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04.07.2023 | Story
Dichtungswerkstoffe für Schaltanlagen
Wenn Strom weite Strecken überwinden muss, dann gelangt er über Umspannwerke zu den Abnehmern. In den dortigen Hochspannungsschaltanlagen sind Schutzgase wichtig. Dichtungen sorgen dafür, dass die Gase dort bleiben, wo sie bleiben sollen. Nur wie?
Die Ausgangslage
In vielen Ländern ist der Ausbau erneuerbarer Energien das Gebot der Stunde. Damit die Energiewende gelingt, wird es mitentscheidend sein, den in Solar- und Windparks sowie Wasserkraftwerken gewonnenen Strom möglichst verlustarm zu den Abnehmern zu transportieren. Hierfür sollen neue Stromtrassen bestehende ergänzen. Schließlich wird mehr Energie von den windreichen Küsten ins Landesinnere gelangen müssen. Zu solchen Stromtrassen gehören Verteiler- und Umspannwerke. Sie verbinden Überlandleitungen, die eine Spannung von über 110.000 Volt haben, und lokale Verteilnetze, die mit niedrigeren Spannungen arbeiten. Umspannwerke mit vollständig gekapselten, gasisolierten Schaltanlagen können deutlich kompakter ausgelegt werden als an der Umgebungsluft isolierte. Sie lassen sich demnach platzsparend in Gebäuden unterbringen, worauf es in urbanen Gegenden ankommt. Wenn nun Stromkreise zu- und abgeschaltet werden, kann es in den Schaltanlagen zu Lichtbögen kommen. Das Schutzgas hilft diese zu vermeiden oder umgehend zu löschen.
Schnittstelle: Umspannwerke verbinden Stromleitungen mit unterschiedlichen Spannungsebenen. © istockphoto.com/OliverChilds
Das Problem
Dichtungen sorgen dafür, dass das Schutzgas so lange wie möglich an Ort und Stelle verbleibt. Lange Zeit mussten sie das stark umweltschädliche Gas Schwefelhexafluorid (SF6) abdichten, das aus großen Molekülen besteht. SF6 kann Dichtungen deshalb nicht so schnell durchwandern. Inzwischen gehen Anlagenbetreiber dazu über, auf klimafreundlichere, CO2-basierende Schutzgase umzustellen. Diese Gasmischungen enthalten Moleküle, die ein kleineres Volumen haben als SF6. Sie durchdringen den bei SF6 verwendeten Dichtungswerkstoff aus EPDM-Kautschuk leichter. Ein Phänomen, das jeder von Luftballons kennt, die allmählich Luft verlieren. Es galt einen passenderen Werkstoffmix zu finden, um der Permeation zu begegnen, also dem Eindringen, Durchwandern und Austreten des Gases.
Die Lösung
Freudenberg Sealing Technologies entwickelte Mischungen auf der Basis von Chlorbutyl-Kautschuk (CIIR). Sie halten die Moleküle von Kohlendioxidgasen zuverlässig im Zaum. Dichtungen auf CIIR-Basis ermöglichen deshalb die von der Industrie gewünschten Standzeiten von mehreren Jahrzehnten. Sie funktionieren in einem Temperaturbereich zwischen minus 60 und plus 130 Grad Celsius einwandfrei und sind langzeitbeständig gegenüber von außen einwirkendem Sauerstoff und Ozon.
Wie gelingt es nun aber CIIR-Dichtungen, die Diffusion – also das Eindringen und Durchwandern des Gases durch die Dichtung – auszubremsen? Das dreidimensionale Netzwerk seiner Polymermoleküle ist deutlich dichter, vergleichbar einem extrem feinen Sieb. Selbst die Moleküle von Kohlendioxidgasen können sich deshalb schlechter an den Polymerketten „vorbeidrücken“. Demnach verlangsamt sich die „Wanderung“ des Gases durch die Dichtung. Der Zeitpunkt der Desorption, an dem Gasmoleküle an der Außenseite der Dichtung austreten, wird deutlich verzögert.
Dieser Beitrag stammt aus unserem Unternehmensmagazin „ESSENTIAL“, in dem wir kontinuierlich über Trends und Schwerpunktthemen aus unseren Zielindustrien und -märkten berichten.
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