Elektrische Durchschlagfestigkeit - Versionsgeschichte

Oluschinski: /* Siehe auch */

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Siehe auch

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	==Siehe auch==		==Siehe auch==
	*[[Elektrische Leitfähigkeit]]		*[[Elektrische Leitfähigkeit]]
	*[[Elektrische Festigkeit]]
	*[[Kriechwegbildung]]		*[[Kriechwegbildung]]
	*[[Durchgangswiderstand]]		*[[Durchgangswiderstand]]

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 10:17 Uhr

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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Elektrische Festigkeit oder Durchschlagfestigkeit</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Elektrische Festigkeit oder Durchschlagfestigkeit</span>
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	\|Schönhals, A.: Elektrische und Dielektrische Eigenschaften. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2024~~) 4. Auflage, S. 343 ff (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)		\|Schönhals, A.: Elektrische und Dielektrische Eigenschaften. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2025) 4. Auflage, S. 343 ff (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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	\|Bonten, C.: Kunststofftechnik: Einführung und Grundlagen. Carl Hanser Verlag, München Wien, 2. aktualisierte Auflage (2016) (ISBN 978-3-446-44674-8) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter H 52)		\|Bonten, C.: Kunststofftechnik: Einführung und Grundlagen. Carl Hanser Verlag, München Wien, 2. aktualisierte Auflage (2016) (ISBN 978-3-446-44674-8) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter H 52]
	~~\|-valign="top"~~
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			==Weblink==
			*[https://www.kern.de/de/richtwerttabelle Kern GmbH Kunststoffwerke, Großmeinscheid – Richtwerttabelle]
	[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]		[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]
	[[Kategorie:Folienprüfung]]		[[Kategorie:Folienprüfung]]

Loeffler-Kamann am 8. Oktober 2024 um 08:27 Uhr

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	\|width="600px"\|Hochspannungsprüfgerät RMG 15 AC mit Elektrodenanordnung und Prüfkäfig der Fa. Cooper Bussmann, Wuppertal		\|width="600px"\|Hochspannungsprüfgerät RMG 15 AC mit Elektrodenanordnung und Prüfkäfig der Fa. Cooper Bussmann, Wuppertal
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			==Siehe auch==
			*[[Elektrische Leitfähigkeit]]
			*[[Elektrische Festigkeit]]
			*[[Kriechwegbildung]]
			*[[Durchgangswiderstand]]
			*[[Kriechstromfestigkeit]]
			*[[Isolationswiderstand]]


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	\|Schönhals, A.: Elektrische und Dielektrische Eigenschaften. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~) 3. Auflage, S. ~~357ff~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|Schönhals, A.: Elektrische und Dielektrische Eigenschaften. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 343 ff (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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Oluschinski am 23. März 2023 um 10:45 Uhr

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	\|Bonten, C.: Kunststofftechnik: Einführung und Grundlagen. Carl Hanser Verlag, München Wien, 2. aktualisierte Auflage (2016) (ISBN 978-3-446-44674-8)		\|Bonten, C.: Kunststofftechnik: Einführung und Grundlagen. Carl Hanser Verlag, München Wien, 2. aktualisierte Auflage (2016) (ISBN 978-3-446-44674-8) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter H 52)
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Oluschinski am 28. November 2022 um 08:06 Uhr

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	[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]		[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]
	[[Kategorie:Folienprüfung]]		[[Kategorie:Folienprüfung]]

Posch am 14. Mai 2020 um 12:05 Uhr

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	[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]		[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]
	[[Kategorie:Folienprüfung]]		[[Kategorie:Folienprüfung]]

Oluschinski am 12. August 2019 um 09:16 Uhr

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Reincke am 16. Februar 2018 um 15:47 Uhr

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	{\| border="1px" style="border-collapse:collapse"		{\| border="1px" style="border-collapse:collapse"
	\|+ '''Tabelle 1''': Kurzzeitwerte der Durchschlagfestigkeit für ausgewählte Kunststoffe [4] bei T = 23 °C		\|+ '''Tabelle 1''': Kurzzeitwerte der Durchschlagfestigkeit für ausgewählte Kunststoffe [2] bei T = 23 °C
	!! style="width:260px; background:#DCDCDC" \| Kunststoff Folien, Dicke 40 <math>\mu</math>m		!! style="width:260px; background:#DCDCDC" \| Kunststoff Folien, Dicke 40 <math>\mu</math>m
	!! style="width:160px; background:#DCDCDC" \| E<sub>d</sub> (kV mm<sup>-1</sup>)		!! style="width:160px; background:#DCDCDC" \| E<sub>d</sub> (kV mm<sup>-1</sup>)

Reincke am 16. Februar 2018 um 13:54 Uhr

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	{{PSM_Infobox}}		{{PSM_Infobox}}
	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Elektrische Festigkeit</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Elektrische Festigkeit oder Durchschlagfestigkeit</span>
	__FORCETOC__		__FORCETOC__
	==Allgemeine Grundlagen==		==Allgemeine Grundlagen und Definition==
	Ein ~~polymeres~~ Isolationsmaterial kann dem Einfluss einer hohen Spannung nicht unbegrenzt widerstehen. Bei einer bestimmten Spannung oder nach einer gewissen Zeit nach dem Anlegen einer hohen Spannung verliert es seine isolierenden Eigenschaften irreversibel. Dies ist mit einer strukturellen Schädigung des [[Kunststoffe]]s verbunden. Wird die an einem [[Prüfkörper]] anliegende Spannung kontinuierlich erhöht, steigt der Stromfluss zunächst proportional, dann nichtlinear, um schließlich beim Erreichen einer bestimmten Spannung extrem stark anzusteigen. Diese Spannung wird als '''Durchschlagspannung U<sub>d</sub>''' bezeichnet. Die Leitfähigkeit erhöht sich um viele Größenordnungen und der [[Kunststoffe\|Kunststoff]] verliert unter Funken- und Lichtbogenbildung seine isolierenden Eigenschaften. Dieses Verhalten wird als elektrischer Durchschlag bezeichnet. Ein analoges Phänomen wird beobachtet, wenn eine genügend hohe Spannnung eine hinreichend lange Zeit am Prüfkörper anliegt [1].
			Die Durchschlagfestigkeit ist jene elektrische Feldstärke, bei der die Leitfähigkeit eines Isolators um mehrere Größenordnungen ansteigt.

			Ein [[polymer]]es Isolationsmaterial kann dem Einfluss einer hohen Spannung nicht unbegrenzt widerstehen. Bei einer bestimmten Spannung oder nach einer gewissen Zeit nach dem Anlegen einer hohen Spannung verliert es seine isolierenden Eigenschaften irreversibel. Dies ist mit einer strukturellen Schädigung des [[Kunststoffe]]s verbunden. Wird die an einem [[Prüfkörper]] anliegende Spannung kontinuierlich erhöht, steigt der Stromfluss zunächst proportional, dann nichtlinear, um schließlich beim Erreichen einer bestimmten Spannung extrem stark anzusteigen.

			Diese Spannung wird als '''Durchschlagspannung U<sub>d</sub>''' bezeichnet. Die Leitfähigkeit erhöht sich um viele Größenordnungen und der [[Kunststoffe\|Kunststoff]] verliert unter Funken- und Lichtbogenbildung seine isolierenden Eigenschaften. Dieses Verhalten wird als elektrischer Durchschlag bezeichnet. Ein analoges Phänomen wird beobachtet, wenn eine genügend hohe Spannnung eine hinreichend lange Zeit am Prüfkörper anliegt [1, 2].

	==Grundlagen des elektrischen Durchschlages==		==Grundlagen des elektrischen Durchschlages==

	Der Mechanismus des elektrischen Durchschlages in festen Dielektrika ist bis heute theoretisch nur schlecht verstanden. Generell werden zwei Stadien des elektrischen Durchschlages unterschieden. Das durchschlagvorbereitete Stadium, in dem der Kunststoff seine elektrische Festigkeit verliert, und das Stadium, in dem der Kunststoff zerstört und der Durchschlag vollendet wird [2, 3]. Weiter können je nach Mechanismus drei Grundformen des elektrischen Durchschlages unterschieden werden:		Der Mechanismus des elektrischen Durchschlages in festen Dielektrika ist bis heute theoretisch nur schlecht verstanden. Generell werden zwei Stadien des elektrischen Durchschlages unterschieden. Das durchschlagvorbereitete Stadium, in dem der Kunststoff seine elektrische Festigkeit verliert, und das Stadium, in dem der Kunststoff zerstört und der Durchschlag vollendet wird [3, 4]. Weiter können je nach Mechanismus drei Grundformen des elektrischen Durchschlages unterschieden werden:

	* der rein elektrische Durchschlag (Felddurchschlag, innerer Durchschlag),		* der rein elektrische Durchschlag (Felddurchschlag, innerer Durchschlag),
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	* der Langzeitdurchschlag (teilladungsinduzierter Durchschlag, elektrische Alterung)		* der Langzeitdurchschlag (teilladungsinduzierter Durchschlag, elektrische Alterung)

			==Ermittlung der Durchschlagfestigkeit==

			Zur Prüfung wird der Isolationswerkstoff zwischen zwei Elektroden geklemmt, an die eine elektrische Spannung angelegt wird. Während des Versuches wird die angelegte Spannung kontinuierlich erhöht, bis die Durchschlagfestigkeit erreicht ist [5, 6]. Dabei erwärmt sich der Prüfkörper zwischen den Elektroden aufgrund der Kürze der Prüfzeit nur geringfügig. Die schnell ansteigende elektrische Feldstärke verändert den Isolator kurz vor dem Durchschlag durch die Ausbildung eines mehr oder weniger verästelten Durchschlagkanalsystems in seiner Struktur, woraus eine irreversible Schädigung des Werkstoffes folgt, welche den Durchschlag ermöglicht.

			Die elektrische Durchschlagfestigkeit ist eine materialspezifische Eigenschaft. Neben der chemischen Struktur des [[Kunststoffe]]s ist sie stark von der Dicke des [[Prüfkörper]]s, der Art der Spannungsbeanspruchung und den Umgebungsbedingungen abhängig.

	==Werkstoffkenngröße Durchschlagfestigkeit==		==Werkstoffkenngröße Durchschlagfestigkeit==

	Die [[~~Kenngröße~~]], die das Verhalten eines polymeren Isolierstoffes hinsichtlich elektrischer Spannungsbeanspruchungen charakterisiert, ist die elektrische		Die [[Werkstoffkenngröße]], die das Verhalten eines polymeren Isolierstoffes hinsichtlich elektrischer Spannungsbeanspruchungen charakterisiert, ist die elektrische
	'''[[Durchschlagfestigkeit]] E<sub>d</sub>'''		'''Durchschlagfestigkeit E<sub>d</sub>'''
	{\|		{\|
	\|-		\|-
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	\|}		\|}

	wobei d der kleinste Abstand zwischen den Elektroden ist und auch als Schlagweite bezeichnet wird. Die elektrische Durchschlagfestigkeit ist keine Materialkonstante. Neben der chemischen Struktur des Kunststoffes ist sie stark von der Dicke des Prüfkörpers, der Art der Spannungsbeanspruchung und den Umgebungsbedingungen abhängig.		wobei d der kleinste Abstand zwischen den Elektroden ist und auch als Schlagweite bezeichnet wird. Die elektrische Durchschlagfestigkeit ist keine Materialkonstante. Neben der chemischen Struktur des Kunststoffes ist sie stark von der Dicke des Prüfkörpers, der Art und Weise der Spannungsbeanspruchung und den Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Feuchte abhängig. Sie stellt die elektrische Feldstärke dar, bei der die Leitfähigkeit eines Isoliermaterials um mehrere Größenordnungen ansteigt.

	==Kennwerte der Durchschlagfestigkeit für Kunststoffe==		==Kennwerte der Durchschlagfestigkeit für Kunststoffe==

	Als Beispiel sind in der Tabelle Kurzzeitwerte der [[Durchschlagfestigkeit]] für ausgewählte [[Kunststoffe]] zusammengestellt.		Als Beispiel sind in der Tabelle Kurzzeitwerte der Durchschlagfestigkeit für ausgewählte [[Kunststoffe]] zusammengestellt.

	{\| border="1px" style="border-collapse:collapse"		{\| border="1px" style="border-collapse:collapse"
	\|+ '''Tabelle''': Kurzzeitwerte der [[Durchschlagfestigkeit]] für ausgewählte Kunststoffe [4] bei T = 23 °C		\|+ '''Tabelle 1''': Kurzzeitwerte der Durchschlagfestigkeit für ausgewählte Kunststoffe [4] bei T = 23 °C
	!! style="width:260px; background:#DCDCDC" \| Kunststoff Folien, Dicke 40 <math>\mu</math>m		!! style="width:260px; background:#DCDCDC" \| Kunststoff Folien, Dicke 40 <math>\mu</math>m
	!! style="width:160px; background:#DCDCDC" \| E<sub>d</sub> (kV mm<sup>-1</sup>)		!! style="width:160px; background:#DCDCDC" \| E<sub>d</sub> (kV mm<sup>-1</sup>)
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	\|PE, Dicke 1 mm		\|PE, Dicke 1 mm
	\|style="text-align:center"\|≈ 40		\|style="text-align:center"\|≈ 40
			\|}

			==Gerätesystem zur Messung von Kennwerten==

			Die elektrischen Kennwerte Durchschlagfestigkeit sowie der Durchgangswiderstand werden mit einem Durchschlagtester bzw. mit einem hochohmigen Widerstandsmessgerät mit angeschlossenem Messkondensator bestimmt ('''Bild 1''').

			[[Datei:Elek_Durchschlagfestigkeit-1.jpg\|450px]]
			{\|
			\|- valign="top"
			\|width="50px"\|'''Bild 1''':
			\|width="600px"\|Hochspannungsprüfgerät RMG 15 AC mit Elektrodenanordnung und Prüfkäfig der Fa. Cooper Bussmann, Wuppertal
	\|}		\|}

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	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[2]		\|[2]
			\|Carlowitz, B.: Tabellarische Übersicht über die Prüfung von Kunststoffen. Giesel Verlag für Publizität, Isernhagen (1992) (ISBN 978-3-980-29420-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter C 9)
			\|-valign="top"
			\|[3]
	\|Ku, C. C., Liepins, R.: Electrical Properties of Polymers. Carl Hanser Verlag, München Wien (1987) (ISBN 978-0-521-55219-6)		\|Ku, C. C., Liepins, R.: Electrical Properties of Polymers. Carl Hanser Verlag, München Wien (1987) (ISBN 978-0-521-55219-6)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[3]		\|[4]
	\|Whitehead, S.: Dielectric Breakdown of Solids. Clarendon Press, Oxford (1953)		\|Whitehead, S.: Dielectric Breakdown of Solids. Clarendon Press, Oxford (1953)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[4]		\|[5]
	\|~~Carlowitz, B.~~: ~~Tabellarische Übersicht über die Prüfung~~ von ~~Kunststoffen. Giesel Verlag für Publizität, Isernhagen~~ (~~1992~~) ~~(ISBN 978~~-3-~~980~~-~~29420~~-~~1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter C 9~~)		\|DIN EN 60243-1 (2014-01): Elektrische Durchschlagfestigkeit von isolierenden Werkstoffen – Prüfverfahren – Teil 1: Prüfungen bei technischen Frequenzen (IEC 60243-1:2013)
			\|-valign="top"
			\|[6]
			\|DIN EN 60243-2 (2014-08): Elektrische Durchschlagfestigkeit von isolierenden Werkstoffen – Prüfverfahren – Teil 2: Zusätzliche Anforderungen für Prüfung mit Gleichspannung (IEC 60243-2:2013)
	\|}		\|}

	[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]		[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]
	[[Kategorie:Folienprüfung]]		[[Kategorie:Folienprüfung]]

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{{PSM_Infobox}}
Elektrische Festigkeit
__FORCETOC__
==Allgemeine Grundlagen==
Ein polymeres Isolationsmaterial kann dem Einfluss einer hohen Spannung nicht unbegrenzt widerstehen. Bei einer bestimmten Spannung oder nach einer gewissen Zeit nach dem Anlegen einer hohen Spannung verliert es seine isolierenden Eigenschaften irreversibel. Dies ist mit einer strukturellen Schädigung des [[Kunststoffe]]s verbunden. Wird die an einem [[Prüfkörper]] anliegende Spannung kontinuierlich erhöht, steigt der Stromfluss zunächst proportional, dann nichtlinear, um schließlich beim Erreichen einer bestimmten Spannung extrem stark anzusteigen. Diese Spannung wird als '''Durchschlagspannung Ud''' bezeichnet. Die Leitfähigkeit erhöht sich um viele Größenordnungen und der [[Kunststoffe|Kunststoff]] verliert unter Funken- und Lichtbogenbildung seine isolierenden Eigenschaften. Dieses Verhalten wird als elektrischer Durchschlag bezeichnet. Ein analoges Phänomen wird beobachtet, wenn eine genügend hohe Spannnung eine hinreichend lange Zeit am Prüfkörper anliegt [1].

==Grundlagen des elektrischen Durchschlages==

Der Mechanismus des elektrischen Durchschlages in festen Dielektrika ist bis heute theoretisch nur schlecht verstanden. Generell werden zwei Stadien des elektrischen Durchschlages unterschieden. Das durchschlagvorbereitete Stadium, in dem der Kunststoff seine elektrische Festigkeit verliert, und das Stadium, in dem der Kunststoff zerstört und der Durchschlag vollendet wird [2, 3]. Weiter können je nach Mechanismus drei Grundformen des elektrischen Durchschlages unterschieden werden:

* der rein elektrische Durchschlag (Felddurchschlag, innerer Durchschlag),
* der Wärme- oder thermische Durchschlag und
* der Langzeitdurchschlag (teilladungsinduzierter Durchschlag, elektrische Alterung)

==Werkstoffkenngröße Durchschlagfestigkeit==

Die [[Kenngröße]], die das Verhalten eines polymeren Isolierstoffes hinsichtlich elektrischer Spannungsbeanspruchungen charakterisiert, ist die elektrische
'''[[Durchschlagfestigkeit]] Ed'''
{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>E_d\,=\,\frac{U_d}{d}</math>,
|}

wobei d der kleinste Abstand zwischen den Elektroden ist und auch als Schlagweite bezeichnet wird. Die elektrische Durchschlagfestigkeit ist keine Materialkonstante. Neben der chemischen Struktur des Kunststoffes ist sie stark von der Dicke des Prüfkörpers, der Art der Spannungsbeanspruchung und den Umgebungsbedingungen abhängig.

==Kennwerte der Durchschlagfestigkeit für Kunststoffe==

Als Beispiel sind in der Tabelle Kurzzeitwerte der [[Durchschlagfestigkeit]] für ausgewählte [[Kunststoffe]] zusammengestellt.

{| border="1px" style="border-collapse:collapse"
|+ '''Tabelle''': Kurzzeitwerte der [[Durchschlagfestigkeit]] für ausgewählte Kunststoffe [4] bei T = 23 °C
!! style="width:260px; background:#DCDCDC" | Kunststoff Folien, Dicke 40 <math>\mu</math>m
!! style="width:160px; background:#DCDCDC" | Ed (kV mm-1)
|-
|PP
|style="text-align:center"|≈ 200
|-
|Polyester
|style="text-align:center"|≈ 160
|-
|PC
|style="text-align:center"|≈ 150
|-
|Cellulose – Acetobutyrat
|style="text-align:center"|≈ 130
|-
|Cellulose – Triacetat
|style="text-align:center"|≈ 120
|-
|PE
|style="text-align:center"|≈ 110
|-
|PE, Dicke 1 mm
|style="text-align:center"|≈ 40
|}

'''Literaturhinweise'''

{|
|-valign="top"
|[1]
|Schönhals, A.: Elektrische und Dielektrische Eigenschaften. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 357ff (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|-valign="top"
|[2]
|Ku, C. C., Liepins, R.: Electrical Properties of Polymers. Carl Hanser Verlag, München Wien (1987) (ISBN 978-0-521-55219-6)
|-valign="top"
|[3]
|Whitehead, S.: Dielectric Breakdown of Solids. Clarendon Press, Oxford (1953)
|-valign="top"
|[4]
|Carlowitz, B.: Tabellarische Übersicht über die Prüfung von Kunststoffen. Giesel Verlag für Publizität, Isernhagen (1992) (ISBN 978-3-980-29420-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter C 9)
|}

[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]
[[Kategorie:Folienprüfung]]