Verbundvorhaben: ECO-BREAK-420 - Umweltfreundliche Schalttechnologien für die Höchstspannungsebene; Teilprojekt Siemens AG: Polymere Lacke zur Feldsteuerung

Abstract

Derzeitiger Stand von Wissenschaft und Technik: Die Forschung fokussiert sich auf klimaneutrale Alternativen zu SF6, einem starken Treibhausgas, das als Isolier- und Löschmedium in Schaltgeräten verwendet wird. Zu den aktuellen Ansätzen zählen die Vakuumschalttechnik, CleanAir (synthetische Luft) und die Entwicklung refraktiver und resistiver Beschichtungen zur Verbesserung der Isolationsfähigkeit. Begründung/Zielsetzung der Untersuchung: Das Projekt ECO-BREAK-420 zielt auf die Entwicklung umweltfreundlicher Schalttechnologien für Hochspannungsanwendungen (# 420 kV). Im Mittelpunkt steht die Untersuchung und Demonstration klimaneutraler Schaltgeräte, insbesondere durch den Einsatz polymerer Lacke zur Feldsteuerung. Methode: Die Untersuchung beinhaltete die Entwicklung und Erprobung refraktiver und resistiver Beschichtungen. Verschiedene Materialien und Verfahren wurden analysiert, um porenfreie Lackschichten für Hochspannungsanwendungen zu entwickeln. Dabei lag der Fokus auf der Auswahl und Charakterisierung geeigneter Füllstoffe sowie der Optimierung von Pulverlacken im industriellen Maßstab. Ergebnis: Von 25 untersuchten keramischen Füllstoffen erzielte CuCr2O4 die besten Ergebnisse in Bezug auf die Permittivität. Die entwickelten Beschichtungen verbesserten die Spannungsfestigkeit signifikant. Die finale Rezeptur wurde im industriellen Maßstab hergestellt und an Prüflingen getestet, was zu einer Steigerung der elektrischen Eigenschaften um bis zu 300 % führte. Schlussfolgerung/Anwendungsmöglichkeiten: Die Projektergebnisse bilden eine solide Grundlage für die Weiterentwicklung von Beschichtungen zur Spannungsfestigkeitserhöhung bei Hochspannungskomponenten. Diese Technologien sind in die Produktentwicklung integrierbar und bieten eine klimaneutrale Alternative zu SF6, was zur Reduktion von Treibhausgasemissionen und zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie beiträgt.

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Current State of Science and Technology: Research is focused on climate-neutral alternatives to SF6, a potent greenhouse gas used as an insulating and arc-quenching medium in switchgear. Current approaches include vacuum switching technology, CleanAir (synthetic air), and the development of refractive and resistive coatings to enhance insulation properties. Justification/Objectives of the Investigation: The ECO-BREAK-420 project aims to develop environmentally friendly switching technologies for high-voltage applications (= 420 kV). The primary objective is to investigate and demonstrate the feasibility of climate-neutral switchgear, particularly through the use of polymer coatings for field control. Methodology: The study involved the development and testing of refractive and resistive coatings. Various materials and processes were analyzed to create pore-free coatings suitable for high-voltage applications. The focus was on selecting and characterizing appropriate fillers and optimizing powder coatings at an industrial scale. Results: Among 25 ceramic fillers tested, CuCr2O4 showed the best performance in terms of permittivity. The developed coatings significantly improved voltage withstand capability. The final formulation was produced on an industrial scale and tested on prototypes, leading to a 300% improvement in electrical properties. Conclusion/Application Possibilities: The project results provide a solid foundation for further development of coatings to enhance the voltage withstand capability of high-voltage components. These technologies can be directly integrated into product development and offer a climate-neutral alternative to SF6, contributing to the reduction of greenhouse gas emissions and strengthening the competitiveness of the German high-voltage industry.