Reif für die Insel - Wacker Chemie AG


Reif für die Insel

Die Dezentralisierung der Energieversorgung, wie sie in Windkraft- und Photovoltaikanlagen Gestalt annimmt, erfordert den Bau neuer Stromtrassen und Umspannstationen. Als Material für die benötigten Hohlisolatoren hat sich ein niedrigviskoser Flüssigsiliconkautschuk von WACKER bewährt, der im Niederdruck-Gießen verarbeitet wird. Im Freiluft-Einsatz halten Silicone auch extremen Wetterverhältnissen stand – wie sie etwa auf hoher See herrschen.

Für moderne Gesellschaften ist eine zuverlässige Stromversorgung so etwas wie die Luft zum Atmen für den einzelnen Menschen. Die vorhandene elektrotechnische Infrastruktur – Kraftwerke, Stromnetze und Schaltstationen – genügt aber vielerorts kaum mehr den Anforderungen. In wirtschaftlich aufstrebenden Ländern müssen leistungsfähigere Netze aufgebaut werden, weil dort der Strombedarf stark steigt. In industrialisierten Ländern wird es zunehmend wichtig, die bestehenden Verbundnetze zu modernisieren und zu erweitern, damit die Versorgungssicherheit auch angesichts des Umstiegs auf erneuerbare Energien gewährleistet bleibt. So führt beispielsweise in Deutschland die verstärkte Nutzung der Windenergie dazu, dass zusätzliche leistungsfähige Nord-Süd-Stromtrassen notwendig werden. Denn die Rotoren der Windräder drehen sich vor allem im windreichen Norddeutschland, während die großen Stromabnehmer – wie die Industrie – vor allem in Süddeutschland sitzen. Außerdem wird sich die Netztopologie ändern müssen, weil der Strom immer stärker dezentral und zu weniger berechenbaren Zeiten erzeugt wird. Hierzu müssen neben den Windrädern die vielen Photovoltaikanlagen einbezogen werden.

Mittels der Dosier- und Mischeinheit wird der niedrigviskose Flüssigsiliconkautschuk in das heizbare Formwerkzeug gefüllt, das während der Vulkanisation von der Schließeinheit verschlossen wird.

Wo aber Kraftwerke, Stromtrassen und Schaltstationen gebaut oder modernisiert werden, werden auch geeignete Hochspannungsisolatoren und Geräte benötigt – der Bedarf nimmt seit Jahren weltweit zu. Weil eine Isolation der spannungsführenden Teile die Voraussetzung für den betriebssicheren Stromtransport ist, sind Netzbetreiber und Energieversorgungsunternehmen auf zuverlässige Isolatoren angewiesen. Versagen Isolatoren, können Überschläge und Kurzschlüsse entstehen, die eine automatische Abschaltung des betroffenen Teils des Stromnetzes auslösen. In ungünstigen Fällen ist dann eine ganze Region von der Stromversorgung abgeschnitten. In Hochspannungsnetzen werden verschiedene Bauarten von Isolatoren benötigt: Langstabisolatoren und Hohlisolatoren. Letzere werden immer dann eingesetzt, wenn ein elektrisches Aktivteil oder ein Gerät eine Außenisolierung benötigt. Einen Hohlisolator kann man sich als leeres nichtleitendes Rohr vorstellen, das auf seiner Außenseite ringförmig angeordnete Isolatorschirme trägt. Hochspannungshohlisolatoren bilden die Außenisolierung von Durchführungen, Messwandlern, Leistungsschaltern, Überspannungsableitern, Kabelendverschlüssen und anderen elektrotechnischen Apparaten.

FREMDSCHICHTÜBERSCHLÄGE

Werden Isolatoren im Freien eingesetzt, sind sie häufig hoher Feuchtigkeit ausgesetzt. Wenn Nebel, Tau oder Regen auf Verschmutzungen einwirken, die sich auf der Isolatoroberfläche abgelagert haben, kann ein elektrisch leitfähiger Belag entstehen – eine leitfähige Fremdschicht. Bilden sich dabei durchgängige leitfähige Pfade, fließt ein Kriechstrom, der die Schicht erwärmt – an einigen Stellen schwächer, an anderen stärker. Dadurch bilden sich trockene Bereiche. Bei genügend hohen Spannungen kommt es über die trockenen Zonen hinweg zunächst zu kleinen, instabilen Teilentladungen – im Dunkeln sichtbar als ein bläuliches Leuchten. Gefährlich für das Stromnetz wird es dann, wenn sich die Trockenzonen verbreitern und wenn sich schließlich ein stabiler großer Lichtbogen – eine selbstständige Gasentladung hoher Stromdichte – entwickelt. Solch ein Lichtbogen wird als Überschlag bezeichnet, weil er den gesamten Isolator überschlägt. Fremdschichtüberschläge bewirken sehr hohe Kurzschlussströme und müssen daher unbedingt vermieden werden. Für diesen Zweck ist eine dauerhaft hydrophobe Oberfläche vorteilhaft, wie sie eine Siliconbeschirmung aufweist: Sie verhindert, dass sich eine durchgehende leitfähige Fremdschicht bildet.

In den Freileitungen der Hochspannungsnetze sind die Isolatoren während ihrer gesamten Betriebsdauer – etwa vierzig Jahre – allen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Temperaturschwankungen, UV-Strahlung, Feuchtigkeit und Verschmutzungen dürfen aber unter keinen Umständen zu unvorhersehbaren Betriebszuständen führen. Eine besondere Gefahr geht von Schmutzablagerungen auf der Isolatoroberfläche aus, sobald diese unter Feuchtigkeitseinwirkung elektrisch leitfähig werden: Sie können zu Fremdschichtüberschlägen führen.

Besonders kritisch: der Freiluft-Einsatz

Der klassische Werkstoff für Hochspannungsisolatoren ist ein dunkelbraunes oder graues Hartporzellan. „Dieser keramische Werkstoff hat vorzügliche Isoliereigenschaften“, sagt Rainer Röder, der als Ingenieur mit seinem Büro Gardy Technology AG, Erlinsbach/Schweiz die Hohlisolator-Industrie seit Jahren technisch berät. „Allerdings wird eine Porzellanoberfläche durch Wasser benetzt. Daher ist bei verschmutzten Porzellanisolatoren die Gefahr von Fremdschichtüberschlägen recht groß. Zudem sind Porzellanisolatoren schwer und zerbrechlich.“

Diese Nachteile haben Silicon-Verbundhohlisolatoren nicht. Sie bestehen aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr (GFK-Rohr), das an den Enden mit Aluminiumflanschen ausgestattet ist, und einer Schirmhülle aus einem Siliconelastomer. Das GFK-Rohr mit den fest verpressten und verklebten Flanschen gibt dem Hohlisolator die notwendige mechanische Festigkeit und Dichtigkeit, die Schirmhülle sorgt mit ihren silicontypischen Eigenschaften für die elektrische Isolation. Die Flansche sind notwendig, um den Isolator am Einsatzort montieren zu können.