Netzentwicklungsplanung. Hierdurch ändert sich die elektrische Feldbelastung in den eingesetzten Dielektrika. Dabei ist bekannt, dass polymere Isolierstoffe unter Gleichfeldbelastung zu einer Anlagerung von Raumladungen neigen. Diese gilt es aus Sicht des Komponentendesigns zu vermeiden, da das Dielektrikum durch Raumladungen eine zusätzliche Feldbelastung erfahren kann, welche wiederum zu einer verstärkten Alterung des Polymers und somit zur Verringerung der Lebensdauer des Netzbetriebsmittels führt. Vorarbeiten zeigen, dass die Anlagerung von Raumladungen in xLDPE durch dessen Struktur und Morphologie beeinflussbar ist.Ziel dieses Projektes ist die grundlegende Erforschung der Wirkzusammenhänge zwischen der Struktur und Morphologie von xLDPE und der Bildung, Akkumulation und Beweglichkeit von Raumladungen unter hoher -Gleichspannungsbelastung. Da insbesondere im Falle vernetzter Polyethylene neben der Struktur (Verzweigungs-, Vernetzungsgrad) auch deren Morphologie (Art, Anordnung und Ausrichtung der Kristalle, Kristallinität, Orientierung) und damit einhergehend deren thermische Eigenschaften (Relaxationstemperaturen, Schmelztemperatur) in weiten Grenzen beeinflussbar sind, werden xLDPE-Prüfkörper mit definierter Struktur und Morphologie hergestellt, mittels gepulster elektro-akustischer Methode (PEA) hinsichtlich Raumladungsansammlungen analysiert und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abgeleitet. Für die Umsetzung dieses Vorhabens ist die Expertise und die kooperative Zusammenarbeit der Fachgebiete Polymerwissenschaften sowie Hochspannungstechnik zwingend erforderlich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen