Die Berechnung der elektrischen Festigkeit, Anfangsfeldstärke und Durchschlagspannung von SF6 und synthetischer Luft bei hohem Druck im schwach inhomogenen Feld

Inhalt:
Schwefelhexafluorid (SF6) ist das zur Zeit noch meist verwendete Isoliergas der Hochspannungstechnik. Neben den exzellenten Isoliereigenschaften besitzt SF6 das höchste Treibhauspotential aller bekannten Gase, (23800 · CO2). Aus diesem Grund ist die Verwendung von SF6 stark limitiert. Der Bedarf SF6 zu ersetzen steigt. Dieser Beitrag ist auf Untersuchungen und Berechnungen zum Durchschlagsverhalten umweltfreundlicher Gase (Luft, N2, O2 und CO2) im Hochdruckbereich im Vergleich zu SF6 und SF6-N2-Gemischen, um Dimensionierungen in der Hochdruck-Gasisolation möglichst effektiv auch ohne SF6 gestalten zu können, fokussiert. Für elektronegative Gase (SF6, C3F7CN) mit hoher Elektronenaffinität ist das Paschen-Gesetz nicht gültig. Für technische Anwendungen ist es erforderlich, die Durchschlagspannung für beliebig schwach inhomogene Felder in Abhängigkeit von Druck, Schlagweite und Ausnutzungsfaktor zu berechnen. Hierbei unterscheidet sich der Mechanismus der elektrischen Festigkeit zwischen elektrisch neutralen Gasen (keine Elektronen-Anlagerung) und elektronegativen Gasen (hohe Elektronenaffinität) stark voneinander. Dieser Beitrag zeigt ein Verfahren zur Berechnung der Durchschlagspannung in beliebig schwach inhomogenen Feldern in Abhängigkeit von Druck und Schlagweite für elektrisch neutrale Gase. Darüber hinaus wird ein Zusatz zur Theorie geliefert: Es wird der Begriff der Anfangsfeldstärke nach SCHWAIGER modifiziert und als relative Initiale Feldstärke definiert, um auch Druckabhängigkeiten und beliebige Elektroden-Geometrien zu berücksichtigen. Für den Vergleich mit elektroaffinen Gasen werden Näherungsgleichungen zur Durchschlagspannungsberechnung vorgestellt, die genauso wie die Berechnungen zu den elektrisch neutralen Gasen mit Messungen bis 2,4 MPa und 300 kV überprüft wurden.