Durostone CR ermöglicht höhere Belastungen und kompaktere Bauweisen für Transformatoren

Neue Transformatoren-Designs mit GFK-Isolations-Komponenten

Bild: Leistungstransformator Umspannwerk. Im Hintergrund: Sonnenschein; Copyright: chuyu2014

13.06.2022

Mit Durostone® CR hat der international Kunststoffverarbeiter Röchling Industrial eine neue Produktfamilie der Isolationswerkstoffe für ölgefüllte Transformatoren entwickelt. Durostone® CR ist ein glasfaserverstärkter Kunststoff, der hervorragende mechanische Eigenschaften mit einer sehr hohen Durchschlagfestigkeit sowie eine hohe Teilentladungseinsatzspannung verbindet. "CR" steht für Compact & Resilient. Mit seinen Eigenschaften ermöglicht Durostone® CR die Konstruktion kompakterer und belastbarerer Leistungstransformatoren.

Foto: Hellbrauner Abschirmring aus Durostone® CR; Copyright: Röchling SE & Co. KG

Abschirmring aus Durostone® CR: Durostone® CR-XM ermöglicht engere Toleranzen und ein zuverlässigeres Design aufgrund der hohen Formstabilität. Quelle: Röchling SE & Co. KG

Urbanisierung ist ein Megatrend: Urban Living ist der dominierende Lebensstil der Zukunft. Bis 2050 werden zwei Drittel der Weltbevölkerung in Städten leben. Dies führt zu einem steigenden Energiebedarf. Benötigt werden Transformatoren mit den gleichen oder kleineren Abmessungen als bisher, aber mit höherer Leistung. Auch der Bedarf an mobilen Transformatoren steigt, während gleichzeitig alte Transformatoren ersetzt werden müssen. Beide Entwicklungen erfordern, dass Transformatoren in Zukunft kompakter und belastbarer sind. Dies führt zu höheren Anforderungen an die eingesetzten Konstruktionswerkstoffe.

Speziell für diese Anforderungen hat Röchling Industrial den glasfaserverstärkten Kunststoff Durostone® CR entwickelt. Durostone® CR zeichnet sich durch hohe mechanische Eigenschaften in Verbindung mit einer hohen elektrischen Durchschlagfestigkeit aus.

Damit bietet Durostone® CR Vorteile gegenüber bestehenden Konstruktionswerkstoffen wie Stahl und Holzwerkstoffen wie Blockspan und Kunstharzpressholz. Im Vergleich zu Stahl bieten die elektrischen Eigenschaften von Durostone® CR Vorteile, da keine Streuverluste im Material entstehen und ein kompakteres Transformatordesign ermöglicht wird. Im Vergleich zu Holzwerkstoffen bietet Durostone® CR bessere mechanische Eigenschaften. Ebenfalls ist die Dauereinsatztemperatur von Durostone® CR mit bis zu 180° C höher als bei Holzwerkstoffen, die normalerweise bei einer maximalen Betriebstemperatur von 105° C verwendet werden. Eine kritische Eigenschaft, warum faserverstärkte Kunststoffe im Transformatorenbau bislang eher eine untergeordnete Rolle spielen, sind die elektrischen Eigenschaften hinsichtlich der Teilentladung. Glasfaserverstärkte Kunststoffe nehmen kein Öl auf. Daher müssen die Hersteller sicherstellen, dass das Material frei von Lufteinschlüssen ist. Um die Vorteile vom GFK voll ausschöpfen zu können ist ein besonderes Know-how für den Herstellprozess erforderlich.

Foto: Hellbraune Plattform aus Durostone® CR; Copyright: Röchling SE & Co. KG

Plattform aus Durostone® CR: Verbesserte mechanische Eigenschaften ermöglichen eine Reduzierung der Dicke der Druckplatte. Quelle: Röchling SE & Co. KG

Für die Entwicklung von Durostone® CR hat Röchling seine mehr als 60 Jahre Erfahrung in der Herstellung und Bearbeitung von Isolationswerkstoffen für Transformatoren einfließen lassen. Lignostone® Transfomerwood® ist seit über 60 Jahren weltweit in Transformatoren im Einsatz. Mit Trafoboard® HD-PH hatte Röchling Industrial 2009 sein Angebot an Isolationswerkstoffen für den Transformatorenbau mit Blockspan erweitert, welches über hervorragende dielektrische Eigenschaften verfügt. Der Unterschied von Durostone® CR im Vergleich zu herkömmlichen Faserverbundwerkstoffen besteht in der hohen Durchschlagfestigkeit ohne Einsetzen einer Teilentladung. Mit Durostone® CR sind dielektrische Eigenschaften von bis zu 10 kV/mm ohne Einsetzen einer Teilentladungen möglich. Damit liegt Durostone® CR auf dem Niveau von Blockspan. Die elektrischen Eigenschaften von Durostone® CR sind von bekannten Instituten geprüft und zugelassen, die in ihren Prüfungen die höchsten Standards mit einer Messempfindlichkeit für Teilentladung von unter 1 pC aufweisen.

Darüber hinaus wurde die Verträglichkeit mit dielektrischen Flüssigkeiten von Doble Engineering Company, eines der führenden Institute für die Transformatorenindustrie in den USA, getestet und kein negativer Einfluss festgestellt. Durostone® CR hat für den Transformatorenhersteller den Vorteil, dass es während des Trocknungsprozesses nicht schrumpft, da es nicht hygroskopisch ist. Das ermöglicht engere Toleranzen und ein zuverlässigeres Design. Zusätzlich kann dies für Gewindestangen vorteilhaft sein, da so nach dem Trocknungsprozess keine weitere Montage erforderlich ist.

Bild: Brauner Durostone® CR-Balken; Copyright: Röchling SE & Co. KG

Durostone® CR-Balken: Keine Streuverluste im Balken führen zu einem höheren Wirkungsgrad. Quelle: Röchling SE & Co. KG

Die Eigenschaften von Durostone® CR führen zu neuen Gestaltungsmöglichkeiten für Transformatoren-Designer. Da Durostone® CR von Röchling in großen Abmessungen erhältlich ist, lassen sich beispielsweise Druckringe mit einem Durchmesser von bis zu drei Metern für sehr hohe mechanische Anforderungen realisieren. Verbindungselemente mit einer Länge von mehr als 5 Metern sind ebenfalls erhältlich. Ebenso kann Durostone® CR Stahlträger aufgrund seiner sehr hohen Steifigkeit von bis zu 30 GPa (E-Modul nach ISO 178) ersetzen, was Wirbelströme im Träger reduziert und mehr Freiheit im HV-Design bietet. Dank all dieser Faktoren ermöglicht Durostone® CR die Konstruktion von Transformatoren mit einem kompakteren Design bei einer gleichzeitig höheren Kapazität und höheren Betriebstemperatur.