7 Geschichtete Dielektrika - Fachgebiet Hochspannungstechnik

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

7 GESCHICHTETE DIELEKTRIKA Seite 8 D D ε = ε 1 r1 2 r2 Obwohl die elektrische Feldstärke überall gleich groß ist, verhält sich diese Anordnung in der Regel schlechter als eine solche mit homogenem Dielektrikum. Das heißt, dass z.B. die Überschlagspannung eines glatten Stützers in Luft geringer ist als die Durchschlagspannung derselben Elektrodenanordnung frei in Luft (ohne den dazwischenliegenden festen Isolierstoff). Dafür sind im Wesentlichen drei Ursachen zu nennen: - Auf Isolierstoffoberflächen werden häufig zusätzliche freie Ladungsträger bereitgestellt, beispielsweise durch eine nur schwache Bindung von Elektronen nahe der Isolierstoffoberfläche (Störstellen). Diese begünstigen den Durchschlag der umgebenden Luft. - Auf Isolierstoffoberflächen lagern sich häufig schwach leitfähige Schichten an, die zu Potentialverschiebungen und Feldverzerrungen führen. Diese können einen Überschlag auslösen (Fremdschichtüberschlag). - Auch eine makroskopisch glatte Isolierstoffoberfläche ist im mikroskopisch kleinen Bereich nicht wirklich glatt. Oberflächenrauhigkeiten führen dazu, dass doch Feldlinien den Isolierstoff schneiden. Die resultierenden Feldverdrängungen in die umgebende Luft setzen die Überschlagspannung herab. Längsgrenzflächen (bzw. tangential beanspruchte Grenzflächen) stellen daher Schwachstellen einer Isolierung dar und sollten möglichst vermieden werden. Das folgende Bild zeigt Beispiele für (Modell!)-Anordnungen, in denen ausschließlich Längsgrenzflächen auftreten. Modellanordnungen mit Längsgrenzflächen mit a) homogenem und b) inhomogenem Randfeld 7.4 Schräg geschichtetes Dielektrikum Im allgemeinen Fall liegen keine ausschließlich quer oder längs geschichteten Dielektrika vor, sondern die Feldlinien schneiden die Grenzflächen schräg. Feld- und auch Äquipotentiallinien treten mit unterschiedlichen Winkeln in die Grenzfläche ein und wieder aus ihr aus, Fachgebiet Hochspannungstechnik Hochspannungstechnik Prof. Dr.-Ing. Volker Hinrichsen WS 09/10 + SS 10 (1)
7 GESCHICHTETE DIELEKTRIKA Seite 9 erfahren an den Grenzflächen also eine Brechung. Die Verhältnisse sind in dem nächsten Bild dargestellt. Aus den in Abschnitt 7.1 hergeleiteten Stetigkeitsbedingungen für die Tangentialkomponente der elektrischen Feldstärke und die Normalkomponente der elektrischen Verschiebungsdichte und deren Division ergibt sich: Et1 = Et2 Dn1 = Dn2 bzw. ε0·εr1·En1 = ε0·εr2·En2 Et1 E t2 = ε ⋅ε ⋅E ε ⋅ε ⋅E 0 r1 n1 0 r2 n2 Das Verhältnis von Tangential- zu Normalkomponente ist gleich dem Tangens des vom Feldvektor und der Flächennormalen eingeschlossenen Winkels, so dass folgt: tan α tan α 1 2 ε = ε r1 r2 Dielektrikum 1, ε r1 E t2 Diese Beziehung wird als das Brechungsgesetz für die elektrischen Feldlinien und die dazu senkrecht stehenden Äquipotentiallinien bezeichnet. Aus dem Brechungsgesetz folgt: E 2 Dielektrikum 2, ε r2 Verhältnisse im schräg geschichteten Dielektrikum - Feldlinien (E, D) werden beim Übergang in ein Dielektrikum mit größerer relativer Dielektrizitätszahl von der Normalen weg, also zur Grenzfläche hin gebrochen. - Äquipotentiallinien (φ = const.) werden beim Übergang in ein Dielektrikum mit größerer relativer Dielektrizitätszahl zur Normalen hin, also von der Grenzfläche weg gebrochen. E t1 E n1 Fachgebiet Hochspannungstechnik Hochspannungstechnik Prof. Dr.-Ing. Volker Hinrichsen WS 09/10 + SS 10 α 2 α 1 E n2 E 1
Seite 1 und 2: 7 GESCHICHTETE DIELEKTRIKA Seite 1
Seite 7: 7 GESCHICHTETE DIELEKTRIKA Seite 7

7 Geschichtete Dielektrika - Fachgebiet Hochspannungstechnik

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?