Alterungserscheinungen bei zyklischer Wassertropfenkorona auf Silikonoberflächen

Abstract:
Die Präsenz von hoher Feuchtigkeit bzw. Wassertropfen an Freiluftisolatoren ist kein andauernder Zustand, sondern eine - meistens durch den Tag/Nacht-Wechsel und Wetter-Phänomene verursachte - zyklische Erscheinung. Diese Betauung wird im Labor auf Silikon-Prüflingen dadurch erzeugt, dass die Lufttemperatur und die relative Feuchtigkeit in einer Klimakammer reguliert werden. Während der gesamten Zeit befindet sich der Prüfling in nahezu gesättigter Umgebungsluft. Wird die Temperatur in der Klimakammer erhöht, folgen die Festkörper wie das Silikon dem Temperaturwechsel jedoch etwas langsamer als Luft und verbleiben unter dem Taupunkt. Hierdurch kondensiert die Luftfeuchtigkeit auf den Oberflächen und formt eine Schicht aus kleinen Wassertropfen. Wenn die Temperatur danach reduziert wird, verdunsten die Wassertropfen wieder. Auf diese Weise kann die Entstehung und das Verschwinden einer Wassertropfenschicht im Labor reproduziert werden, um die Einsatzbedingungen der Freiluftisolatoren zu simulieren. Gleichzeitig werden die Prüflinge während der gesamten Versuchsdauer dem elektrischen Feld ausgesetzt. Während des zyklischen Wassertropfenkorona-Experiments wird kontinuierlich eine Wechselspannung angelegt, um ein homogenes elektrisches Feld von Eeff = 0,5 kV/mm tangential zum Prüfling zu erhalten. Zum Vergleich mit den in der Realität längeren Zeitspannen werden die Proben mit 16 aufeinander folgenden Tauzyklen beansprucht. Ebenfalls wird eine zeitraffende Versuchsdauer einem Ein-Tages-Zyklus gegenüberstellt. Die Wassertropfenkorona-Belastungsperioden von 0,5 h wiederholen sich in gleichmäßigen Intervallen. Beim zeitraffenden Zyklus dauert die „kalte“, d.h. nicht betaute, Periode eine Stunde, beim Ein-Tages-Zyklus hingegen 23,5 h. Die Randwinkel werden jeweils direkt nach der Wassertropfenkorona-Periode gemessen. Eine lokale Verminderung der Hydrophobie wird von der zyklischen Wassertropfenkorona hervorgerufen. Dieser Effekt ist sowohl bei der beschleunigten Zykluswiederholung als auch bei den Ein-Tages-Zyklen zu beobachten.