Charakterisierung und Bilanzierung korrosiver Ablagerungen auf Metallelektroden nach elektrischen Entladungen unter SF6-Atmosphäre
Creators: name: Beyer, Claus
Publisher: name: Universität Dortmund
Year: 2003
Subjects: subject: Schwefelhexafluorid (SF 6)
subject: Hochspannungselektroden
subject: Gasisolierte Schaltanlagen (GIS)
subject: REM-EDX
subject: XPS
subject: AES
subject: SNMS
subject: 540

description: Im Rahmen dieser Arbeit wurden für Hoch-spannungsuntersuchungen geeignete Halterungen entwickelt, die einen Austausch von entladungsgeschädigten Cu-, Al-, Ag-, W- und WCu-Elektroden nach Teil- und Funkenentladungen unter einer SF6-Überdruckat-mosphäre erlaub-ten. Für die Analysen der geschädigten Elektroden konnte ein mehrstufiges Multimethoden-kon-zept entwickelt werden, welches Informationen über die stofflichen Veränderungen an den Elektroden sowohl auf der Oberfläche (nm-Bereich) als auch im Innern (µm-Bereich) lieferte. Die Untersuchungen konnten er-folgreich mit Hilfe der REM-EDX, XPS, AES und SNMS in dieser Reihen-folge des Analy-senganges umgesetzt werden. Zudem gelang es, für die SNMS ein Bestim-mungsverfahren für S, F und O mit Hilfe von Labor-Standards zu entwickeln. Bei der Durchführung der Hochspannungsexperimente zeigten die verwendeten Elek-trodenmate-rialien bei Funkenentladungen ein differenziertes elektrisches Verhalten. Nur mit Al-Elektro-den war die Anzahl der Entladungen durch die fortschreitende Bildung einer passivierenden Isolierschicht begrenzt. Bei W, Cu und WCu wurden die elektrischen Eigenschaften zwar auch durch die Bildung von Korrosionsprodukten beeinträchtigt, aber eine totale Blockierung der Leitfähigkeit wie bei Al blieb aus. Bei Ag wirkten sich Korrosionsvorgänge während der Versuchsdauer nicht auf das elektrische Verhalten dieses Metalls aus. Mit Hilfe der Mikrobe-reichsanalytik konnte gezeigt werden, daß es im Bereich einzelner Funkeneinschläge zu einer differenzierten Verteilung von S, F, O und C in Abhän-gigkeit vom Elektrodenmaterial kommt. Die Analyse auf chemische Produkte auf der Elek-trodenoberfläche zeigte bei jedem Material eine signifikante Bildung von Sulfiden, Fluori-den und Oxiden sowohl nach Teil- als auch nach Funkenentladungen. Im inneren Elektrodenkör-per konnten ebenfalls z.T. hohe Konzentrationen an S, F, O und C in vergrabenen Schichten festgestellt wer-den. In Ag-Elek-troden wurden bei Teil- und Funkenentladungen die größten Eindringtiefen von S, F, O und C gefunden, in W-Elektroden die kleinsten. Dabei zeigte sich, daß in der Regel F am tief-sten in die Elektroden eindrang. Bei der Quantifizierung der Fremd-stoffmengen in den Elektroden erwies sich Ag als das Material, welches bei Teilentladungen und niederenergetischen Fun-kenentladungen am umfangreichsten geschädigt wurde. Bei hochenergetischen Funken-entla-dungen erwies sich Cu als am korrosionsanfälligsten. Die ge-ringsten S-, F-, O- und C-Men-gen wurden bei Teilentladungen in Al, bei Funkenentladungen in W gefunden. Beim Vergleich der Fremdelementmengen in der Gas- und Festphase wurden nach Teilentladungen bei Cu, Al, W und WCu wesentlich mehr Anteile im Gas gefunden (Gas:Fest = 3:1 oder mehr). Nur bei Ag konnte nach längerer Entladungszeit ein Gas-Fest-Verhältnis von ca. 1:1 be-obachtet werden. Bei Funkenentladungen wurde mit Cu-, Al- und W-Elek-troden, insbesondere bei hö-herer Entladungszahl, ebenfalls ein relatives Übergewicht der Fremdelementmengen im Gas festgestellt. Nur bei hochenergetischen Funkenentladungen mit Cu-Elek-troden war der rela-tive Fremdelementanteil im Festkörper deutlich höher als im Gas. Mit Ag-Elektroden über-wog unter allen Funkenentladungsbedingungen der Festkör-peranteil, mit WCu als Elektro-denmaterial war er mit 70-90 % am höchsten. Die Berechnung der bei den Entladungen auf-tretenden und chemisch umgesetzten Ener-gien zeigte, daß bei Teilentladungen ca. 50-90 % der eingebrachten Energien in Wärme um-gewandelt wurden. Für die Bildung korrosiver gas-förmiger Produkte wurde bei Teilentladungen we-sentlich mehr Energie benötigt als für den Fremdstoffeintrag in die Elektroden (ca. 20:1). Bei Funken-entla-dungen lag der Anteil der in Wärme umgewandelten Energien in allen Fällen bei mind. 99 %. Anders als bei den Teilent-ladungen war mit Ag- und Cu-Elektroden der bei der Elektroden-korrosion umge-setzte Ener-gieanteil größer als der für die Bildung gasförmiger Zersetzungs-produkte benötigte. Mit Al-, W- und WCu-Elektroden lag das Energieverhältnis zwar wieder auf Seiten der Produktbil-dung im Gas, aber nicht so deutlich wie bei Teilentladungen.