Lebensdaueranalyse von Tonerdeporzellan-Langstabisolatoren

Diese Dissertation entstand im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes „Lebensdauerprognose keramischer Isolatoren“ (LekI). Ziel war eine ganzheitliche Untersuchung der Einsatzbedingungen und der Alterungsmechanismen von Tonerde-porzellan-Langstabisolatoren im deutschen Stromnetz. Dazu beteiligten sich verschiedene Fachdisziplinen aus Forschung und Industrie, unter anderem LAPP Insulators, dem größten deutschen Hersteller von Toner-deporzellan-Langstabisolatoren und der SPIE SAG GmbH, dem führen-den Technologiedienstleister in der Netztechnik.
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Um die Einsatzdauer der Isolatoren beurteilen zu können, wurden grundlegende Materialeigenschaften des Tonerdeporzellans C130 im Labormaßstab charakterisiert. Schwerpunkte waren die Ermittlung der Alterungsgesetzmäßigkeiten sowie die Wechselwirkungen von Porzellan und Glasur. Anhand von aus dem Stromnetz ausgebauten Altisolatoren konnte ein Alterungsverhalten von Isolatoren untersucht werden. Da diese Altisolatoren von der Rosenthal Isolatoren GmbH, dem Vorläufer von LAPP Insulators, stammen, war es möglich die Gefügeentwicklung des Porzellans bis 1957 zurückzuverfolgen.
Im Rahmen des Projektes wurden erstmals im Stromnetz wirkende mechanische Kräfte über einen längeren Zeitraum untersucht. An Trag- und Abspannisolatoren wurden an ausgewählten, klimatisch unter-schiedlichen Standorten in Deutschland Kraftmessdosen installiert.
Die Materialeigenschaften und die Kraftmessungen im Stromnetz flossen schließlich in ein Lebenszeitmodell für Tonerdeporzellan-Langstab-isolatoren. Dabei zeigt sich, dass die hohen Sicherheitsanforderungen in Deutschland eine Alterung der Isolatoren weitestgehend verhindern. Nur bei vorangegangener äußerer Beschädigung und extremen Wetterereig-nissen (hohe Eislasten) kann es zu Alterungseffekten kommen. Selbst für diese Fälle haben die Isolatoren jedoch genug Bemessungsreserve um den Betrieb nicht zu gefährden.

This thesis was created within the research project “Lebensdauerprog-nose keramischer Isolatoren” (LekI) funded by the Federal Ministry of Education and Research. Aim was a comprehensive investigation on the conditions of use and the aging mechanisms of alumina-porcelain long rod insulators in the German power grid. Various specialists from re-search and industry took part, including LAPP Insulators, the largest German manufacturer of alumina-porcelain long rod insulators, and SPIE SAG GmbH, the leading technology service provider in grid technol-ogy.
In order to be able to evaluate the service life of the isolators, the basic material properties of the C130 alumina porcelain were characterized on a laboratory scale. ... mehrThe focus was on determining the laws of aging and the interactions between porcelain and glaze. Analyzing old insulators removed from the power grid, it was possible to investigate the aging behavior of insulators. In addition, since these insulators were made by the Rosenthal Isolatoren GmbH, the precursor of LAPP Insulators, it was possible to trace the development of the porcelain structure back to 1957.
For the first time, as part of the project, mechanical forces acting in the power grid were examined over a longer period of time. Load cells were installed on supporting and tensioning insulators at selected, climatically different locations in Germany.
The material properties and the force measurements in the power grid finally were basis of a lifetime model for alumina porcelain long rod insulators. This shows that the high safety requirements in Germany prevent aging of the insulators. Aging effects can only occur in the event of previous external damage and extreme weather events (high ice loads). However, even in these cases the insulators are dimensioned with enough reserve, for not risking limitations in operation.