- Durchschlagsfestigkeit
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Die Durchschlagsfestigkeit (meist angegeben in kV/mm) eines Isolators ist diejenige elektrische Feldstärke, welche in dem Material höchstens herrschen darf, ohne dass es zu einem Spannungsdurchschlag (Lichtbogen) kommt.
Inhaltsverzeichnis
Hintergrund
Bei der Dimensionierung von elektrischen Baugruppen und Isolationen muss auch darauf geachtet werden, dass insbesondere bei spitzen Leitergeometrien die umgebende Luft durch sogenannte Vorentladungen ionisiert werden kann und der Durchschlag dadurch eher stattfindet oder umgebende Isolationswerkstoffe auf Dauer durch Ultraviolettstrahlung geschädigt werden. Auch eingeschlossene Lufträume haben einen ähnlichen Effekt.
Weiterhin weisen Isolationswerkstoffe entlang ihrer Oberfläche häufig geringere Isolationsfestigkeiten als die umgebende Luft auf (Kriechstromfestigkeit), was zu Kriech- oder Gleitentladungen führen kann. Eine nicht geschlossene feste Isolationsbarriere ist daher auch durch ihre Luft- und Kriechstrecken charakterisiert. Die Kriechwege müssen insbesondere bei Verschmutzungs- und Feuchtigkeitseinfluss sehr viel länger sein, als die Schlagweite in Luft, man erhöht die Kriechwege Baulänge sparend durch Schlitze, Rippen oder Riffelung. Mögliche Kriechwege können auch durch wasserabweisende Imprägnierung oder Lackierung vermieden werden.
Die Durchschlagsfestigkeit E eines Isolationswerkstoffes entspricht einer elektrischen Feldstärke, sie wird dementsprechend auch als Durchschlagsfeldstärke bezeichnet. Sie berechnet sich aus der Durchschlagspannung U bezogen auf die Dicke l der Isolation:
Materialwerte
Die angegeben Werte stellen nur Richtwerte dar, da die Durchschlagsfestigkeit von weiteren Parametern, wie der genauen Zusammensetzung und Reinheit der Werkstoffe und der Zeit der Einwirkung der Spannung abhängt. Bei Luft und anderen Werkstoffen hängt sie insbesondere von der Luftfeuchtigkeit und vom Luftdruck ab. Bei Luftisolation nennt man den Abstand Luftstrecke, die zur sicheren Isolation hinreichend groß gegenüber dem sich aus der Durchschlagsfestigkeit ergebenden Wert sein muss. Siehe jedoch auch Funkenstrecke.
Überdies ist die Durchschlagspannung bei vielen Stoffen nicht proportional zur Dicke, da es insbesondere bei Gleichspannung zu inhomogener Feldverteilung kommen kann. Daher besitzen dünne Folien höhere Durchschlagsfestigkeiten als große Materialdicken. Bei Hochspannungs-Folienkondensatoren nutzt man dies aus, indem man eine sogenannte innere Reihenschaltung anwendet, bei der das Dielektrikum aus mehreren übereinander angeordneten Isolierstofflagen besteht, die durch nicht kontaktierte Metallschichten voneinander getrennt sind. Dadurch wird die Feldverteilung homogenisiert.
Durchschlagfestigkeit ausgewählter Materialien Material Durchschlagsfestigkeit
[kV/mm]Aggregatzustand Luft 3,3 [1] gasförmig Porzellan 30…35 fest Schwefelhexafluorid 8 gasförmig Glas, Emaille 10 fest Quarzglas 40 fest Destilliertes Wasser 65 - 70 [2] flüssig Aluminiumoxid (rein) 35 [3] fest Polycarbonat 25…35 fest Polyester 25 bis 150 fest Plexiglas 35…40 fest FR4 40 fest Polypropylen bis 100 fest Polyethylenterephthalat (PET) bis 510 [4] fest Polystyrol 55…135 fest Isolieröl 4…20 flüssig Polyvinylchlorid 30…50 fest PTFE (Teflon) 40…80 [5] fest ABS bis 120 fest Polyoxymethylen bis 120 fest Glimmer 25…42 fest Hochvakuum 20…40 [6]
Abhängig von Elektrodenform– Einzelnachweise
- ↑ http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0205141.htm
- ↑ William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Taylor & Francis, ISBN 978-1439820773
- ↑ http://www.metoxit.com/deutsch/downloads/mat_al_d.pdf
- ↑ http://www.tpl.ch/datasheet/RN_190.de.pdf
- ↑ http://webphysics.davidson.edu/faculty/dmb/PY430/Friction/teflon.html
- ↑ http://www.htee.tu-bs.de/forschung/veroeffentlichungen/giere2002.pdf
Siehe auch
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