Dielektrische Festigkeit


Dielektrische Festigkeit

Die Durchschlagfestigkeit (angegeben in kV/mm oder V/mm) eines Isolators ist diejenige elektrische Feldstärke, welche in dem Material höchstens herrschen darf, ohne dass es zu einem Spannungsdurchschlag (Funke) kommt.

Bei der Dimensionierung von elektrischen Baugruppen und Isolationen muss jedoch 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 der elektrischen Feldstärke, sie wird dementsprechend auch als Durchschlagsfeldstärke bezeichnet. Sie ist die Durchschlagspannung U bezogen auf die Dicke l der Isolation:

 E = {{U} \over {l}}

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 Feuchte ab.

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 Duchschlagsfestigkeiten 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.

Material Durchschlagsfestigkeit
(in kV/mm)
Luft ≤ 2 [1] bis 3,3 [2]
Porzellan 30…35
Schwefelhexafluorid 8
Glas, Emaille 10
Quarzglas 40
Aluminiumoxid (rein) 20…30
Polycarbonat 25…35
Polyester 25 bis ≥ 150 
Plexiglas 35…40
FR4 40
Polypropylen bis 100
Polyethylenterephthalat (PET) bis 510 [3]
Polystyrol 55…135
Isolieröl 4…20
Polyvinylchlorid 30…50
ABS bis 120
Polyoxymethylen bis 120
Glimmer 25…42

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. http://www.isas.tuwien.ac.at/upload/downl/werkstoffe_lu2.pdf
  2. http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0205141.htm
  3. http://www.tpl.ch/datasheet/RN_190.de.pdf

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