Probleme des elektrischen Durchschlags

EUGEN FLEGLER
Probleme
des elektrischen Durchschlags
WESTDEUTSCHER VERLAG· KÖLN UND OPLADEN
1
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Inhalt
Ettgen l;!eg!er, Aachen
Probleme des elektrischen Durchschlags
1.
Der Durchschlagvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.
Die Townsendsche Durchschlagtheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2.1
Der Durchschlag im homogenen elektrischen Feld . . . . . . . . .
12
2.1.1 Die Entwicklung des Entladungsvorgangs bei einmaliger Auslösung von Anfangselektronen .......................... · 12
2.1.2 Der Verlauf des Entladungsvorgangs bei ständiger Auslösung
von Anfangselektronen (bei gleichbleibendem Anfangstrom /o) 17
2.1.3 Einwände gegen die Townsendsche Theorie . . . . . . . . . . . . . .
25
2.1.4 Der Durchschlagvorgang bei Berücksichtigung der durch die
Ionisierungsvorgänge entstandenen Raumladungen und der
leichter ionisierbaren Teilchen mit begrenzter Lebensdauer .
28
2.2
Der Durchschlag im inhomogenen elektrischen Feld . . . . . . .
31
3.
Der Einfluß der Spannungsform auf die Durchschlagspannung
37
3.1
Prüfung mit Stoßspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
3.1.1 Stoßspannungen mit unterschiedlicher Stirnzeit . . . . . . . . . . . .
41
3.1.2 Stoßspannungen mit unterschiedlicher Rückenhalbwertszeit . .
50
3.1.3 Stoßspannungen mit unterschiedlichem Scheitelwert . . . . . . .
54
Prüfung mit Mischspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
3.2.1 Mischspannungen mit einem Gleichanteil und einem sinusförmigcn Wechselanteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
3.2
Inhalt
6
3.2.2 Mischspannungen aus einer sinusförmigen Wechselspannung
hoher Frequenz und einer Stoßspannung . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
3.2.3 Mischspannungen aus einer Gleichspannung und einer Stoßspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
Literaturverzeichnis
90
Verzeichnis der Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
Summary....................................................
96
Resume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
Diskussionsbeiträge
Professor Dr. phil. nat. Henrims P.J. Wijn; Professor Dr.-Ing. Eugen
Flegler; Staatssekretär Professor Dr. h. c., Dr.-Ing. E. h. Lco Brandt;
Regierungsdirektor Dr.-Ing. TValtcr Claußnitzer. . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
1. Der Durchschlagvorgang
Legt man an einen festen, flüssigen oder gasförmigen Isolierstoff eine mit
der Zeit anwachsende Spannung, so tritt bei einer bestimmten, von verschiedenen Einflüssen abhängigen Spannung der »elektrische Durchschlag«
ein. Damit ist gemeint, daß der Körper sein ursprüngliches Isoliervermögen
verliert und - zum mindesten teilweise oder für eine kurze Zeit - zu einem
guten elektrischen Leiter wird. Wie nun diese Entwicklung vom Isolator,
richtiger gesagt, von einem sehr schlechten elektrischen Leiter zu einem
guten Leiter vor sich geht, ist noch keineswegs vollständig geklärt. Es ergeben sich auch grundsätzliche Unterschiede, je nach dem Aggregatzustand
und der Form des Isolierkörpers.
Bei einem festen Isolierstoff bedeutet der Durchschlag, daß sich durch den
Körper eine bleibende Bahn mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit ausbildet. Diese Bahn führt den Durchschlag-Strom. Wird durch Abschalten
der angelegten Spannung der Strom unterbrochen, so bleibt die Bahn erhalten, der Körper hat also endgültig sein früheres Isoliervermögen verloren.
Gase können sich nach Unterbrechung des Durchschlag-Stromes wieder
völlig regenerieren, so daß sich bei erneutem Anlegen der Spannung erst bei
Erreichen der vorherigen Durchschlagspannung wieder eine elektrisch
leitende Strecke ausbildet. Die Entwicklung zum Durchschlag hängt hier
noch sehr stark davon ab, ob das Gas einem angenähert homogenen oder
einem stark inhomogenen elektrischen Feld ausgesetzt wird.
Flüssigkeiten verhalten sich ähnlich wie Gase, vielfach ist bei ihnen jedoch
die Wiederherstellung des Isoliervermögens nicht so vollständig wie bei
Gasen.
Wie sich im Verlaufe eines Durchschlagvorgangs der Strom in dem ursprünglichen Isolierstoff ausbildet, hängt nicht nur von diesem und der Form
des elektrischen Feldes ab, sondern auch von dem Stromkreis, über den die
elektrische Energie für den Durchschlagvorgang geliefert wird. Die einfachste Form eines solchen Stromkreises zeigt Abb. 1. Er besteht aus der
Energiequelle, angedeutet durch ihre beiden Klemmen A und B mit der
Klemmenspannung us, dem Isolierkörper, an dem die Spannung up liegt,