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Seite 1 von 13 Allgemeines Allgemeines Widerstand Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Ausgabe 21. Februar 2006 Zweck der Isolierstoffe Isolierstoffe dienen vornehmlich folgenden Zwecken Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Wärme Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn 1. Isolation spannungsführender Teile gegenüber der Umgebung. 2. Isolation zwischen spannungsführenden Teilen. 3. Isolierte Befestigung und Durchführung spannungsführender Teile. 4. Unterbrechen des Stromflusses beim Öffnen von Stromkreisen. Seite 2 von 13 Allgemeines Allgemeines Widerstand Durchschlag Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Unterscheidung der Isolierstoffe Der Stromfluss zwischen Teilen mit ungleicher Spannung soll möglichst klein sein. Man unterscheidet bei den isolierstoffen zwischen: Krichstrom 1. Festen Isolierstoffen Dielektrikum 2. Flüssigen Isolierstoffen 3. Gasförmigen Isolierstoffen Wärme Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Ausgabe 21. Februar 2006 Bei den festen Isolierstoffen ist die mechanische Eigenschaft wichtig, da diese bei den Konstruktionen berücksichtigt werden müssen. Seite 3 von 13 Allgemeines Allgemeines Widerstand Durchschlag Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Kenngrössen der Isolierstoffe Der Stromfluss zwischen Teilen mit ungleicher Spannung soll möglichst klein sein. Man unterscheidet bei den Isolierstoffen zwischen: Krichstrom 1. Isolationswiderstand Dielektrikum 2. Durchschlagspannung 3. Durchschlagfestigkeit Wärme 4. Dielektrizitätskonstante Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Ausgabe 21. Februar 2006 5. Wärmebeständigkeit Seite 4 von 13 Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Allgemeines Widerstand Widerstand Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Wärme Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Isolationswiderstand Der Isolationswiderstand wird an einem Würfel von 1cm Kantenlänge gemessen. Der daraus resultierende spezifische Widerstand wird in Ohm *cm angegeben. Ausgabe 21. Februar 2006 Seite 5 von 13 Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Ausgabe 21. Februar 2006 Allgemeines Widerstand Durchschlag Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Wärme Beispiele Linkliste Datenblattsammlung Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Durchschlagfestigkeit (IEC 243) Die Durchschlagfestigkeit ist die Festigkeit von Isolierwerkstoffen gegen Hochspannung. Der Kennwert ist der Quotient aus der Spannung und der Probenkörperdicke (Maßeinheit kV/mm). Seite 6 von 13 Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Ausgabe 21. Februar 2006 Allgemeines Widerstand Durchschlag Krichstrom Krichstrom Dielektrikum Wärme Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Ein Kriechstrom kann entstehen, wenn sich auf einer Oberfläche Schmutz ansammelt oder das Material Feuchtigkeit aufnimmt.Abhilfe schafft ein Lackieren oder Vergiessen mit Silikon oder Epoxyharz. Seite 7 von 13 Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Ausgabe 21. Februar 2006 Allgemeines Widerstand Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Dielektrikum Wärme Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Jeder Isolator ist ein Dielektrikum. Da in einem Isolator die Ladungsträger nicht frei beweglich sind, werden sie durch ein äußeres elektrisches Feld polarisiert. Dabei wird zwischen zwei Arten der Polarisation unterschieden: Verschiebungspolarisation Elektrische Dipole werden induziert, d. h. Dipole entstehen durch geringe Ladungsverschiebung in den Atomen oder Molekülen. Der Effekt kann mit Hilfe der Clausius-MossottiGleichung beschrieben werden. Orientierungspolarisation Ausrichtung der ungeordneten, permanenten Dipole eines Isolators im elektrischen Feld gegen ihre thermische Bewegung. Der Effekt kann mit der Debye-Gleichung beschrieben werden. Seite 8 von 13 Allgemeines Widerstand Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Die Kapazität (C in [F], Farad) eines Kondensators hängt im wesentlichen vom verwendeten Dielektrikum , der Plattenfläche A und dem Abstand d der Platten zueinander ab, für einen Plattenkondensator gilt: Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Dielektrikum Wärme Beispiele Animationen Kondensator mit und ohne Dielektrikum Einfluss der Polarisation Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Ausgabe 21. Februar 2006 C 0 r A [F ] d Je höher die Dielektrizitätszahl ist, desto mehr Energie kann in dem elektrischem Feld zwischen den Platten eines Kondensators gespeichert werden. Eine weitere charakteristische Größe eines Dielektrikums ist dessen Durchschlagsfestigkeit, d. h. ab welcher Spannung das Dielektrikum seine Isolationseigenschaften verliert und es zu Überschlägen zwischen den Kondensatorplatten kommt. Der Isolator zwischen den Leitern eines Koaxialkabels wird ebenfalls als Dielektrikum bezeichnet und bestimmt wesentlich die Eigenschaften der Leitung. Außerdem wird ein Dielektrikum bei Funkenerosionsmaschinen verwendet. In diesem Fall ist es eine Flüssigkeit, die verhindert, dass die Funken der Elektrode zu weit überspringen. Seite 9 von 13 Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Ausgabe 21. Februar 2006 Allgemeines Widerstand Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Wärme Wärme Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Wärmebeständig bis zu einer bestimmten Temperatur ist ein Stoff, wenn sich dabei seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften nicht in einer dem Vewendungszweck nachteiligen Weise ändert. Für die höchstzulässige Erwärmung sind nach IEC sieben Klassen vorgesehen. Diese sind: Klasse nach VKF Klasse nach IEC Höchszulässige Temperatur °C Beispiele Y 90 Baumwolle, Papier ungetränkt A 105 Baumwolle, Papier imprägniert E 120 Hartpapier mit Phenolharz B 130 Pressmassen, Melamin, Phenol F 155 Glimmer mit organischen Trägern H 180 Glimmer mit anorganischen Trägern C >180 Glimmer, Quarz, Porzellan Seite 10 von 13 Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Ausgabe 21. Februar 2006 Allgemeines Material Zulässige Temperatur [°C] Dichte [kg/dm3] Durchschlagsfestigkeit [kV/mm] Dielektrizitätskonstante Glimmer (roh) <600 2,6 ... 3,2 30 ... 50 5 ... 8 Gummi (weich) <50 1 ... 1,2 10 ... 20 3 ... 5 1,29 2,1 1 Widerstand Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Wärme Wärme Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Luft (ruhend) Polystyrol <70 100 2,6 PVC (Polyvinylchlorid) <60 50 ... 60 3 ... 6 Porzellan <160 2,3 ... 2,8 20 ... 30 5 ... 6 Steatit <200 2,6 ... 2,8 30 ... 45 5 ... 6 Seite 11 von 13 Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Ausgabe 21. Februar 2006 Allgemeines Widerstand Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Wärme Beispiele Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Lusterklemmen Material Polyamid Seite 12 von 13 Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Allgemeines Widerstand Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Kabel Wärme Beispiele Beispiele Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn Ausgabe 21. Februar 2006 Seite 13 von 13 Werkstoffe der Elektrotechnik 23. Isoliermaterialien Grundlagen Ausgabe 21. Februar 2006 Allgemeines Widerstand Durchschlag Krichstrom Dielektrikum Wärme Beispiele Beispiele Transformatoren Hans-Rudolf Niederberger Vordergut 8772 Nidfurn
