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Aus dem Facharchiv: Lernen und Können
Werkstoffkunde - Elektrische Isolierstoffe – Oxide, Öle und Gase (10)

Isolierwerkstoffe gelten in der Elektrotechnik als nichtleitendes 
Material. Isolierstoffe werden in der Elektrotechnik verwendet, um den elektrischen Stromfluss auf die spannungsführenden Teile zu 
begrenzen. Bereits im letzten Teil wurden erste anorganische Isolierstoffe besprochen. Daran anknüpfend werden in diesem Beitrag gasförmige, flüssige und natürliche organische Isolierstoffe vorgestellt.

hand mit ölflasche

Überprüfung der Durchschlagfestigkeit von Isolierölen auf Mineralölbasis in elektrischen Betriebsmitteln erfolgt alle 2 bis 6 Jahre (Foto: Geier Starkstromtechnik GmbH/Silas Koch)

Oxide

Nachdem man in der metallurgischen Entwicklung entdeckt hatte, dass vor allem Metalloxide gute isolierende Wirkung besitzen, wurden und werden diese Oxide hauptsächlich bei der Herstellung elektronischer Bauelemente verwendet.
Ein typisches Einsatzgebiet von Metalloxiden ist die Verwendung als Dielektrikum in Elektrolytkondensatoren. Man unterscheidet dabei die

  • Aluminium-Elektrolytkondensatoren und
  • Tantal-Elektrolytkondensatoren (Bild 1).

In beiden Fällen wird die μm-dicke Isolationsschicht elektrolytisch aufgebracht. Man erreicht mit diesem Verfahren, dass sich Kondensatoren in kleiner Bauform mit relativ hohen Kapazitäten herstellen lassen.

Flüssige Isolierstoffe und Isolieröle

Flüssige Isolierstoffe werden in der Elektrotechnik zum Isolieren und zum Tränken von Papier und Geweben sowie als Vergussmassen benutzt. Sie haben die Aufgabe, die Isolationsfähigkeit der festen Stoffe zu verbessern sowie Hohlräume auszufüllen und Verlustwärme abzuführen. Beispielsweise sind Hochspannungstransformatoren mit „Trafoöl“ gefüllt.

Allgemeine Anforderungen

Zu den allgemeinen Eigenschaften flüssiger Isolierstoffe zählen:

  • hohe Druckfestigkeit,
  • große Wärmeleitfähigkeit,
  • alterungsbeständig,
  • geringe Wasseraufnahme,
  • geringer Stockpunkt,
  • hoher Flammpunkt,
  • Lichtbogenfestigkeit,
  • geringe Viskosität.

Zu beachten ist der Temperaturbereich ihrer Einsatzmöglichkeiten. Bei tiefen Temperaturen erhöhen sich die Viskosität bzw. das Festwerden. Hohe Temperaturen verschlechtern die Isoliereigenschaften. Bei Aufnahme von Wasser und anderen Verunreinigungen sinken die Widerstandswerte und verringert sich die Durchschlagsfestigkeit.

Isolieröle

Öl hat sich als eine effiziente Kühlflüssigkeit mit hoher Durchschlagsfestigkeit bewährt. Bei angemessener Wartung kann es lange im Einsatz bleiben. Viele Faktoren können allerdings zur Schwächung der Isoliereigenschaften führen. Veränderungen der elektrischen Eigenschaften werden hauptsächlich durch Verunreinigungen bzw. aufgrund von Oxidation herbeigeführt. Die Isoliereigenschaften können schnell über das Anlegen einer Prüfspannung an zwei eingetauchten Elektroden gemessen werden, die sich in einem mit einer Ölprobe gefüllten Spezialbehälter befinden (Bild 2). Es wird unterschieden in mineralische und synthetische Isolierflüssigkeiten.

Mineralische Isolierflüssigkeiten

Durch Destillation und Raffinieren werden mineralische Isolierflüssigkeiten aus Erdöl gewonnen. Die Alterung des Isolieröles in elektrischen Feldern wird durch die Berührung mit Stahl oder Kupfer bei gleichzeitiger Anwesenheit von Sauerstoff gefördert.

Eigenschaften:

Mineralische Isolieröle sind brennbar und neigen zu Wasseraufnahme (Wasser kann die Durchschlagsfestigkeit um mehr als 30 % herabsetzen).

Vorteilig sind der niedrige Preis und die Wärmeleitfähigkeit, eine kleine Permittivitätszahl, gute Löscheigenschaften (wichtig bei Lichtbogenbildung im EX-Bereich) und die Regenerationsfähigkeit.

Anwendungen in der Elektrotechnik:


Spezielle Anpassungen bei der Herstellung der mineralischen Isolieröle führen zu einer verwendungsbezogenen Grobeinteilung:

  • Kabelöl,
  • Transformatorenöl,
  • Schaltgeräteöl und
  • Kondensatorenöl.

Synthetische 
Isolierflüssigkeiten

Synthetische Isolierflüssigkeiten, wie z. B. Polychlorierte Biphenyle (PCB, Handelsname u. a. Chlophen), werden aus Chlor und Benzol hergestellt und wurden häufig als Ersatz für mineralische Isolieröle eingesetzt. Man verwendete Chlophen auch in Kühlgeräten als Wärmeträgerflüssigkeit.

Wird Chlophen auf Temperaturen von 300 °C bis 1000 °C erhitzt, z. B. bei einem Hausbrand, können hochgiftige Stoffe wie Dioxin entstehen. Deshalb wurde vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit eine PCB-Verbotsverordnung erstellt, die am 29. Juli 1989 in Kraft getreten ist.

Altanlagen mit PCB-haltigen Flüssigkeiten mussten bis zum 31.12.1999 entsorgt sein.

Autor: K.-H. Bleiß

Den vollständigen Beitrag lesen Sie in unserem Facharchiv

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