04.07.2018 Dichtungen für klimafreundliche Alternativgase
Für Umspannwerke hat Freudenberg Sealing Technologies u.a. die neue Spezialdichtung 70 CIIR 236460 entwickelt, die zum einen die hohen Anforderungen an Temperatur- und Medienbeständigkeit erfüllt, zum anderen das CO2-Molekül sicher im Inneren der Schaltanlage hält.
Umspannwerke nehmen in der Stromverteilung eine wichtige Rolle ein. Sie verbinden die Überlandleitungen, auf denen der Strom mit einer Spannung von min. 110.000 V transportiert wird, mit den lokalen Verteilnetzen, die mit Spannungen zwischen 10.000 und 30.000 V arbeiten. Die Spannungsdifferenz führt in Verbindung mit einer hohen Stromdichte dazu, dass an den Schaltern der Transformatoren immer wieder Lichtbögen entstehen. Eine Möglichkeit, Lichtbögen zu verhindern, ist: Die Schaltanlagen werden entsprechend groß ausgelegt, sodass ausreichend viel Abstand zwischen den Kontakten verbleibt. In Zeiten von Energiewende und Netzausbau stehen aber viele Umspann- und Verteilerwerke in urbanen Räumen, wo nicht genügend Platz dafür vorhanden ist. Deshalb werden stattdessen die Schalter für Hoch- und Mittelspannung mit einen Schutzgas gefüllt. Werden sie geöffnet, dann sorgt das Gas dafür, dass sich die Ladung rasch voneinander trennt und kein Lichtbogen entsteht. Und wenn dies doch einmal der Fall sein sollte, dann löscht das Gas den Lichtbogen, sodass die Schaltung weiterhin sicher funktioniert.
Ein Schutzgas, das diese Anforderungen besonders gut erfüllt, ist Schwefelhexafluorid (SF6). Es wird unter hohem Druck in die Schalter gefüllt und hat dann als Isolierwerkstoff eine sehr hohe Durchschlagfestigkeit – das komprimierte Gas kann die elektrische Ladung auch unter Hochspannung sicher voneinander trennen. Da das Molekül relativ groß ist, wandert es nur sehr langsam durch Gummi hindurch – also auch durch die O-Ringe und Spezialdichtungen, die z.B. den Durchgang der Stromleitungen durch das Gehäuse eines Schalters abdichten.
Das Schutzgas hat aber auch einen großen Nachteil. Denn es ist um den Faktor 22.800 klimaschädlicher als CO2. In einer Verordnung zur Verringerung von fluorierten Treibhausgasen hat die Europäische Union die verfügbaren Mengen an Gasen wie SF6 schrittweise beschränkt und damit die Suche nach Alternativen in Gang gesetzt. Inzwischen sind etwa eine Handvoll möglicher Stoffe auf Basis von CO2 identifiziert. Sie sind weitaus klimafreundlicher, haben aber auch einen großen Nachteil: Sie wandern viel leichter durch den Dichtungswerkstoff.
Aus diesem Grund wurden zwei neue Werkstoffe entwickelt. Sie erfüllen die höheren Anforderungen von CO2 an die Permeation, ohne Einbußen bei der Temperatur- und Medienbeständigkeit zu haben. So müssen die Dichtungen nicht nur Temperaturen von 100 °C, sondern bis minus 50 °C aushalten, um sich auch für Schaltanlagen in kalten Weltregionen zu eignen. Gleichzeitig muss der Dichtungswerkstoff eine hohe Lebensdauer haben und zu diesem Zweck gegenüber aggressiven Medien, wie z.B. Ozon beständig sein, die von außen auf die Dichtung einwirken.
Während der eine Werkstoff aus EPDM-Kautschuk entwickelt wurde, verwendet die zweite Lösung mit der Bezeichnung 70 CIIR 236460 einen Synthesekautschuk auf Chlorbutyl-Basis (CIIR) – ein Material, das sich durch eine geringe Durchlässigkeit gegenüber Gasen und Flüssigkeiten auszeichnet und das deswegen auch in der Reifenindustrie verwendet wird. Die neuen Dichtungen für klimafreundliche Alternativgase sind fertig entwickelt; die Variante 70 CIIR 236460 auf Chlorbutyl-Basis wurde bereits in Prototypen-Schalter eingebaut.
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