Isolationsvermögen von Freileitungsisolatoren unter elektrischer AC-/DC-Mischfeldbelastung in verschmutzter Umgebung

Die Parallelführung von Wechsel- und Gleichspannungsfreileitungssystemen (AC- und DC-Systemen) auf einem gemeinsamen Mast, die sogenannte AC /DC-Hybridfreileitung, stellt eine technisch-ökonomisch vielversprechende Option zur Begegnung der stetig steigenden Anforderungen an elektrische Übertragungsnetzte bei gleichzeitiger effi zienter Trassenausnutzung dar. Durch die Nähe der AC- und DC-Leiter zueinander sind bei Hybridfreileitungen Überlagerungen von elektrischen Gleich- und Wechselfeldern auf der Oberfl äche der Isolatoren zu erwarten. Zur gebotenen, möglichst kompakten Dimensionierung der Isolatoren ist ein tiefergehendes Verständnis darüber notwendig, ob und in welchem Maße solche Mischfelder eine Veränderung des Fremdschichtüberschlagverhaltens und der Fremdschichtanlagerung gegenüber den bekannten Fällen reiner AC- und DC-Spannungs- bzw. Feldbelastung verursachen. Diese Arbeit zielt daher auf die Klärung und Modellierung möglicher Einfl üsse elektrischer Mischfelder auf das Isolationsvermögen von Isolatoren unter verschmutzten Umgebungsbedingungen ab. Auf Basis der Modellbildung erfolgt eine Bewertung der resultierenden Änderungen des Isolationsvermögens von Isolatoren in AC- /DC-Hybridfreileitungstrassen gegenüber solchen in reinen AC- und DC-Trassen. Zunächst wird eine Abschätzung der zu erwartenden Überlagerungen der Wechsel- und Gleichfelder auf der Oberfl äche der Isolatoren mittels 3D-Simulationen vorgenommen. Darauf aufbauend werden experimentelle Untersuchungen zum Fremdschichtüberschlag und zur Partikelanlagerung unter dem Einfl uss verschiedener AC-/DC-Mischfelder durchgeführt. Es erfolgt eine gezielte Analyse der Auswirkungen von Einfl ussfaktoren auf beide physikalische Prozesse in Interaktion mit den überlagerten Feldern. Es zeigt sich, dass sowohl auf den Isolatoren der AC- als auch der DC-Systeme das gesamte Spektrum an Mischfeldzusammensetzungen zwischen reiner AC- und reiner DC-Feldbelastung erwartet werden kann. Das Fremdschichtüberschlagverhalten von Isolatoren in reinen AC- bzw. DC-Trassen bleibt für die Isolatoren der AC- bzw. DC-Systeme unter elektrischer Mischfeldbelastung weitestgehend bestehen. Mögliche Veränderungen sind technisch nicht relevant. Negative Effekte durch extern eingekoppelte Felder ergeben sich erst bei sehr hohen eingekoppelten Feldstärken, die in der Praxis nicht zu erwarten sind. Mögliche positive Einfl üsse sind praktisch nicht gezielt einsetzbar. Für Isolatoren der DC-Systeme ist zudem keine relevante Änderung des Fremdschichtanlagerungsverhaltens zu erwarten. Das Isolationsvermögen bleibt durch elektrische Mischfelder somit unbeeinfl usst. Für Isolatoren der DC-Systeme in Hybridtrassen können daher bestehende Dimensionierungsrichtlinien für rein DC-spannungsbelastete Isolatoren ohne Anpassung genutzt werden. Bei Isolatoren der AC-Systeme ist generell ein Anstieg der Fremdschichtbelastung zu erwarten. Das Isolationsvermögen sinkt somit. Die bestehenden Dimensionierungsrichtlinien für Isolatoren in reinen AC-Trassen sind für AC-System-Isolatoren unter elektrischer Mischfeldbelastung weiterhin anwendbar. Jedoch wird eine höhere Einstufung der zu erwartenden Fremdschichtbelastung gegenüber dem reinen Wechselspannungsfall um zwei Verschmutzungsklassen empfohlen.