mich beschäftigen mal wieder Spannungen jenseits der 2 kV. Bei der Spannungsfestigkeit von Ünertragern wird zur Prüfspannung immer wieder auch eine Prüfzeit angegeben. Ich hab mal bei einem Hersteller nachgefragt, was denn danach passiere. Die Antwort war, dass die Isolation irgendwann nachgebe. Wann, das sei nicht mehr spezifiziert, nur eben die beschriebene (und wohl auch getestete) Zeitspanne. Wie man sich das vorstellen müsse, ob sich da der Kunststoff zersezte oder wie, darauf wollte mir mein Gesprächspartner keine Auskunft erteilen.
Ähnlich ging esmir mit den Kondensatoren, deren Lebensdauer anscheinend erheblich von der Spannung abhängt, mit der sie geladen sind. Ganz schlimm sei es, wenn ich die Folienkondensatoren invers auflade (Entladung durch eine Spule). Das gehe ganz empfindlich auf die "Lebenserwartung" des Kondensators. Wie und warum... ??? ! Es geht hier ja nicht um Elkos, sondern um Folienkondensatoren, wahlweise Papier/Öl oder Kunststoff.
Wie altern Isolationswerkstoffe aus Kunststoff in Kondensatordielektrika bzw Übertragern? Sachdienliche Hinweise, Literaturstellen oder kurze und nachvollziehbare Erklärungen sind herzlich willkommen.
Wie macht das der Profi dann? Auslegen auf 50% 60% 70%... der Prüfspannung (1 min) ??? Und wie lange hält das dann?
Marte
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K
Klaus Bahner
Hallo Marte,
Das ist ein komplexes Thema, dass man nicht in ein paar kurzen Zeilen abhandeln kann. Kunststoffe altern im DC Feld meisten aufgrund von sich ausbildenden Raumladungen, stark vereinfacht gesagt, kannst du dir das so vorstellen, dass es auch im Kunstoffisolator freie Ladungstraeger gibt, Elektronen und eben geladene Molekuele, die allerdings sehr schlecht beweglich sind. Liegt eine Gleichspannung lange an, dann wandern die Ladungstraeger langsam aber stetig und bilden Raumladungen. Irgendwann zerstoert das Feld den Kunststoff, je nach verwendetem Kunststoff kommt es zum Beispiel zu Verkohlungen, die dann leiten und den Zerstoerungsprozess drastisch beschleunigen. Dieser Mechanismus ist zum Beispiel bei PVC besonders deutlich ausgepraegt, so dass sich PVC schlechter zur langfristigen Isolation eignet als zum Beispiel PEEK oder (XLD-)PE, obwohl die letzteren eine geringere Durchschlagsspannung haben. Bei Wechselfeldern tritt der Raumladungseffekt nicht auf, hier ist der zerstoererische Effekt die staendig, wechselnde Polarisierung des Kunststoffs. In gewissen Rahmen ist aber richtig zu sagen, dass die Gleichspannungsfestigkeit von Isolatoren geringer als die Wechselspannungsfestigkeit ist. Was wiederum nur eingeschraenkt fuer Kondensatordielektrika gilt, da die besonders hart belastet sind, hier spielt dann zum Beispiel die maximale Stromanstiegsgeschwindigkeit eine Rolle. Erschwerend zu obigen Ausfuehrungen kommt hinzu, dass die Lebensdauer von Isolatoren auch von schwer zu kontrollierenden aeusseren Parametern abhangt, wie z.B. Reinheit und Homogenitaet des Kunststoffes, mechanische Spannungen, Feuchtigkeitsaufnahmen, Verschmutzung, UV und radioaktive Strahlung, Oberflaechenbehandlung, Temperatur, Oberflaechenladung durch Ionen (die z.B. durch Corona entstehen koennen) usw. usw. Sprich es ist extrem schwierig hier was zu berechnen, und meiner Erfahrung nach wird so etwas mehr oder weniger immer nach Erfahrung und mit erheblichem Sicherheitsmargin designt, sprich man tastet sich voran und man passt sich ueber die Jahre an die speziellen Gegebenheiten der konkreten Applikation an. Das ist eher schwer zu formulierendes Know-how als exakte Wissenschaft. Einschraenkend muss ich hinzufuegen, dass das obige jenseits von ca.
10kV gilt. Darunter finde ich ist dass zumindest im Fall von Isolatoren (gilt nicht fuer Kondensatoren mit ihrem duennen Dielektikum) eigentlich kein Problem, da meist die mechanischen Gegebenheiten bereits eine Materialstaerke erzwingen, die auch ohne grosses Nachdenken auf der sicheren Seite liegt. Literatur findet sich zu Hauf in "IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation", oft allerdings mit begrenzter Praxisverwertbarkeit, weil man eher keine Geraete in seinem Labor hat um Raumladungen oder Partial Discharges zu messen :-(
Ich habe keine Ahnung wie Kondensatorprofis das machen, im Falle von Isolatoren sind meiner Meinung nach 1min viel zu kurz. Bei Isolatoren betrachte ich Tage bis Monate als einen aussagekraeftigen Test und persoenlich versuche ich, soweit praktikabel einen Faktor 2-3 zwischen Pruefspannung und Betriebsspannung einzuhalten.
Gruss Klaus
M
Marte Schwarz
Hallo Klaus,
So weit war ich auch schon ;-) Wenn das in 2 Sätzen beschrieben gewesen wäre, dann hätte man sich kaum so davor gedrückt, mir das zu verklickern.
...
Vielen Dank schon mal. Das deckt sich mit dem, was ich mir schon zurechtgereimt hatte. Wenn ich so was noch irgendwo referenzierbar hätt, dann würde sich mein Kunde ggfs leichter tun. Der will die Sicherheitsmarge nämlich nicht so recht einsehen :-(
Nun ja. Ich sehe das bei Lackisolation und Dielektrikum nicht so Verschieden im Wesen.
Mal wühlen.
Faktor 2 dürfte schon schwer sein, durchzusetzen, das muss ich dann schon als 50% ausdrücken ;-)
Marte
K
Klaus Bahner
Hallo Marte,
Wenn es dir hauptsaechlich um Lackisolierung geht, dann kannst du ja vielleicht noch mal in d.s.i.e nachfragen, da sind ja einige, die sich auf elektrische Maschinen verstehen. Generator und Hochspannungstrafo Konstrukteure muessen sich ja taeglich mit diesem Problem herumschlagen. Das einzige was ich da aus eigener Erfahrung beitragen kann ist, dass sich Vakuumtraenken/Vergiessen lohnt. Werden alle Hohlraeume homogen ausgefuellt, dann vermeidet man lokale Feldstaerkespitzen und Verunreinigungen, das erhoeht die Lebensdauer merkbar. Ebenso lohnt sich im Falle von Uebertragern auch die Verwendung vonIsolierlagen aus Kapton (schweineteuer, aber das ist einer der Kunststoffe dem man in solchen Faellen vertraut). Beides wird deinem Kunden allerdings wohl eher nicht gefallen :-)
Gruss Klaus
H
Harald Wilhelms
Wenn man kein Kapton will, kann man ja auch Polyimid nehmen. :-) (Kapton ist ein Markenname der Firma Du Pont) Gruss Harald
M
Michael
Klaus Bahner wrote in news: snipped-for-privacy@ieee.org:
Mir fällt dazu auch der Name Klaus Stimper ein (derzeit Lehrstuhl an der BW-Uni Neubiberg, URL:
formatting link
. Vielleicht ergibt eine Literaturrecherche ein paar sinnvolle Ergebnisse.
Gruß, Michael
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