Corona-Bedrohung für Polymerisolierung

Elektroingenieure haben das lateinische Wort „Corona“ (Krone) übernommen, um das Leuchten um einen Leiter herum zu beschreiben, der einer ausreichend hohen Spannung ausgesetzt ist. Dieses Leuchten wird durch die Ionisierung von Gas und die anschließende Freisetzung von Licht verursacht, wenn Elektronen, die Energie aus dem hohen elektrischen Feld gewonnen haben, in ihren ursprünglichen stabilen Zustand zurückkehren. Da die Entladung den Raum zwischen den Elektroden nicht überbrückt, wird die Korona manchmal als Teilentladung bezeichnet. Der Grund dafür, dass das Leuchten nur um die Quelle herum lokalisiert ist, liegt darin, dass die Isolierung ein Hindernis für eine weitere Ionisierung darstellt. Außerdem nimmt das elektrische Feld mit zunehmender Entfernung schnell ab und kann die Ionisierung nicht aufrechterhalten.

Aus praktischen Gründen kann Corona ohne spezielle Ausrüstung weder gesehen noch gehört werden. Jeder daraus resultierende Abbau eines Materials wird auf molekularer Ebene initiiert. Anorganische Dielektrika wie Porzellan und Glas, die über starke chemische Bindungen verfügen, sind widerstandsfähiger gegen Zersetzung als organische Polymere. Dies sollte jedoch nicht zu der Annahme führen, dass die Lebensdauer von Verbundisolatoren auf Übertragungsleitungen durch dieses Phänomen immer begrenzt wird. Corona kann durch gutes Design und Herstellung gemildert oder sogar beseitigt werden. Dennoch ist es wichtig zu wissen, dass die effektive Lebensdauer erheblich verkürzt werden kann, wenn in der Nähe von Polymerisolatorgehäusen eine anhaltende Koronaaktivität auftritt.

Es ist seit langem bekannt, dass Corona zu Isolationsversagen führen kann. Allerdings sind noch nicht alle Aspekte des Problems vollständig verstanden und werden noch erforscht, einschließlich der Größe und Dauer der Korona, die den Abbau auslöst, der besten Nachweismethoden und der Entwicklung geeigneter Tests zur Vorhersage der Leistung in ihrer Gegenwart. Bei Verbundisolatoren kann die Koronaaktivität von Hardware, Hohlräumen im Material oder Grenzflächendefekten herrühren. Der Großteil des von einer solchen Korona erzeugten Lichts hat eine Wellenlänge von weniger als 400 nm und fällt daher in den UV-Bereich. Im Gegensatz dazu liegt der Großteil der Sonnenstrahlung im sichtbaren Bereich von 400–700 nm – den kürzeren Wellenlängen, die von der Ozonschicht der Erde gefiltert werden. Tatsächlich entsprechen einige Spitzen im UV-Bereich des Koronaspektrums denen im Sonnenbereich oder übertreffen diese.

Korona zerstört stabile Sauerstoffmoleküle (O2) und erzeugt Radikale, die sich mit den Molekülen verbinden und Ozon (O3) bilden. Das Ozon greift dann Doppel- und Dreifachbindungsstellen in Elastomermaterialien wie Silikonkautschuk oder EPDM an. Das Ergebnis ist der Knaller. Bereits kleinste Ozonmengen im ppm-Bereich reichen aus, um Risse zu initiieren, allerdings hängt die dafür benötigte Zeit von der Materialformulierung ab. Obwohl die meisten modernen Elastomere gegen diese Bedrohung stabilisiert sind, erliegen einige irgendwann Ozonangriffen, wenn ihre Konzentration ausreichend hoch wird. Corona produziert auch Oxal- und Salpetersäure in Gegenwart von Oberflächenfeuchtigkeit durch Nässe, Tau oder Nebel. Abhängig vom pH-Wert können dadurch auch Polymere lokal abgebaut werden. Corona kann sogar Löcher in ein Material „bohren“, was darauf hindeutet, dass der Abbau nicht nur auf den chemischen Angriff durch Ozon zurückzuführen ist. Tatsächlich haben Forscher die Temperatur an der Spitze der Entladung berechnet und gezeigt, dass sie hoch genug ist, um sogar anorganische Materialien zu „verdampfen“. Es gibt auch Hinweise auf mechanische Angriffe wie Sandstrahlen aufgrund der Auswirkungen wiederholter Entladungen auf ein Material. In der Energietechnik kommt es in der Tat selten vor, dass ein einziges physikalisches Phänomen so viele mögliche Arten der Verschlechterung auslösen kann.

Referenz: www.inmr.com/coronas-threat-to-polymeric-insulation