Netze, die kommunizieren - Wacker Chemie AG


Netze, die kommunizieren

Vor der Auslieferung jeder Charge wird die Qualität von POWERSIL® Gel C 670 im anwendungstechnischen Labor in Burghausen überprüft. Das Gel lässt sich einfach vergießen und dringt in jeden noch so kleinen Hohlraum ein. Dadurch werden Luftlöcher vermieden und die Durchschlagsfestigkeit wird erhöht. Im vernetzten Zustand haftet es zudem sehr gut und lässt sich flexibel dehnen.

Sensible Messköpfe schützen

Wie überall in der Hochspannungstechnik kommt es auch bei den Geräten, die zum Monitoring – zur messtechnischen Überwachung des Netzes – eingesetzt werden, auf eine zuverlässige elektrische Isolation an. Sämtliche spannungsführenden Teile des Geräts, meist sein gesamter Messkopf, müssen vom Boden und von geerdeten Betriebsmitteln isoliert sein und stehen oftmals auf einem Hohlisolator. „Werden die Messapparate im Freien betrieben – und das ist in vielen Hochspannungsschaltanlagen der Fall –, entscheiden sich die Betreiber immer häufiger für Silicon- Verbundhohlisolatoren“, sagt Dr. Armin Merten, Entwicklungsleiter der in Regensburg ansässigen Reinhausen Power Composites GmbH. Das bayerische Unternehmen zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Silicon-Verbundhohlisolatoren.

Messköpfe der neuen Generation liefern ein optisches Signal; einige Messköpfe benötigen auch Licht, um eine Information zu erzeugen. Zum Transport des Lichts dienen Lichtwellenleiter. Sie verbinden den Messkopf mit der Anschlussstelle des Kommunikationssystems. Bislang werden die Lichtwellenleiter über eine sogenannte Isolatorkette – das sind Stabisolatoren, die kettenartig miteinander verbunden sind – geführt. Die Isolatorkette befindet sich als zusätzliche Komponente neben dem Stützisolator, der den Messkopf trägt. Merten erläutert: „Die empfindlichen Lichtwellenleiter können nicht einfach frei herabhängen, sondern müssen mechanisch abgestützt werden, um sie vor Beschädigung oder Bruch zu schützen. Gleichzeitig darf aber durch die Abstützung kein elektrisch leitfähiger Pfad zur Erde und zum geerdeten Anschlusskasten entstehen. Deshalb werden die Lichtwellenleiter mithilfe einer Isolatorkette zum Boden geführt.“

Hohlisolatoren

Einen Hohlisolator kann man sich als leeres, elektrisch nicht leitendes Rohr vorstellen, das auf der Außenseite ringförmig angeordnete Isolatorschirme trägt. Hohlisolatoren werden vor allem als Außenisolierung verschiedener elektrotechnischer Apparate wie Durchführungen, Messwandler, Leistungsschalter oder Überspannungsableiter eingesetzt. Ein traditioneller Werkstoff für Hohlisolatoren ist ein dunkelbraunes oder graues Hartporzellan. Verbundhohlisolatoren bestehen dagegen aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr (GFKRohr), das an den Enden mit Flanschen ausgerüstet ist und eine Schirmhülle aus einem elastischen Kunststoff trägt. Als Werkstoff für die Schirmhülle wird ein Siliconelastomer eingesetzt. Das GFK-Rohr gibt dem Verbundhohlisolator die benötigte mechanische Festigkeit und Dichtigkeit. Die Silicon-Schirmhülle sorgt zuverlässig für die elektrische Isolation. Die Flansche sind notwendig, um den Isolator am Einsatzort montieren zu können. Verbundhohlisolatoren für die Hochspannungstechnik können große Abmessungen haben. Als Faustregel gilt: Pro 100.000 Volt beträgt die Länge etwa einen Meter.

Für die Netzbetreiber bedeutet solch eine Isolatorkette aber zusätzliche Kosten, die sie nach Möglichkeit vermeiden wollen. Merten erinnert sich: „Vor einigen Jahren fragte uns ein Kunde, ob es nicht möglich sei, die Lichtwellenleiter durch den Innenraum des Stützisolators zu führen und auf diese Weise die Isolatorkette einzusparen.“ Diese Frage regte Reinhausen Power Composites an, einen Verbundhohlisolator zu entwickeln, in dem die Lichtwellenleiter bereits integriert sind und sicher geführt werden. Ein solcher Verbundhohlisolator kann als Stützisolator für einen Messkopf oder Sensor dienen, bei dem die zusätzliche Isolatorkette nicht länger notwendig ist.

Lichtwellenleiter integriert

Im Innern eines solchen Verbundhohlisolators befinden sich mehrere anschlussfertig konfektionierte, kunststoffummantelte Lichtwellenleiter. Sie werden in leicht geschwungener Form durch das mit Metalldeckeln verschlossene glasfaserverstärkte Kunststoffrohr (GFK-Rohr) geführt, das die Grundstruktur des Hohlisolators bildet, und stehen beidseitig aus dem Hohlisolator heraus. Der Hohlraum des GFK-Rohres ist vollständig mit einem kompressiblen Silicongel vergossen, sodass die Lichtwellenleiter in dem Gel eingebettet sind.

„Der Hohlraum muss mit einem gut isolierenden Medium aufgefüllt werden – Luft genügt in Hochspannungsanwendungen nicht, ihre Durchschlagsfestigkeit ist zu gering“, erklärt Merten. Die Durchschlagsfestigkeit gibt an, wie groß die Spannung höchstens sein darf, damit kein Lichtbogen entsteht, der durch das gesamte Isolationsmedium hindurchgeht.