Bewertung der Hydrophobieeigenschaften von Isolierstoffoberflächen mit Hilfe einfach zu reproduzierender Verfahren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die dynamischen Hydrophobieeigenschaften äußerer Grenzflächen von Hochspannungsisolierungen beeinflussen wesentlich deren Isoliervermögen. Der aktuelle Zustand der Hydrophobieeigenschaften ist damit ein wesentliches Kriterium für die Zustandsbewertung von Freiluftisolierungen. Ziel des Vorhabens war es, die Einflussfaktoren auf die Bewertung der Hydrophobieeigenschaften von Isolierstoffen zu identifizieren und zu quantifizieren und darauf aufbauend, einfache und reproduzierbare Prüfverfahren zur Bewertung der Beständigkeit von Hydrophobie auf Isolierstoffoberflächen sowie des Transfers von Hydrophobie in Verschmutzungsschichten zu entwickeln. Die Bewertung des Hydrophobiezustands der äußeren Grenzfläche von Isolierstoffen erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe der Randwinkel welche Wassertropfen auf Isolierstoffoberflächen bilden. Als dominierender Einflussfaktor auf die Bewertung des Hydrophobiezustands und die Beständigkeit der Hydrophobie gegenüber fremdschichtinitiierten Teilentladungen wurde die Rauheit der Isolierstoffoberfläche erkannt. Mit Hilfe des zur Verfügung gestellten Laserprofilometers konnten die Rauheiten von weichelastomeren Werkstoffen präzise vermessen werden. Das Gerät trug somit maßgeblich zum Gelingen des Projekts bei. Eventuell vorhandene elektrische Oberflächenladungen schädigen die Hydrophobie von Isolierstoffen nicht. Vor allem bei tangentialen Feldstärkekomponenten kann eine Kraftwirkung auf die Wassertropfen beobachtet werden. Die Wirkung auf die Bestimmung des Hydrophobiezustands kann in der Praxis als vernachlässigbar eingestuft werden. Für die Bewertung des Hydrophobietransfers in künstliche Verschmutzungsschichten erweist sich neben der Art und Dicke der Verschmutzungsschicht vor allem die Art des Aufbringens als kritisch für das Ergebnis. Die künstliche Verschmutzungsschicht wird zweckmäßigerweise mit Hilfe einer 0,36 mm hohen Folienmaske als Suspension von nicht silanisiertem Quarzmehl und einem Gemisch aus Wasser und Isopropanol auf die zu untersuchende Isolierstoffoberfläche aufgebracht. Für die Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse ist es entscheidend, die Prüflinge nach Aufbringen der Suspension bei kontrollierter Temperatur und Luftfeuchte zu lagern. Die Lagerung über wässrigen Salzlösungen in Exsikkatoren, erwies sich dafür als geeignet. Die Beständigkeit der Hydrophobie lässt sich mit dem Dynamischen Tropfen-Prüfverfahren innerhalb von wenigen Stunden bewerten. Wesentlicher Einflussfaktor ist die Oberflächenbeschaffenheit der Isolierstoffprüflinge, wobei eine Erhöhung der Oberflächenrauheit zu kürzeren Ausfallzeiten führt. Damit ist eine vergleichende Bewertung verschiedener Werkstoffe nur bei Verwendung gleicher Oberflächenrauheiten möglich. Zweckmäßigerweise orientiert man sich dabei an der Rauheit realer Isolatoren, die im Bereich von Rz = 5 µm bis 13 µm liegt. Für die Bewertung der Hydrophobieeigenschaften wurden einfache Prüfverfahren einschließlich geeigneter Prüfparameter erarbeitet. Die Reproduzierbarkeit der Prüfverfahren wurde in nationalen und internationalen Rundversuchen (im Rahmen von CIGRE WG D1.14) erprobt und bestätigt. Die wesentlichen Ergebnisse und eine mit Hinblick auf eine mögliche Normung detaillierte Beschreibung der Prüfverfahren werden in einer Technischen Broschüre bei CIGRE veröffentlicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Messung von Tropfenrandwinkeln auf Isolierstoffoberflächen. ETG Fachbericht 97 „Diagnostik elektrischer Betriebsmittel“, VDE-Verlag GmbH Berlin Offenbach, 2004, S. 67-72
Exl, F.; Kindersberger, J.
- Contact Angle Measurement on Insulator Surfaces with Artificial Pollution Layers and Various Surface Roughnesses. Proceedings of the XIVth International Symposium on High Voltage Engineering, Tsinghua University, Beijing, China, August 25-29, Paper D 47, 2005
Exl, F.; Kindersberger, J.
- Round Robin Test for the Evaluation of the Hydrophobicity Transfer Ability of Polymeric Insulating Materials. ETG-Fachbericht 99, VDE-Verlag GmbH Berlin Offenbach, 2005, S. 73-78
Exl, F.; Kindersberger, J.; Bärsch, R.; Gerdinand, F.
- Bewertung des Hydrophobietransfers von Isolierstoffen durch Verschmutzungsschichten. Burghauser Isolierstoffkolloqium, 14.-15.06.2007
Exl, F.; Kindersberger, J.
- Investigation of the Hydrophobicity Transfer Property of Polymeric Insulating Materials through Artificial Pollution Layers. Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, pp. 294 - 299, Vancouver, Canada, 14. - 17. October 2007
Exl, F.; Kindersberger, J.
- Untersuchungen zur Beständigkeit der Hydrophobie von polymeren Isolierstoffoberflächen und ihrer Wiederkehr mit dem dynamischen Tropfen-Prüfverfahren. ETG-Fachbericht 112 „Grenzflächen in elektrischen Isoliersystemen“, VDE Verlag GmbH, Berlin, Offenbach, 2008, S. 55-62
Cervinka, R.; Bärsch, R.; Exl, F.; Kindersberger, J.
