Durchschlag in Feststoffen

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1 Durchschlag in Feststoffen Folie 1 Übersicht Durchschlag in Feststoffen 1. Feste Isolierstoffe 2. Überschlag an Feststoffen 3. Durchschlag in Feststoffen 4. Teilentladungen in Feststoffen 5. Elektrische Verluste in Feststoffen 6. Übersicht der Durchschlagsmechanismen

2 1. Feste Isolierstoffe Anwendungen, Vor- und dnachteile Durchschlag in Feststoffen Folie 2 Einsatzbeispiele: - Generatoren -Isolatoren - Kabelisolationen Vorteile: - Sehr hohe elektrische Festigkeit (vgl. Luft, Flüssigkeiten) - Mechanische Festigkeit (als konstruktives Element) Nachteile: - geringe Wärmeleitfähigket - irreversible Zerstörung bei Entladungen - hoher technologischer Fertigungsaufwand

3 1. Feste Isolierstoffe At Arten von Isolierstoffen Durchschlag in Feststoffen Folie 3 Auswahl von Isolierstoffen für die Herstellung von Isolatoren Werkstoff Isolatortyp Einsatzbedingungen Glas Kappenisolator Freileitungsisolierung Stützer aus Konuskappen Gerätestützer Leitungsstützer Freilufteinsatz Vitrokeramik kleine Stützer für hohe mechanische Beanspruchung, auch für Freiluft Porzellan alle Isolatorentypen für alle Einsatzbedingungen Expoxidharz Stützer für (Bisphenol A) Durchführungen Innenraumanwendung Cyxloaliphatisches EP-Harz Stützer Durchführungen Langstabisolatoren für Freiluftanwendung Polypropylenethylen- Elastomer Silikonelastomer (glasfaservertärker Tä Trägerstab aus EP) Langstabisolatoren (glasfaserverstärkter Trägerstab aus EP) Kabelendschlüsse für Freiluftanwendung

4 2. Überschlag an Feststoffen Gleitentladung tl Durchschlag in Feststoffen Folie 4 Fall a) Bei glatter reiner Oberfläche praktisch gleicher Mechanismus und Festigkeit wie eine reine Gasstrecke. Reduktion der Festigkeit durch: Leiter Isolator Rauhigkeit, Spalten Feldanhebung Verschmutzung (Öl, Wasser, Metall- oder Isolierstoffpartikel) leitfähige Fremdschicht bewirken Feldverzerrung

5 2. Überschlag an Feststoffen Gleitentladung tl Durchschlag in Feststoffen Folie 5 Fall b) Vertikale Feldkomponenten beim Übergang Leiter-Isolator: t Leiter Isolator 1. Ladungsträger treffen Isolierstoffoberfläche Feststoff beteiligt sich am Ladungshaushalt 2. Bildung einer Oberflächenladung Kompensation der vertikalen Feldkomponenten Abbau der Wechselwirkung mit Isolierstoffoberfläche Art des Isolierstoffs unwesentlich prinzipiell geführte Gasentladung in der Nähe der Oberfläche Wegen der hohen Dielektrizitätszahl der Isolierstoffschicht ergibt sich bei zeitlich veränderlichen Spannungen eine grosse Kapazität hohe Verschiebungsströme

6 2. Überschlag an Feststoffen Gleitentladung tl Fall b) Gleitanordnung mit Ersatzschaltbild Durchschlag in Feststoffen Folie 6

7 2. Überschlag an Feststoffen Durchschlag in Feststoffen Folie 7 Gleitentladung tl Fall b) Entwicklung der Entladung Besonderheiten der Entladungsform bei Wechsel- und Stossspannung Verschiedene Stadien während Spannungsanstieg: -stabile Teilentladung (Gleitbüschel) l) entsprechen Streamer in Gas - ab einer gewissen Stromdichte Gleitstielbüschel mit hoher Reichweite (Leader) - Kombination Gleitstiel und Gleitbüschel überbrückt die Schlagweite Überschlag Aufgrund der hohen h Kapazität folgt grosse Stromdichte in Gleitbüscheln l Gleitstielbildung bereits schon bei Gleitbüschelreichweiten von einigen Zentimetern (Vergleiche: > 1m im Gas!).

8 2. Überschlag an Feststoffen Gleitentladung tl Fall b) Beispiele i Durchschlag in Feststoffen Folie 8 Positive Gleitentladung kurz vor dem Funkenüberschlag Gleitstielbüscheleinsatz bei Wechselspannung (empirisch): U g 1 75 kv r d cm 0.44 d = Elektrodenabstand

9 2. Überschlag an Feststoffen Gleitentladung tl Fall b) Beispiele i Durchschlag in Feststoffen Folie 9

10 2. Überschlag an Feststoffen Gleitentladung tl Fall b) Beispiele i Durchschlag in Feststoffen Folie 10

11 2. Überschlag an Feststoffen Fremdschichtüberschlag htüb hl (Fall a)) Durchschlag in Feststoffen Folie 11 Ablagerungen (Industriestaub, t Salz) und Feuchtigkeit it (Nebel, Tauwasser) führen unter Umständen zu hoher Leitfähigkeit der Schicht elektrisches Strömungsfeld bei Inhomogenitäten: lokale Aufheizung und Austrocknung Feldverzerrung, da in Trockenzone geringe Leitfähigkeit Überschlag der Trockenzone ( Dry Band arcing ) Lokale Überbrückung Erhöhung des Stromes, weitere Austrocknung, schliesslich Überschlag über gesamten Isolator

12 Durchschlag in Feststoffen Folie Überschlag an Feststoffen Entwicklung des Fremdschichtüberschlags htüb hl R FS : Fremdschichtwiderstand R TZ : Trockenzonenwiderstand R L : Lichtbogen- widerstand C I : Kapazität des Isolierstoffes E index : Feldstärke analog zu R

13 Durchschlag in Feststoffen Folie Überschlag an Feststoffen Entwicklung des Fremdschichtüberschlags htüb hl J

14 Durchschlag in Feststoffen Folie Überschlag an Feststoffen Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation Verschmutzungstest CESI

15 Durchschlag in Feststoffen Folie Überschlag an Feststoffen Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation nicht durchschlagbare Isolatoren: Innenfestigkeit >> Aussenfestigkeit durchschlagbare Isolatoren: Innenfestigkeit Aussenfestigkeit

16 2. Überschlag an Feststoffen Durchschlag in Feststoffen Folie 16 Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation Ansprüche an die Isolierstoffe - dielektrische Festigkeit auch bei Verschmutzung - mechanische Festigkeit - Alterungsbeständigkeit (Witterung) Zu beachten ist: 1.) Im trockenen Zustand entspricht die dielektrische Festigkeit etwa jener einer reinen Luftstrecke 2.) Im nassen Zustand oder bei Verschmutzung gilt starke Reduktion der Überschlagsspannung (bis zu 30%) 3.) Im Innenraum ist ein Fremdschichtbelag meist gleichmässig über die Länge verteilt gleichmässige Spannungsaufteilung 4.) In Freiluft: ungleichmässige Verteilung durch teilweises Abwaschen bei Regen Bildung von Trockenzonen Überschlag (dry band arcing)

17 2. Überschlag an Feststoffen Durchschlag in Feststoffen Folie 17 Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation Charakteristische Parameter Mechanismus: Regentropfen (leitend) bilden Fäden, die den Isolator überbrücken b ü Bei wenigen Regentropfen an der Oberfläche: Deformation der runden Tropfen zu Ellipsen durch die elektrostatischen Feldkräfte Überschlagsweg Regen: Reduktion der Durchschlagspannung um bis zu 30 %

18 Durchschlag in Feststoffen Folie Überschlag an Feststoffen Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation Charakteristische Parameter Kriechweg: Der Kriechweg bezeichnet die Länge der Fremdschicht welche einen Durchschlag einleitet leitfähige Schicht Kriechstrom Es ist ein langer Kriechweg erforderlich (nach IEC: ca. 2,5 cm/kv) Fadenmass Kriechweg

19 2. Überschlag an Feststoffen Durchschlag in Feststoffen Folie 19 Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation Charakteristische Parameter Fadenmass: kürzeste Verbindung zwischen den Armaturen in Luft Bestimmt U D im trockenen Zustand Trockenüberschlagsspannung von Stützern in Abhängigkeit vom Fadenmass armierte Stützer Stützer mit Potentialsteuerungsgarnitur (Toroid)

20 Durchschlag in Feststoffen Folie Überschlag an Feststoffen Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation Potentialsteuerungsgarnitur

21 Durchschlag in Feststoffen Folie Überschlag an Feststoffen Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation Potentialsteuerungsgarnitur HGUe - Wanddurchführung 500 kv

22 Durchschlag in Feststoffen Folie Überschlag an Feststoffen Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation Potentialsteuerungsgarnitur (380 kv)

23 Durchschlag in Feststoffen Folie Überschlag an Feststoffen Beispiele i Fremdschicht-anfälliger ht Isolation Charakteristische Parameter Charakterisierung der Schirmform durch die Dimensionierungsgrösse: Kriechweg Fadenmass Die Schirmform hat einen Einfluss auf das Verschmutzungsverhalten. Beispiele:

24 3. Durchschlag in Feststoffen Elektrischer Durchschlag hl Intrinsischer Durchschlag durch innere Feldemission Durchschlag in Feststoffen Folie 24 E d (Polyäthylen) y 800 kv/mm (Küchler S. 216)

25 3. Durchschlag in Feststoffen Elektrischer Durchschlag hl Durchschlag in Feststoffen Folie 25 Verminderung der intrinsischen Festigkeit durch strukturelle Defekte (Reduktion des Bandabstandes) Sphärolit (kristalliner Bereich) Defekt Polypropylen

26 4. Teilentladungen in Feststoffen Durchschlag in Feststoffen Folie 26 Ursache für Teilentladungen sind starke lokale Feldüberhöhungen Teilentladungen sind Entladungen, die nicht sofort zum Durchschlag führen Teilentladungen finden statt in Gasen (Korona) Flüssigkeiten und Festkörpern Bei festen und flüssigen Isolierstoffen bewirkt Teilentladungsaktivität Erosion und somit langfristig eine Zerstörung der Isolierung Die Messung der Teilentladungsaktivität ist ein weit verbreitetes Mittel zur Zustandsdiagnose von Isolierungen

27 4. Teilentladungen in Feststoffen Teilentladungen in kleinen Hohlräumen Schematische Darstellung: Durchschlag in Feststoffen Folie 27 Elektroden Dielektrikum r Luft r Isolator Hohlraum im Dielektrikum (Fehlstelle, ll Lunker) Dielektrikum: geringe geringe elektrische Belastung bei hoher dielektrischer Festigkeit it Hohlraum: hohe hohe elektrische Belastung (da r Luft < r_isolator ) bei geringer dielektrischer Festigkeit it

28 4. Teilentladungen in Feststoffen Teilentladungen in kleinen Hohlräumen Durchschlag in Feststoffen Folie 28 Potentialverlauf in einem Lunker: Elektrische Feldstärke (Farbverlauf) und Äquipotentiallinien (in %): Isolation: Epoxidharz (ε r = 3) Fehlstelle: Luft (ε r = 1)

29 4. Teilentladungen in Feststoffen Teilentladungen in kleinen Hohlräumen Spannungsverlauf in einem Lunker Durchschlag in Feststoffen Folie 29 Physikalische Anordnung A Elektrisches Ersatzschaltbild A C 2 C 1 C 3 C 3 C C 2 U E C 3 U 1 C 2 C 1 FS R B B CC 1 2 Für kleine Hohlräume gilt: C E ~ C 3 >> C 1 >> C 2 mit CE C3 C C 1 2

30 4. Teilentladungen in Feststoffen Teilentladungen in kleinen Hohlräumen Spannungsverlauf in einem Lunker Durchschlag in Feststoffen Folie 30 U E U z :Zündspannung U 1 U E U 1 Teilentladungen (Beyer S. 177)

31 4. Teilentladungen in Feststoffen Möglichkeiten it der Messung Messung der Spannungsänderung Durchschlag in Feststoffen Folie 31 Teilentladung = Spannungseinbruch U 1 über C 1 Ladungstransport: qq 1 = C 1 U 1 Damit folgt ein Spannungssprung an C E um U E U E C 2 C C 2 2 U1 q C C C C Ist diese Messung sinnvoll? C 1 und C 2 unbekannt U E = f( U 1 ) nicht berechenbar b C 3 >> C 2 U E << 1 V Messung kaum möglich

32 4. Teilentladungen in Feststoffen Messung der scheinbaren Ladung Durchschlag in Feststoffen Folie 32 Messaufbau A Z i(t); q C E U q : Hochspannung U q C K U E Z: Filter gegen Netzstörungen C K : Koppelkondensator C E : Testobjekt B Der Spannungseinbruch U E über C E bedingt hochfrequenten Kreisstrom i(t) durch C K, welcher die Spannungen über C K und C E wieder ausgleicht. Messgrösse: i t q i t dt q: scheinbare Ladung

33 4. Teilentladungen in Feststoffen Messung der scheinbaren Ladung Durchschlag in Feststoffen Folie 33 Im Idealfall ist C K >> C E kein Spannungseinbruch über C K Beachte: C q i t dt C U C U q C 2 E E 2 1 q 1 1) q = f( q 1 ) nicht berechenbar, da C 1 und C 2 unbekannt! Die TE-Messung ist nur ein qualitatives Kriterium! 2) In Realität ist C K >> C E nicht tragbar! Gründe: - zu grosse kapazitive Belastung der Quelle - finanzieller Aufwand für TE freien C K zu hoch Spannungseinbruch über C K i(t) sinkt Die gemessene scheinbare Ladung (q m ) ist kleiner als die scheinbare Ladung (q) 1

34 4. Teilentladungen in Feststoffen Messung der scheinbaren Ladung Durchschlag in Feststoffen Folie 34 Die messbare scheinbare Ladung berechnet sich, wie folgt: * q m C K U E UU E* : verbleibender Spannungseinbruch nach Umladung Die eigentliche scheinbare Ladung ist: * q C U C C U Daraus folgt: E E K E E qm CK q C C K E

35 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel: i TE in kleinen Hohlräumen Mikroskopaufnahmen einer Feststoffisolation Durchschlag in Feststoffen Folie 35 E & F Faser Harz Risse

36 4. Teilentladungen in Feststoffen Bäumchenwachstum/Treeing h Durchschlag in Feststoffen Folie 36 Als Treeing bezeichnet man das Vorwachsen einer teilentladungsbehafteten Fehlstelle innerhalb einer Isolation Rissfront Sekundäre Bäumchen Durchschlagskanal 100 m

37 4. Teilentladungen in Feststoffen Bäumchenwachstum/Treeing h Durchschlag in Feststoffen Folie 37

38 4. Teilentladungen in Feststoffen Bäumchenwachstum/Treeing h Durchschlag in Feststoffen Folie 38

39 4. Teilentladungen in Feststoffen Simulation von Treeing mit Barriere Durchschlag in Feststoffen Folie 39

40 4. Teilentladungen in Feststoffen Bäumchenwachstum/Treeing h Durchschlag in Feststoffen Folie 40 Korrelation zwischen Treeing und Teilentladungsaktivität

41 4. Teilentladungen in Feststoffen Til Teilentladungs-Pattern tld tt Durchschlag in Feststoffen Folie 41 Vergleich von TE-Pattern Entladungen innerhalb der Isolation Entladungen ausserhalb der höchste Entladungsintensität Nähe Isolation Spannungsnulldurchgang höchste Entladungsintensität Nähe Spannungsmaximum B.Fruth, 2000 M.Fahrani, 2005

42 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel i einer TE-anfälligen Isolation Mica-Isolierung für Generatoren Durchschlag in Feststoffen Folie 42 Generatorstab Mica- Isolierband Statorwicklung des Generators Isolation eines Generatorstabes

43 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel i einer TE-anfälligen Isolation Schliffbilder betriebsgealterter Generatorstäbe Durchschlag in Feststoffen Folie 43 4 mm 4 mm Isolation aus Spaltglimmer li mit Bitumen (Asphalt) als Füllmaterial l

44 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel i einer TE-anfälligen Isolation Mikrostruktur eines Mica-Isoliersystems Durchschlag in Feststoffen Folie 44 Harz Glimmer Glasfasern 200 m

45 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel i einer TE-anfälligen Isolation Durchschlag in Feststoffen Folie 45 Aussen- und Endenglimmschutz zur Reduktion der TE-Aktivität 8 9 1) Hauptisolation 2) Teilleiterisolation 3) Endenglimmschutz (Band oder Lack) 4) Aussenglimmschutz (Band oder Lack) 5) Fixierendes Abschlussband b 6) Abstandshalter 7) Fixierungsstreifen für Wicklungsstab 8) Cu-Leiter 9) Blechpaket

46 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel i einer TE-anfälligen Isolation Durchschlag in Feststoffen Folie 46 Wirkung des Aussenglimmschutz ohne AGS: mit AGS: Leitfähige Schicht Entladungen (Aussenglimmschutz) Luft Blechpaket Blechpaket Isolation Cu-Leiter Cu-Leiter Forderung: Leitfähigkeit des Aussenglimmschutzes nicht zu hoch (zu hohe Verluste) nicht zu tief (Gefahr der Bildung von Entladungen) Typische Werte: kω

47 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel i einer TE-anfälligen Isolation Wirkung des Endenglimmschutz Durchschlag in Feststoffen Folie 47 Blechpaket (Erde) AGS Potentialverlauf ohne Spannungs- steuerung (ohne Endenglimmschutz) Hauptisolation Cu-Leiter (Hochspannung) Blechpaket (Erde) AGS Potentialverlauf mit Spannungs- steuerung (mit Endenglimmschutz) Hauptisolation Spannungssteuerung (Endenglimmschutz) Cu-Leiter (Hochspannung)

48 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel i einer TE-anfälligen Isolation Wirkung des Endenglimmschutz Durchschlag in Feststoffen Folie 48

49 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel i einer TE-anfälligen Isolation Durchschlag in Feststoffen Folie 49 Wirkung des Endenglimmschutz Endladungen am Ende eines Wicklungsstabes ohne Endenglimmschutz

50 4. Teilentladungen in Feststoffen Beispiel i einer TE-anfälligen Isolation Wirkung des Endenglimmschutz Durchschlag in Feststoffen Folie 50 Strom-Spannungscharakteristik Spannungscharakteristik des Endenglimmschutzes 3er typischer Materialien aus der Praxis Material 1 Material 2 Forderung an Enden- Glimmschutz: nichtlineare Strom- Spannungs- charakteristik Material 3

51 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Verlustmechanismen In festen Isolierstoffen existieren drei elektrische Verlustmechanismen: 1) Leitfähigkeit (tan L L) 2) Polarisation (tan P ) Deformations-, Orientierungs- und Grenzflächenpolarisaton 3) Ionisation (tan TE ) Teilentladungen

52 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Leitfähigkeit Feste Isolierstoffe können eine geringe ohmsche Leitfähigkeit aufweisen. Diese wird formal beschrieben durch J E J : Stromdichte DC DC :die Gleichstromleitfähigkeit

53 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Leitfähigkeit Verlustfaktor 1 Frequenzabhängigkeit Für Frequenzen von 0,1 bis einige 100 Hz gilt (analog Flüssigkeiten): tan 1 R C p p r und tan L in Abh. von der Frequenz bei konst. Temperatur r = konst. bei niedriger Frequenz.

54 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Polarisationsmechanismen mikroskopische Ursachen: Elektronenpolarisation e o Ionenpolarisation Orientierungspolarisation Grenzflächenpolarisation

55 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Elektronenpolarisation Befindet sich ein Atom im Einfluss eines elektrischen Feldes, so verschiebt sich der Schwerpunkt der negativ geladenen Elektronenhülle gegenüber dem positiv geladenen Kern. Es resultiert ein elektrischer Dipol.

56 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Orientierungspolarisation Besitzen Moleküle permanente elektrische Dipole, so können sich diese in einem äusseren elektrischen Feld ausrichten. Dem entgegengesetzt ist die thermische Bewegung (Schwingung) der Moleküle. Die Orientierungspolarisation ist daher stark temperaturabhängig.

57 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Ionenpolarisation Ionen, die in Molekülen oder Kristallen eingebaut sind, erfahren durch ein elektrischen Feld eine zusätzliche Kraftkomponente, die zu einer Änderung der zwischenatomaren Abstände führt. Daraus resultiert ein elektrisches Dipolmoment.

58 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Grenzflächenpolarisation Sind in einem Dielektrikum ktik frei bewegliche lih Ladungsträger tä vorhanden (Ionen), so könne sich diese unter Einfluss eines äusseren Feldes bewegen. Befinden sich Grenzflächen im Dielektrikum (z.b. Öl/Papier Grenzfläche), so akkumulieren sich dort die Ladungen. Nach aussen hin, ist des Dielektrikum nach wie vor elektrische neutral. Ändert sich jedoch das äussere elektrische Feld, so ändert sich die Verteilung der Ladungsträger. g C 1 R 1 C 2 R 2 Maxwellsches Zweischichtenmodell

59 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Verlustfaktor 2 Frequenzabhängigkeit Für hohe Frequenzen gilt (analog zu den Flüssigkeiten): tan tan L tan P I w 1 r I C R b r o r In den Polarisations- resonanzen: Grosse Verluste! Polarisationsresonanzen Grosser tan bedeutet hohe Verluste. Diese können zur lokalen Erwärmung des Isolierstoffes führen wie hängt r von der Temperatur ab?!

60 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Temperatureinfluss Gleichstromleitfähigkeit und komplexe Dielektrizitätszahl sind temperaturabhängige Grössen: T T exp F kt T ~const const. F : Materialkennwerte DC DC o k : Boltzmann-Konstante r Schlussfolgerungen Die Gleichstromleitfähigkeit steigt mit steigender Temperatur thermischer Durchschlag! Der Frequenzgang von r wird mit steigender Temperatur zu höheren Frequenzen verschoben

61 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Messung der Polarisationseigenschaften C/tan Messbrücke Lade/Entladestrommessung Recovery Voltage Messung Diese Messverfahren messen prinzipiell p die gleichen physikalischen Eigenschaften. Die Ergebnisse sind unter Voraussetzung einer geeigneten Modellbildung beschränkt in einander überführbar. Nicht erwähnt: 1) TE-Messung 2) Chemische Analysen Gemeinsamkeit: it Zerstörungsfreie Diagnose

62 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste C/tan Messbrücke ( Schering-Brücke ) Hochspannungsteil: U(t) : Wechselspannung (typisch Hz) C x,tan x : Prüfobjekt C 2 : Referenzkondensator (z. B. gasisolierter Kondensator) Niederspannungsteil: R 3, C 4 : Elemente zum Abgleich der Brücke S :Schirm Vorteil: Realitätsnahe mit Hochspannung Anwendungen: Sehr verbreitet

63 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Lade/Entladestrommessung Ein Dielektrikum ik wird mit einer konstanten Spannung (U c ) aufgeladen. Dabei fliesst der Polarisationsstrom (I pol ). Anschliessend wird das Dielektrikum kurzgeschlossen und der Depolarisationsstrom (I depol ) gemessen. Der Verlauf der Ströme erlaubt einen R Charakterisierung des Materials. 1 R 2 C o RDC Grössen im (linearen) Ersatzschaltbild C 1 C 2 vollständig bestimmt! Hauptanwendungsgebiet: t VPE Kabel, Kapazitiv DC Öl/Papier Systeme (Trafo) E P J o t t

64 Durchschlag in Feststoffen Folie Elektrische Verluste in Feststoffen Polarisation dielektrische i Verluste Recovery Voltage Messung Nach dem Aufladen des Dielektrikums mit einer Gleichspannung (U c ) wird die Probe für eine Zeit T d kurzgeschlossen. Danach ac werden die Klemmen e wieder geöffnet et und die wiederkehrende e e Spannung (recovery voltage) gemessen. Vorteil: keine Strommessung erforderlich Hauptanwendungsgebiet: Transformatorisolierungen

65 Durchschlag in Feststoffen Folie Übersicht der Durchschlagsmechanismen Durchschlagsfeldstärke E d in Abhängigkeit der Beanspruchungsdauer Bsp. eines Isolierstoffes mit grossem grossem tan (Beyer S. 179)

66 Durchschlag in Feststoffen Folie Übersicht der Durchschlagsmechanismen Durchschlagsfeldstärke E d in Abhängigkeit der Beanspruchungsdauer am Beispiel Polyethylen Bsp. eines Isolierstoffes mit geringem tan Kein K i Wärmedurchschlag hl Lebensdauergesetz: log E const. 1 N log t N : Lebensdauerexponent (Beyer S. 179)

67 Literatur Durchschlag in Feststoffen Folie 67 Kapitel Küchler: N Titel Kommentar Oberflächenentladungen wichtig Entladungen in Feststoffen t wichtig Klassische Dielektrische Messung wichtig Teilentladungsmessungen wichtig Dielektrische Diagnose wichtig