Langzeitverhalten elektrischer Eigenschaften unter kombinierter thermischer, Wasser- und elektrischer Beanspruchung von PVC Niederspannungskabelisolierungen für Gleichstromanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Berger; Professor Dr. Stefan Kornhuber; Professor Dr.-Ing. Florian Puch
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559008720

Die Nutzung von Gleichstrom ist nicht auf den Hochspannungs-Energietransport über große Entfernungen wie die HGÜ-Verbindungen auf See oder von der Küste in den Süden Deutschlands beschränkt. Die LVDC- und MVDC-Anwendungen werden eine breite Palette verschiedener Bereiche von der Industrie über die Mobilität bis hin zum Haushalt abdecken. Weich-PVC verschiedener Mischungen wird überwiegend für die Kabelisolierung in Niederspannungsanwendungen verwendet, da es billig ist und seine mechanischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften ausreichend sind, wenn die Mischung für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignet ist. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts DC-Industrie 2 zeigen ein unterschiedliches Verhalten verschiedener PVC-basierter Kabelisolierungen. Es kann angenommen werden, dass die in den PVC-Verbindungen enthaltenen Additive und Füllstoffe eine bedeutende Rolle für das langfristige Verhalten der Isolierung spielen. Insbesondere die Wechselwirkung mit dem elektrischen Feld führt zu einem unterschiedlichen Verhalten bei Wechsel- und Gleichstrombelastung. Während der Betriebsbelastung führt das konstante und unidirektionale elektrische Feld jedoch zu anderen Effekten und damit zu anderen Belastungen als bei Wechselstromanwendungen: Die Elektrophorese wird zu einem Effekt, der bei Gleichstromanwendungen berücksichtigt werden muss. Außerdem können elektrochemische Prozesse Korrosion an Leitern verursachen, insbesondere in Gegenwart von Wasser. Die Identifizierung und Quantifizierung der Hauptfaktoren für die Degradation und damit des Beitrags zum Langzeitverhalten von PVC-basierten Isoliermaterialien für Niederspannungskabel unter kombinierter elektrischer, thermischer und Wasserbelastung wurde als bedeutende Forschungslücke identifiziert. Auf der Grundlage der Vorarbeiten wurden Materialkomponenten (Weichmacher, Füllstoffe, Stabilisatoren usw.) und die Umweltbedingungen als Faktoren mit signifikanter Bedeutung identifiziert. Es ist beabsichtigt, die Verbundmatrix und die Umweltbedingungen zu kontrollieren, um den Einfluss der Faktoren auf das langfristige elektrische Verhalten zu trennen. Für das vorgeschlagene Projekt wird die Polymermatrix auf die für Kabelisolierungen relevanten Hauptkomponenten reduziert: PVC, Weichmacher und CaCO3 Die Schließung dieser Forschungslücke ist von großer Bedeutung für die Nutzung der zunehmenden Möglichkeiten von Niederspannungs-Gleichstromanwendungen und -netzen und eine mögliche Umstellung bestehender Netze von Wechselstrom auf Gleichstrom. Die Untersuchungen tragen zum allgemeinen Verständnis von Materialien und Lebensdauer bei. Darüber hinaus kann das elektrische Verhalten mithilfe von Netzwerkmodellen mathematisch beschrieben werden. Unter definierten Bedingungen wird die Verwendung eines PVC-Compounds auf begrenzte, spezifische Additive reduziert: CaCO3 und Weichmacher.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen