Untersuchung des Einflusses einer Gasschicht auf der Elektrodenoberfläche auf die Durchschlagspannung in flüssigem Stickstoff

Abstract:
Bei Hochtemperatur-Supraleitern wird flüssiger Stickstoff unter Druck als Kühl- und Isoliermedium verwendet. Kommt es im Betrieb zu einem Wärmeeintrag, funktionsbedingt oder durch einen Fehlerfall, beginnt die Flüssigkeit zu sieden. Es entstehen Stickstoff-Gasblasen welche die elektrische Festigkeit der Isolierstrecke verringern. Die Charakterisierung der Einflüsse auf das Entstehen und Verhalten der Gasblasen im flüssigen Stickstoff, unterstützt die technische Gestaltung und wirtschaftliche Auslegung der Isolation. In vorangegangenen Versuchen zur Veränderung der elektrischen Festigkeit bei Blitzstoßspannung durch einen verschleierten Gasdurchschlag zeigte sich im Homogenfeld bei Anwesenheit von Gasblasen ein Polaritätseffekt. Dieser Polaritätseffekt bedeutet, dass die Durchschlagspannung von der Polarität der angelegten Blitzstoßspannung abhängig ist. Dies wurde in einem Elektrodenaufbau bei einem Druck von 5 bar absolut gemessen. Für genauere Betrachtungen des Polaritätseffektes im Gas-Flüssigkeitsgemisch wird als Modellisolation ein Schichtdielektrikum mit einer definierten Gasschicht untersucht, welche als Modell für eine Gasblasenschicht betrachtet wird. Durch die Definition der Gasschicht soll die Auswirkung der freien Bewegung von Gasblasen in der Flüssigkeit auf die Durchschlagspannung ausgeschlossen werden. Die Gasschicht stellt eine Grenzfläche von Gas zu Flüssigkeit dar. Die hier beschriebenen Untersuchungen erfolgen im inhomogenen Feld einer Halbkugel-Platte-Anordnung. Diese Anordnung befindet sich in einem mit flüssigem Stickstoff gefüllten Kryostaten bei Umgebungsdruck und wird mit Blitzstoßspannungen (Impulsbelastung) beaufschlagt. Die Durchschlagspannungen werden aufgezeichnet und die Ûd50-Spannung, sowie Feldverteilung und Zeit bis zum Durchschlag bestimmt.