24.4 Dielektrische Eigenschaftswerte

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1 24.4 Dielektrische Eigenschaftswerte Normen: IEC DIN IEC Kennwerte e r tan d e 00 r Recommended methods for the determination of the permitivity and dielectric dissipation factor of electrical insulating materials at power, audio and radio frequencies including meter wavelength (entspricht inhaltlich DIN VDE 0303 T4, zurückgezogen) Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften von Isolierstoffen bei Frequenzen über 300 MHz (zurückgezogen) relative Dielektrizitätszahl dielektrischer Verlustfaktor dielektrische Verlustzahl Die dielektrischen Eigenschaften von Kunststoffen sind wichtig für die Einsatzmöglichkeiten als Isolierstoffe. Man kann aus diesen Kennwerten aber auch auf die chemische und physikalische Struktur des Kunststoffs schließen, z. B. Polarität. Die dielektrischen Eigenschaften hängen ab von äußeren und inneren Einflußfaktoren, z. B. von Frequenz, elektrischer Feldstärke, Temperatur, Feuchte, mechanischen Spannungen und Isotropie des Kunststoffs. Deshalb sollten die Prüfbedingungen zur Ermittlung der dielektrischen Eigenschaften den Einsatzbedingungen entsprechen. Die relative Dielektrizitätszahl (DZ) e r eines Isolierstoffs ist der Quotient aus der Kapazität C x eines Kondensators mit dem betreffenden Isolierstoff als Dielektrikum zwischen den Elektroden und der Kapazität C 0 der leeren Elektrodenanordnung im Vakuum e r =C x /C 0, bei definierten Prüfbedingungen. Die relative Dielektrizitätszahl e r ist ein Maß für die Größe der Polarisation des Isolierstoffs. Die Dielektrizitätskonstante e eines Isolierstoffs ist das Produkt aus der Dielektrizitätszahl e r und der Dielektrizitätskonstanten des leeren Raumes e 0 (0,08854 pf/cm): e ¼ e r e 0 Der dielektrische Verlustfaktor tan d eines Isolierstoffs ist der Tangens des Fehlwinkels (Verlustwinkels) d, um den die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung im Kondensator von p/2 abweicht, wenn das Dielektrikum des Kondensators ausschließlich aus dem Isolierstoff besteht bei defi- 422

2 24.4 Dielektrische Eigenschaftswerte nierten Prüfbedingungen. Der dielektrische Verlustfaktor tan d ist somit ein Maß für den Energieverlust, den der Isolierstoff im elektrischen Feld bewirkt. Durch Glasfaserverstärkung (unpolare Glasfasern) wird der dielektrische Verlustfaktor wesentlich herabgesetzt. Die dielektrische Verlustzahl e 00 r ist das Produkt aus Dielektrizitätszahl e r und dielektrischem Verlustfaktor tan d: e 00 r ¼ e r tan d. Probekörper werden nach den einschlägigen Normen für den Isolierstoff hergestellt oder entnommen aus Formteilen. Die Form der Probekörper richtet sich nach dem Meßverfahren und der Elektrodenanordnung IEC 60250, z. B. plattenförmige Probe für kreisförmige Plattenelektrode mit Schutzring (Bild 24.4). Bild 24.4 Meßanordnung zur Bestimmung der dielektrischen Eigenschaftswerte Vorbehandlung der Probekörper nach den einschlägigen Normen und VDE- Bestimmungen oder nach beabsichtigter Anwendung des Isolierstoffs. Prüfanordnung: Meßanordnung für feste Isolierstoffe Unmittelbar auf die Probenoberfläche werden Elektroden, vorzugsweise Haftelektroden aufgebracht. Ausführung als kreisförmige Plattenelektrode mit Schutzring für plattenförmige Proben oder Zylinderelektrode mit Schutzring für rohrförmige Proben. Messung in Immersionsflüssigkeit eines Immersionskondensators für weiche und gummielastische Stoffe. Meßeinrichtung ist Hochspannungsbrücke nach Schering (50 Hz), Niederspannungsmeßbrücke mit oder ohne Wagnerschen Hilfszweig (50 Hz, 1 khz, 1 MHz). Prüfung erfolgt nach DIN EN ISO (IEC 60250) meist bei festgelegten Frequenzen von 100 Hz und 1 MHz, nach DIN VDE bei 50 Hz, 1 khz oder 1 MHz oder bei veränderlicher Meßfrequenz. 423

3 relative Dielektrizitätszahl er bei 100 Hz und 10 6 Hz und 23 C 424

4 24.4 Dielektrische Eigenschaftswerte relative Dielektrizitätszahl er bei 100 Hz und 10 6 Hz und 23 C 425

5 Dielektrischer Verlustfaktor tan d bei 100 Hz und 10 6 Hz und 23 C 426

6 24.4 Dielektrische Eigenschaftswerte Dielektrischer Verlustfaktor tan d bei 100 Hz und 10 6 Hz und 23 C 427

7 Kennwerte: Die Dielektrizitätszahl e r wird ermittelt aus der gemessenen und korrigierten Kapazität C x und der Kapazität C 0 der Elektrodenanordnung in Luft zu e r ¼ C x =C 0 Der dielektrische Verlustfaktor tan d wird direkt an der Meßeinrichtung abgelesen. Genauere Angaben für die Prüfanordnung und Auswertung siehe IEC Kriechwegbildung (Kriechstromfestigkeit) Normen: DIN IEC DIN IEC 15E/122 DIN IEC Kennwerte CTI PTI Verfahren zur Bestimmung der Vergleichszahl und Prüfzahl der Kriechwegbildung auf festen isolierenden Werkstoffen unter feuchten Bedingungen (entspricht DIN VDE 0303 T1 und IEC 60112) Prüfverfahren für Elektroisolierstoffe Verfahren zur Bestimmung der Vergleichszahl und der Prüfzahl der Kriechwegbildung auf festen isolierenden Werkstoffen unter feuchten Bedingungen Prüfverfahren zur Beurteilung der Kriechstromfestigkeit und der Aushöhlung für elektrische Isolierstoffe, die unter erschwerten Umweltbedingungen eingesetzt werden (entspricht VDE 0303 T10) Vergleichszahl der Kriechwegbildung (Comparative Tracking Index) Prüfzahl der Kriechwegbildung (Proof Tracking Index) Anmerkung: Die Prüfmethoden KA, KBund KC sind weggefallen, es werden nur noch CTI- und PTI-Werte ermittelt. Bei dieser Prüfung ermittelt man den relativen Widerstand fester elektrischer Isolierstoffe gegen Kriechwegbildung bei Spannungen bis 600 Volt. Die unter elektrischer Spannung stehende Oberfläche wird tropfenweise mit Prüflösungen (Wasser mit Zusätzen) benetzt. Isolierstoffe, die bei der höchsten Spannung von 600 V keine Kriechspur bilden, können eine Erosion zeigen, deren Tiefe ausgemessen wird. Einige Kunststoffe können sich bei dieser Prüfung entzünden. 428