Morphologische Beeinflussung der Akkumulation und Beweglichkeit von Raumladungen

Vernetztes Polyethylen geringer Dichte (kurz: x-LDPE) hat sich aufgrund seines geringen Verlustfaktors für die Isolation von Wechselspannungskomponenten im Bereich der Hochspannungstechnik etabliert. Durch die im Rahmen der Energiewende und Netzentwicklungsplanung notwendigen Anpassungen der Energieträger, erhält die Hochspannungsgleichstromübertragung zunehmend Einzug in die deutsche Netzinfra-struktur. Hierdurch ändert sich die elektrische Feldbelastung der eingesetzten Dielektrika von einer Wechselfeld- zu einer Gleichfeldbelastung. Hierbei ist bekannt, dass polymere Isolierstoffe zu einer Anlagerung von Ladungsträgern, sogenannten Raumladungen, neigen. Diese gilt es aus Sicht des Komponentendesigns zu vermeiden, da das Dielektrikum hierdurch eine zusätzliche Feldbelastung erfährt, welche wiederum zu einer erhöhten Alterung des Polymers und somit zur Verringerung der Lebensdauer des Netzbetriebsmittels führt. In interdisziplinären Vorarbeiten des Lehrstuhls Biomaterialien & Polymerwissenschaften (LS BMP) und des Lehrstuhls Hochspannungstechnik (LS HST, Prof. F. Jenau) wurde gezeigt, dass sich durch Variation des Orientierungsgrades die Raumladungsakkumulation und insbesondere die Beweglichkeit der Raumladungen hinsichtlich einer deutlichen Erhöhung der Lebensdauer des Netzbetriebsmittels beeinflussen lässt.^[1] Ziel des aktuell laufenden DFG-geförderten Kooperationsprojektes (DFG JE 793/2-1 / KA1813/5-1) des LS BMP und LS HST ist daher die grundlegende Erforschung der Wirkzusammenhänge zwischen Struktur und Morphologie und Bildung, Akkumulation und Beweglichkeit von Raumladungen unter Hoch-Gleichspannungs-Belastung. Dazu werden vom LS BMP x-LDPE-Prüfkörper mit in weiten Grenzen variierender Struktur (Verzweigungs-, Vernetzungsgrad) und Morphologie (Art, Anordnung und Ausrichtung der Kristalle, Kristallinität, Orientierung) hergestellt und im Folgenden vom LS HST mittels gepulster elektro-akustischer Methode (PEA) hinsichtlich Raumladungsansammlungen analysiert. 

[1] C. F. Niedik, F. Jenau, M. Maricanov, D. Segiet, J. C. Tiller, F. Katzenberg; Improvement of high voltage direct current material properties upon tailoring the morphology of crosslinked polyethylenes; Polymer Crystallization, e10208 (2021); https://doi.org/10.1002/pcr2.10208.