Beanspruchung von Isolatoren bei Sendefrequenzen

Abstract:
Die elektrische Isolation bei Sendefrequenzen wird als Ingenieuraufgabenstellung in der Radio- und in der zivilen sowie miltärischen Fernmeldetechnik seit mehr als 100 Jahren für verschiedenste Anwendungen gefordert. Zu den historisch klassischen Anwendungsgebieten gehören Sendeanlagen (Generatoren-, Durchführungs- und Antennenisolationen) im Frequenzbereich von Längstwelle (VLF) bis Kurzwelle. Bis ca. 1980 wurden für diese Isolierzwecke ausschließlich Isolatoren (Abspanneier, Lanstab- und Gurtbandisolatoren sowie öl- oder SF6-gefüllte Durchführungen) aus Spezialkeramik C220 und C221 nach IEC 60672-3 eingesetzt. Die Wahl dieser Steatitsonderwerkstoffe war durch die elektrischen und dielektrischen Beanspruchungen vorgegeben. Seit ca. 30 Jahren werden für derartige Isolierzwecke hauptsächlich Silikonverbundisolatoren für die verschiedenen Isolationsarten eingesetzt. Der Einsatz bei Sendefrequenzen erfordert die Beachtung besonderer Gegebenheiten. Beispielsweise sind Abspannisolatoren für Sendeanlagen mit einer mechanischen Nennkraft ausgelegt, welche dem 5-10fachen derer von üblichen Freileitungsisolatoren entspricht. Weiterhin führt die erhöhte Betriebsfrequenz zu signifikanten dielektrischen Verlusten, die bei der geforderten Einhaltung der Wärmebilanz beachtet werden müssen. Die elektrische Festigkeit der Luft sowie die damit verbundenen HF-Koronaeffekte sind ebenfalls abhängig von der Sende-/Betriebsfrequenz. Im Gegensatz zu keramischen Isolatoren können polymere Schirmhüllenwerkstoffe durch Oberflächenentladungen degradiert bzw. zerstört werden. Zur Vermeidung dieser Alterungseffekte ist die richtige Design- und Materialauswahl für das Isolatorprodukt essentiell notwendig. Die Verifizierung einer geeigneten Auswahl ist aufgrund der Langlebigkeit der Anlagen durch gute Langzeitbetriebserfahrungen der Isolatoren zu erfolgen und abzusichern. Dieser Beitrag gibt einen Einblick über die physikalischen Eigenschaften unter Beanspruchung der Isolation bei Sendefrequenzen und beschreibt wichtige Grundsätze zur Design- und Materialauswahl.