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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.
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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
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Bei den festen Isolierstoffen ist die mechanische Eigenschaft
wichtig, da diese bei den Konstruktionen berücksichtigt werden
müssen.
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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
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5. Wärmebeständigkeit
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Widerstand
Widerstand
Durchschlag
Krichstrom
Dielektrikum
Wärme
Beispiele
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Isolationswiderstand
Der Isolationswiderstand wird an einem Würfel von 1cm
Kantenlänge gemessen. Der daraus resultierende
spezifische Widerstand wird in Ohm *cm angegeben.
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23. Isoliermaterialien Grundlagen
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Widerstand
Durchschlag
Durchschlag
Krichstrom
Dielektrikum
Wärme
Beispiele
Linkliste
Datenblattsammlung
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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).
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Widerstand
Durchschlag
Krichstrom
Krichstrom
Dielektrikum
Wärme
Beispiele
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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.
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Widerstand
Durchschlag
Krichstrom
Dielektrikum
Dielektrikum
Wärme
Beispiele
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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.
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Widerstand
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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
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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.
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Widerstand
Durchschlag
Krichstrom
Dielektrikum
Wärme
Wärme
Beispiele
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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
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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
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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
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Widerstand
Durchschlag
Krichstrom
Dielektrikum
Wärme
Beispiele
Beispiele
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Lusterklemmen
Material Polyamid
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Widerstand
Durchschlag
Krichstrom
Dielektrikum
Kabel
Wärme
Beispiele
Beispiele
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Widerstand
Durchschlag
Krichstrom
Dielektrikum
Wärme
Beispiele
Beispiele
Transformatoren
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