Durchschlagsfestigkeit von Isolierstoffen und exemplarischen Isolierkörpern bei nieder- und mittelfrequenter Hochspannung sowie Mischspannung

Abstract:
Für die Entwicklung von Isoliersystemen leistungselektronischer Topologien, die zunehmend in Mittel- und Hochspannungsnetzen zum Einsatz kommen, werden Isolierstoffe mit einer hohen Durchschlagsfestigkeit bei einer mittel- und auch hochfrequenten Spannungsbeanspruchung (auch Mischspannungen) gesucht. Die für einen Isolierstoff im Datenblatt angegebene Durchschlagsfestigkeit wird über die Spannungsfahrt einer 50 Hz-Prüfspannungsquelle, an die eine für den Isolierstoff spezifizierte Elektrodenanordnung mit entsprechender Prüfkörper-Geometrie angeschlossen ist, bestimmt. Führt allein dasWirken der intrinsischen Feldstärke zum Durchschlag, hängt die Durchschlagsspannung nicht von der Frequenz der Spannung ab. Man kann vom Mechanismus des elektrischen Durchschlags ausgehen, solange die Änderungsgeschwindigkeit und damit Anstiegszeit der Spannung kleiner bzw. länger als die Zeit zum Aufbau einer Entladung ist. Das ist bei einer sinusförmigen Prüfspannungs bis ca. 100 kHz der Fall. Werden dieWirkungen sekundärer energetischer Prozesse, die bei 50 Hz nicht unmittelbar zum Durchschlag führen, minimiert oder vermieden, ist die Durchschlagsspannung für nieder- und mittelfrequente Spannungen gleich. Der Beitrag stellt exemplarisch Effekte vor, die bei mittelfrequenten Prüfspannungen zu niedrigeren Durchschlagsspannungen führen, jedoch bei einer 50 Hz-Prüfspannung so schwach sind, dass sie den elektrischen Durchschlagsprozess nicht beeinflussen. Dazu gehören Teilentladungen, die dielektrische Erwärmung und erosiveWirkungen. Das Erkennen, Verstehen und Vermeiden dieser Effekte bei mittelfrequenter Hochspannung und Mischspannung unterstützt die Auswahl und die Art des Einsatzes der Isolierstoffe.