Permeation im Griff: Dichtungswerkstoffe für klimafreundliche Umspannwerke

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In vielen Ländern treibt der Ausbau erneuerbarer Energien den Umbau der Energieversorgung voran. Damit die Energiewende gelingt, kommt es entscheidend darauf an, den in Solar  und Windparks sowie in Wasserkraftwerken erzeugten Strom möglichst verlustarm zu den Verbrauchern zu transportieren. Geplant ist daher, bestehende Stromtrassen durch neue Leitungen zu ergänzen. Künftig wird deutlich mehr Energie von den windreichen Küstenregionen ins Landesinnere fließen müssen. Eine zentrale Rolle spielen dabei Verteiler  und Umspannwerke, die Hochspannungs-Überlandleitungen mit lokalen Verteilnetzen verbinden.

Umspannwerke mit vollständig gekapselten, gasisolierten Schaltanlagen bieten dabei klare Vorteile: Sie lassen sich deutlich kompakter bauen als luftisolierte Anlagen und können platzsparend in Gebäuden untergebracht werden – ein entscheidender Faktor vor allem in dicht besiedelten urbanen Räumen. Beim Zu  und Abschalten von Stromkreisen entstehen in Schaltanlagen jedoch mitunter Lichtbögen. Hier kommt das Schutzgas ins Spiel, das solche Lichtbögen verhindert oder schnell löscht.

Damit das Gas seine Funktion dauerhaft erfüllen kann, müssen Dichtungen es zuverlässig im System halten. Über viele Jahre hinweg galt es, das hochgradig klimaschädliche Schwefelhexafluorid (SF₆) abzudichten. Aufgrund seiner vergleichsweise großen Moleküle konnte dieses Gas die Dichtungswerkstoffe nur langsam durchdringen. Inzwischen setzen Anlagenbetreiber jedoch zunehmend auf klimafreundlichere, CO₂ basierte Gasmischungen. Deren kleinere Moleküle stellen neue Anforderungen: Sie passieren den früher eingesetzten EPDM Kautschuk deutlich leichter – ein Effekt, der an Luftballons erinnert, die mit der Zeit an Volumen verlieren. Um dieser sogenannten Permeation, also dem Eindringen, Durchwandern und Austreten von Gasen, entgegenzuwirken, war ein neuer Werkstoffansatz gefragt.

Die Lösung entwickelte Freudenberg Sealing Technologies mit Dichtungsmischungen auf Basis von Chlorbutyl Kautschuk (CIIR). Dieser Werkstoff hält die Moleküle von Kohlendioxidgasen zuverlässig zurück und ermöglicht so die in der Industrie geforderten Standzeiten von mehreren Jahrzehnten. CIIR Dichtungen arbeiten zuverlässig in einem breiten Temperaturbereich von minus 60 bis plus 130 Grad Celsius und zeichnen sich durch eine hohe Langzeitbeständigkeit gegenüber Sauerstoff und Ozon aus.

Ihre besondere Dichtwirkung beruht auf der Struktur des Materials: Das dreidimensionale Netzwerk der Polymermoleküle ist deutlich dichter als bei herkömmlichen Werkstoffen – vergleichbar mit einem extrem feinmaschigen Sieb. Selbst die kleinen Moleküle der CO₂ Gase können sich nur schwer an den Polymerketten vorbeibewegen. Dadurch verlangsamt sich die Diffusion erheblich, und der Zeitpunkt der Desorption, also des Austritts der Gasmoleküle an der Außenseite der Dichtung, wird deutlich hinausgezögert.