Nanoteilchen steigern Leistung von Generatoren

20.07.2010 - Deutschland

Siemens sucht nach Isolatoren, die Generatoren effizienter machen. Die elektrische Energie in Generatoren wird in Kupferstäben generiert, die mit dicken Kunststoffschichten gegen hohe elektrische Spannungen isoliert werden. Mit neuen Materialien könnte man die Isolatoren dünner auslegen und Platz für dickere Stäbe gewinnen, in denen man letztlich mehr Energie erzeugen könnte. Damit ließe sich ein Generator relativ leicht an eine leistungsstärkere Turbine anpassen. Siemens Corporate Technology (CT) entwickelt mit Siemens Energy sowie weiteren Partnern aus Wirtschaft und Forschung neue, mit Nanoteilchen versetzte Isolatoren. Wie die Zeitschrift "Pictures of the Future" in ihrer aktuellen Ausgabe berichtet, haben sich die Materialien im Labor bereits bewährt. Nun soll die Technik marktreif gemacht werden.

Zwischen den Kupferstäben eines Generators können einige zehntausend Volt Spannung herrschen. Dadurch wird die Luft ionisiert, und es entstehen Teilentladungen. Die Blitze greifen die Isolation der Kupferleiter an und erzeugen Erosionskanäle, die sich in der schützenden Schicht ausbreiten. Wenn sie das Metall erreichen, können sie Kurzschlüsse auslösen. Deshalb versetzt man den Kunststoff des Isolators mit Partikeln aus Glimmer, einem speziellen Silikat. Weil die Erosionskanäle die Glimmerplättchen umlaufen müssen, dauert es länger, bis sie auf das Kupfer treffen: Der Isolator hält dauerhaft größeren Spannungen stand.

Die Forscher von Siemens CT und ihre Partner untersuchen die Isolationswirkung von Nanoteilchen aus Silikaten. Die wenige millionstel Millimeter kleinen Kügelchen haben im Vergleich zu anderen Strukturen eine extrem große Oberfläche und verlängern den Umweg für die Erosionskanäle enorm. Isolatoren, die zusätzlich zu den Glimmerplättchen mit den Nanopartikeln versetzt wurden, zeigen im Labor bis zu zehnmal mehr Widerstandskraft gegen Teilentladungen als bisher. Das Ziel der Forscher ist es in einem nächsten Schritt, mit solchen Nanoisolatoren die teilweise zentimeter-dicken Isolationsschichten etwa 25 Prozent dünner zu machen.

Siemens CT hat die Arbeiten im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts NanoIso koordiniert, das im März abgeschlossen wurde. Im Verlauf eines vierjährigen Folgeprojekts, das im August starten soll, werden die Isolatoren weiterentwickelt und in einem Generator-Prototypen getestet.

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