null

ZUM DURCH- UND ÜBERSCHLAG
VON SF 6 -ISOLIERUNGEN*
Von
W.
MOSCH
Bei Luftisolierungen unter atmosphärischen Bedingungen herrscht das
stark inhomogene elektrische Feld vor. Daraus resultieren große geometrische
Abmessungen. Es besteht eine sehr intensive Wechsehvirkung mit der Umwelt
(großer Raumbedarf beeinträchtigt das Landschaftsbild - klimatische und
Schmutzeinflüsse beeinträchtigen das Isoliervermögen).
Daraus resultiert eine große Aufgabe für die Zukunft: wir müssen umweltfreundlicher gestalten, d. h. kleiner Raumbedarf (schwach inhomogene
Felder) und Kapselung von der Atmosphäre. Wenn schon Kapselung, dann
auch Luft ersetzen durch Gas höherer elektrischer Festigkeit und Anwend ung höherer Drücke.
In der DDR erfolgen seit etwa 5 Jahren Arbeiten auf diesem Gebiet,
Grundlagenforschung hinsichtlich Isolierfragen am Hochspannungslahoratorium der Sektion ET an der TU Dresden.
Daraus einige Prohleme:
1. Berechnung der Durchschlagspannung von Elektrodenanordnungen
mit schwach inhomogenem Feld im SF6
2. Üherschlag längs Grenzflächen im SF 6
3. Einfluß von Teilchen
4. Schlußfolgerungen.
1. Berechnung der Durchschlagspannnng von Elektrodenanordnungen
mit schwach inhomogenem Feld im SF 6
LI. Homogenitätsgrad; Grenz-Homogenität
Was heißt schwach inhomogenes Feld, was heißt stark inhomogenes
Feld?
"Vortrag anläßlich des 25jährigen Jubiläums der Fakultät Elektrotechnik an der
Technischen Universität Budapest.
w.
268
"IOseR
Beurteilung mit Hilfe des Homogenitätsgrades (Ausnutzungsgrades)
wie ihn Schwai:,;er definiert hat:
=
f
(Geometrie).
Stark inhomogenes Feld (kleine \Verte vonii): Yor dem Durchschlag
treten stabile Teilentladungen auf (Raumladungen). die den Feldyerlauf
und damit die Durchschlagspannung maßgehend heeinflussen.
o,~
'tJ
tJ
~
tl)
. i
Anordnungen ohne stabile i
Teifentladungen
;
~
0,3
V)
~
·ccu
0}
0
~
~
0,2
Tei/entladungsgrenze
L -_ _-'--_ _-'--'--_....l-_ _- ' -_ _....J! 1] = 7lt
0,1
5 al Druck p
2
0
3
Fig. 1
Sclnn:ch inhomogenes Feld (große Werte YOl1ii): Der Durchschlag erfolgt
aus Lawincllprozessell (Gellcrationsmcchanismus) oder sohald die Elektronenbwinc eine kritische Größe (nie ~. 108 Ladungsträger) erreicht hat und in die
S treamerelltladung umschlägt.
Im SF G liegt die Grenze für den Homogenitätsgrad, je nach dem Druck
zwischen fit
OA his 0,1 (Ahh. 1). Wir wollen uns auf solche Anordnungen
heschränken, bei denen vor dem Durchschlag keine stahilen Teilentladungen
auftreten. TE dürfen im SF ß sowieso nicht zugelassen "werdcn, da die Gefahr
der Zersetzung des SF 6 hesteht.
1.2. Berechnung der Durclzschlagspannung
Sobald die Spannung U gleich der Anfangspannung U a ist, erfolgt der
Durchschlag. Das ist der Fall, wenn die Feldstärke eine kritische Größe erl"F'icht. wir wollen diese kritische Größe zunächst ganz allgemein elektrische
Festigkeit E d nennen.
Es gilt also
1.3. Innere elektrische Festigkeit
Wir gehen von den Elementarprozessen Stoßionisation (Stoßionisationskoeffizienten Cl:i) und Anlagerung (Anlagerungskoeffizienten 1);) aus. Nur
wenn pro Zeiteinheit mehr Ionisationen als Anlagerungen erfolgen, ist ein
Dnrchachlag überhaupt möglich. Es muß also
sein (Abh. 2).
_1_
em,ar Druck 0~
1250
bei 20 q
1000
750
I
I
1/,
I
I
,
Y
I
I
I
I
t--zL-~1
I
'
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I
I
L
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I
I
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V
I
I
I
I
\rc<-~I
I
20
40
IL
60
,
j
Li
V
I
I
J,
V
/
I
1
100
80
be.zpgene Feldstärke
120 f/p
Fig.2
Im SF 6 ist dies bei Ep = 89 kV,cm . at der Fall: bei einem Druck yon
1 at also, wenn die Feldstärke gerade 89 kVjcm erreicht.
Die Feldstärke
wollen "wir als innere elektrische Festigkeit des Gases SF 6 bezeichnen. Sie
bildet die Grundlage für alle weiteren Berechnungen.
1.4. Kritische Wegstrecke
Diese Vorstellung reicht noch nicht aus. Die Feldstärke E di darf nämlich
nicht nur in einem Punkt, sondern muß in einem bestimmten Gebiet herrschen,
damit sich nicht kritische Elektronenlawinen ausbilden können (Abb. 3).
Wenn in dem Gebiet von x = 0 bis x = Xli mindestens die Feldstärke
E di herrschen soll, dann muß die Feldstärke an der stärker gekrümmten Elek-
w..\raSCH
270
trode eines inhomogenen Feldes (Eh] bzw. Ehzje nach dem Radius der Elektrode
und der Schlagweite ) einen höheren Wert besitzen, den wir DurchschlagHöchstfeldstärke E dh nennen wollen.
1.5. Durchschlaghächstfeldstärke
Wie groß ist der Wert von E dh , der zum Durchschlag führt?
Auf alle Fälle gilt: E dh > E di •
----- .... ,
Elektrode 1
\
[r(x)
\
x
Elektrode 2
[z(x)
x
Durchsch(agbedingungen:
~--+-------[h1= [drl
~__+ - - - - - - - E h 2 = [dr2
'1---"'........::-------,EI<.j= E,t
[z(x)
[iM
o
x
Fig. 3
Wir wollen eine bezogene Größe einführen:
e· =
11
und wissen natürlich, daß
Feldverlauf, abhängt.
eh
E
di
vom Radius und der Schlagweite, allgemein vom
1.6. Durchschlagbedingung
Wie schon gesagt, erfolgt der Durchschlag, wenn eine Streamerentladung
einsetzt, d. h. wenn n;; ~ lOS Ladungsträger vorhanden sind, d. h. wenn
XI;
J (:Xi -1li) dx =
o
ist.
In nk ~'" 20
271
Die Abhängigkeit (Xi - 1/i) = j(Elp) haben wir auch schon kennen gelernt (Abb. 2) und wenn wir den Feldverlauf auch kennen oder - bei Anordnungen, bei denen eine geschlossene Lösung der Laplace-Gleichung nicht möglich ist - approximieren, erhalten wir eine Gleichung, die wir auf numerischem
Wege nach eh auflösen können. Im Zylinderfeld zeigt z. B. Abb. 4 eh abhängig
vom Radius Ti des Innenleiters. Die Abhängigkeit von der Schlagv,,-eite ist
1,5 , - - - - - - - , - - - - - - r - - - - - - - ,
Druck bei 20
p
1,0 at
1,5
2,5
4,0
1,0
Il ____________~__=:~:::::E~~§§§§~~
l
0,1
10
1,0
100 cm
! n n e n ro j i U S l"i
Fig.4
ebenso berechenbar, jedoch braucht das nicht beachtet zu werden, wenn die
Schlagweite s "wensentlich größer als die kritische Wegstrecke XI: ist. Zum
Beispiel wenn bei Ti = 3 cm und p
2,5 at, S }> 4 mm ist.
Wir können also rechnen:
Tatsächlich stimmen die nach dieser Beziehung berechneten Durchschlagspannungen gut mit experimentell ermittelten \\'erten überein, ,\-eun !nsn
»klinische Bediugungeu« anwendet. Zum Beispiel peinlich auf hochglanz
polierte Elektroden achtet, keine sehr großen Elektrodenflächen (<;;; 10 cm2 )
heansprucht und die Zeit der Spannullg3heanspruchung keine extremen
,Verte (10 ms
t
100 s) annimmt. Solche Bedingungen sind I1atül'~ich
konstruktiv und technologisch nicllt zu realisieren.
272
W. JIOSeH
Wir müssen also herausfinden, welche Einflußfaktoren von wesentlicher
Bedeutung sind.
1. 7. Rauheit der Elektroden (Mikrogeometrie)
Dieser Einfluß ist sehr wichtig, er dominiert gegenüber den anderen.
Hier sind wir nur experimentell weitergekommen. Wir haben einen
RcuhciLsfaktor eJ definiert, den wir genau so behandeln "wie den Faktor eil'
1,0
c....
0,9
"-
0,8
Druck
P200C
Q)
0,5 at
0
<.J
tI
0,7
1,0
c....
tJ)
f[d~
0,6
_ [d _ Pt z"7
ef- [di- r:~ .p
Q)
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::J
Cl
0,5
1,5
2,5
c::c
4,0
0,4
0,3
0,2
0,01
0,1
1,0
10
100
1000 pm
!1iilenrauhwerl OR
Fig . .5
Es gilt also
(; \\urae hier aber experimentell aus Yielen Messungen der DurchschlagspanlCCUg bestimmt (Abn . 5).
\\'ichtige Erkenntnis für die Pl'axis ist hier schon, daß eJ und damit Ud
lll~,SO mehr absinken, je höher der Druck ist. Bei einer Oberflächenrauheit von
:25(; .um ist z. B. bei I at ej:8.o; 0,7, hei 4 at aber nur ej"'8 0,5.
1.8. Elektrodenfliiche, Beanspruclwngs;;;eit
"\'leitaus schwieriger zu hehandeln ist der Einfluß von Elektrodenfläche
lmd Beanspruchungszeit, 'I'eil man hier nicht mehr deterministisch vorgehen
kann, sondern den stochastischen Charakter der Durchschlagprozesse he achten
muß.
273
Erste Aufgabe ist es dabei, empirisch ermittelte Meßwerte z. B. der
elektrischen Festigkeit, durch eine theoretische Verteilungsfunktion zu approximieren. Bisher wurden in unserem Labor über 40 000 Durchschlagyersuche
durchgeführt und alle Meßreihen sorgfältig am Digitalrechner nach statistischen Gesichtspunkten ausgewertet. Bei genügend groß ge·wähltem Stichprobenumfang (m
500) zeigt sich (Abb. 6), daß bei den hinsichtlich der
Stehspannungen hesonders interessanten kleinen Durchschlagwahrscheinlichkeiten, die Verteilungsfunktion nur höchst fehlerhaft durch eine N ormalverteilung angenähert werden kann.
>
0~9'-----------~~-'I--~'I-Ti-'
koaxiale Zylinder
i
'
ra=. 20
, cm; ri= 06'
, cml
Q.
0,95
.-:: 0,90
11'"
I1
1
1
1,
P20'C = 2,5 01
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~Mo~~---+---rr--r-r~I/+/----1
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~ OjOf-----~-----i----~~_+--+r+_---1
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I
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0,10 f--+----+---7- -/-'O'-jI'+!X---+----1
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u 005r---+---+--~~-+----r--~1
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1
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Q001'--'''''--'---"-----'----'-----'-----",
I
120
130
1~0
150
160
170
elektr. Festigkeit td,-.J
Fig.
I kV
,80 cm
(i
Yiel hesser gelingt c1 agegen die Approximation durch Extremwertverteilungen, insbesondere durch die doppelexponentielle Verteihmg (Ahh. i
Hätte man die Meßwerte als normdverteilt angenommen, ·würde man hei 1
Durchschlagwahrscheinlichkeit eine elektrische Festigkeit von et'wa 155 kV cm
ermitteln, während sie hei Approximation der :Meßwerte dUl'ch eine doppelexponentielle Verteilung nur 142 kV i cm bf'tl'ägt, also '\'csentlich
10°/:,)
geringer ist.
Wichtige Größe bei einer doppelexponentiellen Verteilung ist das auf
den Modalwert (63 %-Qmmtil) bezogene Streuungsmaß ;'. Es ist erhehlichen
Schwankungen unterworfen, die durch Spannungsform, Elektrodenanordnung,
274
W. MOSCH
Zustand der Elektrodenoberfläche und natürlich den Isoliergasdruck beeinflußt werden. Nach unseren bisherigen, noch unvollständigen Messungen liegt
es bei Drücken von I bis 4 at zwischen
yjE d63 = 0,01 ... 0,04.
Wichtig ist dieser Wert, weil damit nicht nur aus wenigen Stichproben
zu niedrigen Wahrscheinlichkeiten extrapoliert werden kann (z. B. ist E d02 =
•
0,99
Cl.
0,9
0,8
aJ_
~ 0,5
--- ---
.Ir
-,
~ OJJ5
~ OJJ3
::c: 0,02
1
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I
110
XI
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OJJO1
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- "koaxiale Zylinder
- ra ==2cm; ri=O,6cm
P20CC = 2,Sat
0
I
~d$3
~
'/
130
flfO
180 kV
_150' 160
170
cm
elextr. Fesfigkei/ t.d~
Fig. 7
= E d63 -4 y), sondern auch der Einfluß einer Vergrößerung der Elektrodenfläche berechenbar ist (Abb. 8). Bei ylEd ~ 0,03 beträgt z. B. bei einer Flächenvergrößerung auf das IOOfache die berechnete Durchschlagspannung nur noch
85% und zeigt gute Übereinstimmung mit experimentellen Werten.
Analog der Vergrößerung der ,~irksamen Elektrodenfläche muß sich
eine Verlängerung der Beanspruehungszeit auf die "Yel'teilungsfunktion auswirken (von I ruin auf 25 Jahre z. B. um den Faktor IOß). Hier ist noch viel
Arbeit zu leisten, wir wollen speziell über dieses Prohlem auf dem nächsten
Internationalen Symposium Hochspannungstechnik 1975 in Zürieh herichten.
275
OBERSCHLAG VON SFs-ISOLIERUNGEN
1.0 ~
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Meßwerte: kOQ)(. Zylinder im 51j
d63 =0.,9;
(p=2,5al; Ao =
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J J 1 -3
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5 678910
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30 40
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Vergröj3;uung$fak.tor n
Fig.8
E: 400
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~ 300
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kV/cm - pli . p
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Vv
100
90
1
80
70
I
1/#
Polarität {d~[lV~
pt cm -ai - Z
r-v
I Wechsel- u_ Gleichspg.
65
I 0.73
v ISchal/spannung
I
75
I 0,69
IBli/zspannung
V
B4
I 0,71
Edi I theoret. f. Dauerspgn.
89
I 1,0
Symbol I Spannungsfurm
11////
IIA'//
Mfi/
ihYl.K
60
"l3 50 Vyyf!
r~1
~
1r0
aß 0,6
I
I
I 11
0.8 1,0
2,0
3.0
1
I
4.0 5.0 6,0 at Druck P200C
Fig. 9
1.9. Technische elektrische Festigkeit
Nach diesen Betrachtungen, die ja noch nicht als abgeschlossen betrachtet werden können, nun zu einigen praktischen Überlegungen.
Fassen wir alle unsere und die uns bekannten internationalen-Durchschlagmessungen von SF 6-Isolierungen zusammen, konnten 'wir nach diesen
Überlegungen eine )}technische elektrische Festigkeit« E dt bei technischen
Elektroden (Oberflächenrauheit ?'8 250 fLm) abhängig von der Spannungsform
und der Polarität der stärker gekrümmten Elektrode ermitteln (Abb. 9), mit
der die Durchschlagspannung nach der einfachen Schwaiger-Beziehung
Ud =
7
E dt
• S •
17
276
W .•HOSCH
ermittelt werden kann. Die mit dieser »technischen elektrischen Festigkeit«
berechneten Durchschlagspannungen liegen nach unseren Erfahrungen immer
»auf der sicheren Seite«, sind also untere Grenzwerte der zu erwartenden
Durchschlagspannungen. Ein Beispiel für die Anwendung der Berechnungen
zeigt z. B. die Dimensionierung eines Preßgaskondensators mit SF6-Füllung
für das VEB Transformatoren- und Röntgenwerk (Abb. 10), bei dem Meßwerte und berechnete Durchschlagspannung recht gut übereinstimmen.
~ 320
~
0,
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::,
c::
c::
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kV
280
95
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t.J
80
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Cl
40
78,5mm
mm.
I/'
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t.J
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- ~trauensberei~ I'"
. der Hi~elwerte
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P1,
gaskOriderisator
.
Typ HG . 12 V150 P (VEB TuR presden)
i
2.
5
3
6 01 Druclp.
Fig. 10
2. Überschlag längs Grenzflächen im SF6
2.1. Homogenitätsgrad
Natürlich gibt es bei Anordnungen mit mehreren Isolierstoffen noch
weitere Einflußfaktoren. Wichtigste Größe ist wieder das elektrische Feld.
Mit Hilfe numerischer Methoden der Feldberechnung gelingt es auch bei
Mehrstoffsystemen, einen Homogenitätsgrad
Ujs
Eh
1J=-
zu ermitteln. Im Zylinderfeld z. B. mit 1JE = 0,55 ändert sich 1) dabei mit dem
Winkel tX der Grenzfläche und mit dem Verhältnis von erl/erz (Abb. 11). Bei
tX = 90° ist 1] = 1]E' Wird der Winkel tX bei erl/ er2 ~ 1/5 kleiner als ~ 40°,
"",ird die Feldstärke am Außenzylinder (1] < 0,55), bei tX > 90° am Innenbolzen
(1J < 0,55) größer als die Höchstfeldstärke des Grundfeldes.
üBERSCHLAG l'OS SF,,-ISOLIERUSGZS
-0,8
I
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45
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75
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ra= 20mm
= 6,75 mm
'lE = 0,55mm
fj
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30
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I~ "lE
Vi
Crt/Grz "" 1/5
I
....
I
277
I
105
120
135
150 grad Kon us winkel d
Fig.11
Fig. 12
2.2. Spalte und Rauheit
Außer dem Krümmungsradius der Elektroden, der Schlagweite und der
der Elektroden, die wir im 1. Abschnitt bereits kennen
gelernt haben, spielen jetzt die Grenzfläche, die Isolierstoffe (sr) aber auch
ein evtl. vorhandener Spalt z"\Vischen Elektrode und Isolierstoff und die Rauheit der Isolierstoffoberfläche eine Rolle (Abb. 12). Vor allem mit breiter
werdendem Spalt sinkt die Überschlagspannung auf 70 bis 80% des ursprünglichen Wertes ab. Wiederum ist der Einfluß bei höherem Isoliergasdruck
größer.
Rauheiten der Isolierstoffoberfläche ,~irken sich erst von Werten ab
~ 20 f-lm (gedrehte Fläche, Rillentiefe 0,03 mm) auf die Überschlagspannung
aus (Abb. 13). Wiederum ist der Einfluß bei höherem Isoliergasdruck größer.
Oberflä~henrauheit
278
W ..HOSCH
2.3. Berechnung der Überschlagspannung
Fassen ",ir die Üherlegungen wieder zusammen, kann eine Berechnung
der Üherschlagspannung hei technischer Ausführung analog zum Einstoffsystem erfolgen. Die Ühersch.1agspannung errechnet sich dann zu
U ü = E üt
s .
•
?},
wenn 'wiederum eine technische Üherschlagfeldstärke definiert ,drd (Ahb. 14).
_------Ob2rfläche;:------_
sandaeSÜ'CI,';!/
_gedrehl-_ _~
gegossen
- Ril/enliefe R, =0,03 mm
,~ 120
'R, = G,3 mm
R1 = 0.85 mm
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!
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,
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i Druck;
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Nit/enrauhwert
anaxiale
Zylinder
u =~mm
;, =0)5
Er~5
Jim
0R
Fig. 13
Am Beispiel eines Zylinderfeldes mit Schräggrenzfläche hei unterschiedlichem Konuswinkel (Abb. 15) soll wiederum die gute Übereinstimmung zwischen Rechnung und Messung demonstriert werden. Bei x < 40° und x > 120 0
",ird 1) kleiner als 1)t, es treten ;;or dem Überschlag stabile Teilentladungen auf
und es gelingt nicht mehr die Überschlag-, sondern nur noch die Anfangsspannung zu berechnen.
3. Einfluß von Teilchen
3.1. Diskrete Störstellen auf den Elektroden
Zunächst haben wir Anfangs- und Durchschlagspannung im Einstoffsystem untersucht, wenn das schwach inhomogene Feld durch eine einzige
konkrete Störstelle gestört wird. Während z. B. im Feld Kugel-Platte (Ahb.
16) die Anfangsspannung mit der Länge einer aus der Kugel herausragenden
Spitze monoton abnimmt, zeigt die Durchschlagspanl1ung einen kompli-
279
üBERSCHLAG VOS SF,;"ISOLIERl-SGES
~300
iI I,
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Scha/tspannunr;
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Blilzsparmung
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Konuswinkef
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Fig_ 15
zierten Verlauf. "'{egen des zunehmend inhomogener werdenden Feldes kommt
es im Beispiel bei einer Nadellänge von 1 > 1 mm zu stabilen Teilentladungen
und die Überschlagspannung steigt "wieder an, u. U. auf Werte, die höher als
die eines ungestörten schwach inhomogenen Feldes sind.
Zu diesem Effekt kommt es nur bei Wechsel-, Gleich- oder Schaltspannungen. Bei Elitzspanllungen (Abh. 17) treten keine solchen stabilen
280
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Fig. 16
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Fig.17
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281
üBERSCHLAG VON SF -ISOLIERUNGEiV
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Fig. 18
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Fig. 19
Teilentladungen auf und die Durchschlaghlitzspannung sinkt wie die Anfangsspannung monoton mit der Nadellänge ah. Es ist vielleicht deshalh vorteilhaft,
nach vorhandenen konstruktiven oder technologischen Fehlern (Grate, Niete,
Schrauhenköpfe usw.) nicht mit einer langdauernd anliegenden Spaunung,
sondern mit Blitzspannungen zu suchen. Oder man mißt die Anfangsspannung.
3.2. Teilchen im Feldraum
Auch Partikel (Teilchen) als Fremdstoffe im Gas verringern die Durchschlagspannung. Hält man ein einziges Teilchen im elektrischen Feld fest
(Abh. 18), ist die Durchschlagspannung am geringsten, 'wenn das Teilchen an
der negativen Elektrode anliegt. In der Mitte zwischen den Elektroden beeinflußt es die Durchschlagspannung am wenigsten.
Gleiche Ergehnisse zeigt auch Ahh. 19, hier aber ahhängig vom Isoliergasdruck ermittelt.
282
W. MOSCH
Ist das Teilchen frei beweglich, erfolgt der Durchschlag natürlich dann,
wenn das Teilchen gerade an der negativen Elektrode anliegt, und man erhält
als Durchschlagspannung die gleichen Werte wie für ein an der negativen Elektrode fest gehaltenes Teilchen.
3.3. Teilchen auf Grenzflächen
Bei Mehrstoffsystemen können die Teilchen sich auch auf der Grenzfläche
anlagern. Hier nimmt die Überschlagspannung mit dichter werdendem Belag
sehr rasch ab (Abb. 20). Der Abfall ist 'wieder besonders stark, wenn ein hoher
Isoliergasdruck angewendet ·wird.
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20
Fig. 20
30 % Belag
4. Schlußfolgenmgen
Aus unseren bisherigen Untersuchungen möchte ich einige Schlußfolgerungen ziehen:
1. Die Zündung selbständiger Entladungen im SF 6 und damit die Durchschlagspannung von Anordnungen mit schwach inhomogenem Feld, kann aus
den Gesetzmäßigkeiten für die Elementarprozesse vorausberechnet werden.
Sowohl bei Einstoff- als auch bei Mehrstoffsystemen stimm.en die über die
Streamerbedingung und die modifizierte Beziehung von Schwaiger berechneten Durch- bzw. Überschlagspannungen zumindest im Druckbereich von 1
bis 4 at gut mit experimentellen Werten überein.
2. Betrachtet man die elektrische Festigkeit des SF 6 als Zufallsgröße,
ist es zweckmäßig, die Verteilungsfunktion mit Hilfe einer doppelexponentiellen
üBERSCHLAG VON SFs-ISOLIERUiYGES
283
Funktion zu beschreiben_ Damit ist es möglich, statistische Stehspannungen,
sowie Flächen- und Zeiteffekte vorauszuberechnen.
3. Die Rauheit der Elektrodenoberflächen ist von erheblichem Einfluß
auf die Durchschlagspannung, während ein Einfluß des Elektrodenmaterials
nicht festgestellt werden konnte. Um die technologischen Forderungen einhalten zu können, ist es zweckmäßig, für die Bemessung von vornherein einen
technisch ohne größere Schwierigkeiten zu realisierenden Mittenrauhwert
von z. B. 250 flm anzusetzen.
4. Ein Spalt z"wischen Elektrode und festem Isolierstoff vermindert die
Überschlagspannung erheblich. Sie wird um so kleiner, je breiter der Spalt ist.
Spalte müssen deshalb durch geeignete Formgebung der Elektroden, Feldsteuerung, Metallisierung oder ähnliches grundsätzlich vermieden -werden.
5. Die Oberflächenrauheit eines festen Isolierstoffs hat erst bei sehr
großen Rauheiten (> 100 flm) einen merklichen Einfluß auf die Überachlagspannung und auch nur dann, wenn solche Rauheiten in unmittelbarer Nähe
der Elektroden vorhanden sind.
6. Diskrete Störstellen auf Elektroden (z. B. durch Montagefehler) setzen
die Anfangsspannung einer Anordnung mit schwach inhomogenem Feld erhehlich herab. Bei lang andauernden Spannungen (Wechselspannung, Gleichspannung, Schaltspannung) kann aber die Durchschlagspannung trotzdem
hohe Werte annehmen, da dann u. U. vor dem Durchschlag stabile, feldvergleichmäßigende Raumladungen auftreten.
7. Nichtleitfähige Partikel beeinflussen - -wie die Oberflächenrauheit
eines festen Isolierstoffes - die Anfangs-, Durch- und Überschlagspannung
nur geringfügig. Leitfähige Partikel -vermindern sie dagegen erheblich. Der
Einfluß von Teilchen ist besonders groß, wenn sie sich an den Elektroden anlagern (bei Gleichspannung besonders bei Anlagerung an der negativen Elektrode).
8. lYlikrogeometrische Einflüsse wie Rauheiten, Spalte, Teilchen usw.
sind besonders kritisch, wenn ein hoher Isoliergasdruck angewendet wird.
Zusammenfassung
In komprimierten SFs Gas-Isolierungen sind nur leicht inhomogene elektrische Felder
zulässig, in denen keine stabilen Teilentladungen auftreten. In solchen Anordnungen kann die
Durchschlagspannung mit der maximalen auftretenden Feldstärke charakterisiert werden, wo
letztere neben der Qualität des Gases auch von der Inhomogenität des Feldes und von der
Rauheit der Elcktrodenoberflächcn abhängig ist. Dic statistische Verteilung der Durchschl~.g
spannung kann mit einer doppelexponentiellen Verteilungsfunktion angenähert werden
und ist von de~. Dauer der Beanspruchung sowie von der Größe der Elektrodenoberflächcll
abhängig. Die Uberschlagspannung der in der Gasisolierung mitverwendeten festen Isol~er
körper wird durch die an den Isolierflächen abgelagerten Verunreinigungen, durch den Neigungswinkel zwischen Aequipotentialflächen des Feldes und Oberfläche des Isolierkörpers,
durch die Permittivität des festen Dielektrikums sowie durch die etwaigen schmalen Spalte
zwischen holierkörper und anliegender Elektrode beeinträchtigt. Staub-Partikeln im Gns
284
W. MOSCH
haben einen maximalen Einfluß anf die Durchschlagspannung, wenn sie sich in Elektrodennähe befinden.
Die Auswirkung von Unebenheiten der Elektrodenoberflächen auf die Durchschlagspannung ist von der Art der Spannungsbeanspruchung abhängig und vermindert die Durchschlagspannung bei Stoßbeanspruchung am stärksten.
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