Analyse der elektrischen Eigenschaften von syntaktischem Schaum unter Gleichspannungsbelastung

In vielen Komponenten der Hochspannungstechnik und der elektrischen Energietechnik werden die Abmessungen und das Gewicht der Anlagen durch die Eigenschaften des Isolationssystems beeinflusst. Insbesondere bei transportablen Anlagen wird eine Gewichtsreduktion angestrebt, die durch konventionelle Isoliermaterialien nicht mehr erreicht werden kann. Hier bietet sich der Einsatz von syntaktischem Schaum an – einer Schaumart, in der die Hohlräume in das Polymer durch hohle Füllstoffe eingebracht werden, was eine Gewichtsreduktion um bis zu 40 % ermöglicht. In dem betrachteten Schaum werden mikroskopische Glashohlkugeln und Epoxidharz zu einem leichten, harten, geschlossenporigen Material verarbeitet, dessen Eigenschaften durch die Wahl geeigneter Kugelgrößen und -füllgrade auf die gewünschte Anwendung angepasst werden können. Die Durchschlagmechanismen des Materials bei kurzzeitiger Gleich- und Wechselspannungsbelastung wurden im Rahmen vorangegangener Untersuchungen bereits analysiert. Dank der Durchschlagfeldstärken im Bereich 20 kV/mm bis 40 kV/mm im Wechsel- und Gleichspannungsfeld konnte das Material kommerziell zur Isolierung hoher Gleichspannungen eingesetzt werden. Aufgrund guter Erfahrungen wird ein breiter Einsatz des Materials in verschiedenen Gleichspannungsanwendungen angestrebt. Dafür müssen sowohl die Einschwingvorgänge, die direkt nach Aufschalten eines elektrischen Feldes auftreten, als auch die Alterungsprozesse im Material bekannt sein. In dieser Arbeit werden Materialkennwerte sowie Einflusskriterien auf den elektrischen Durchschlag in syntaktischem Schaum für die Zeitbereiche des transienten Einschwingvorgangs des elektrischen Feldes und einer elektrischen Langzeitbelastung bis 9000 h experimentell ermittelt. Unterstützend wird die elektrische Feldverteilung im Materialinneren mittels Feldsimulationen analysiert. Anhand der Ergebnisse wird abschließend das bestehende Durchschlagsmodell erweitert. Somit wird die Grundlage zum Materialeinsatz in einem weiten Spektrum von Gleichspannungsbetriebsmitteln, angefangen von den Komponenten der Hochspannungsgleichstromübertragung bis zur mobilen Prüftechnik, geschaffen.