Verhalten von Wassertropfen im elektrischen Feld

Projektleitung

  Name Kontakt
Jens-Michael Löwe M.Sc.
Michael Kempf M.Sc.
+49 6151 16-20445
S3|21 410

Projektdarstellung

Wassertropfen auf Verbundisolatoroberfläche.

Die Verschmutzung von Isolatoren beeinflusst maßgeblich deren Isoliereigenschaften und kann in Extremfällen zum Versagen der Isolatoren führen. Um die Verschmutzung von Isolatoroberflächen zu reduzieren, werden daher immer häufiger Porzellanisolatoren gegen Verbundisolatoren ersetzt. Ein großer Vorteil dieser Verbundisolatoren sind neben dem leichteren Gewicht und der einfachen Herstellung vor allem die hydrophoben Oberflächeneigenschaften. Durch die hydrophoben Eigenschaften wird die Ausbildung eines geschlossenen Wasserfilms auf der Isolatoroberfläche verhindert und die Selbstreinigung des Materials begünstigt. Eine Alterung des Isolatormaterials führt jedoch zu einer Veränderung der Materialeigenschaften und beeinflusst daher auch die hydrophoben Eigenschaften der Oberfläche.

Messaufbau zur Untersuchung von Tropfen in elektrischen Feldern.

Besonders die sich ausbildenden Wassertropfen auf der Oberfläche beeinflussen den Alterungsprozess, da diese einen starken Einfluss auf das elektrische Feld haben. Durch die aufsitzenden Wassertropfen entstehen im Bereich der Dreiphasengrenze zwischen Wasser, Luft und Isolator starke Feldüberhöhungen, welche Teilentladungen hervorrufen können, die zur Alterung der Isolatoroberfläche beitragen. Die Teilentladungen führen zu einer Schädigung der Oberfläche und können zum kompletten Hydrophobieverlust führen.

Daher soll im Rahmen des Sonderforschungsbereiches Transregio 75 (SFB-TRR 75) „Tropfendynamische Prozesse unter extremen Umgebungsbedingungen“ die Eigenschaften von Wassertropfen unter Einwirkung hoher elektrischer Felder untersucht werden, um die Mechanismen und Einflussfaktoren besser zu verstehen und die Alterungsvorhersagen zu optimieren.

Ein weiterer wichtiger Forschungsschwerpunkt ist die Nukleation von Wassertropfen unter Einfluss hoher elektrischer Felder. Die Vereisung von Hochspannungsleitungen oder Isolatoren stellt ein großes Problem in kalten Regionen dar. Durch die Ansammlung von Eis auf den Hochspannungsleitungen kann es zur Schwingungsanregung der Leitungen oder zu ungleichmäßigen Belastungen kommen, welche zum Überschreiten der Belastungsgrenze von Hochspannungsmasten führen können. Die Vereisung von Isolatoren kann zum Ausfall des Isolators und somit zur Störung in der Energieversorgung führen. Daher beeinflusst die Vereisung von Hochspannungsleitungen sowie Isolatoren die Zuverlässigkeit der Energieversorgung.

Um die Mechanismen der Vereisung besonders unter Einfluss eines elektrischen Feldes besser zu verstehen, werden im Rahmen des SFB-TRR 75 verschiedene Versuche in Zusammenarbeit mit dem Institut für Strömungslehre und Aerodynamik durchgeführt.

www.sfbtrr75.de