Durchschlagspannung

Die Durchschlagspannung, auch Durchschlagsspannung, Überschlagspannung oder Überschlagsspannung genannt, bezeichnet in der Elektrotechnik die Spannung, welche überschritten werden muss, damit ein Spannungsdurchschlag durch ein Material bzw. einen Stoff (z. B. einen Isolator) erfolgt.^[1][2][3][4]

Sie ist die charakterisierende Kenngröße von Funkenstrecken und gasgefüllten Überspannungsableitern. Während diese die Überschreitung der Durchschlagspannung kurzzeitig überstehen müssen, können Kondensatoren, Isolationen und Isolatoren bei Überschreitung der Durchschlagspannung auch dann Schaden nehmen, wenn der Spannungsdurchschlag nicht sofort zum Kurzschluss führt.

Isolationsmaterialien (fest, flüssig oder gasförmig) werden durch die Durchschlagfestigkeit (Durchschlagspannung pro Isolatordicke, meist in kV/mm) charakterisiert.

In Halbleitern wird die Durchschlagspannung als Durchbruchspannung oder Sperrspannung bezeichnet. Sie führt hier nicht zwingend zu Zerstörungen (siehe auch Zener-Effekt, Lawinen-Durchbruch).

Dickenabhängigkeit

Die Durchschlagspannung ${\displaystyle U_{\mathrm {d} }}$ steigt mit zunehmender Strecke (der Dicke ${\displaystyle d}$ oder Schlagweite ${\displaystyle s}$) durch den Isolator. Experimentell wurde folgender Zusammenhang beobachtet^[5]:

${\displaystyle U_{\mathrm {d} }(d)\sim {\sqrt {d}}}$.

Weitere Einflussgrößen

Entscheidend für die Höhe der Durchschlagspannung bei Festkörpern ist die Durchschlagsfestigkeit des Isolators, die Temperatur, bei Wechselspannung die Frequenz sowie die Form der anliegenden elektrischen Leiter.^[6][7][8]

Spitze Leiter und Luftzwischenräume führen zu verringerten Durchschlagspannungen pro Strecke, es kommt zu Vorentladungen, die die Luft ionisieren, das Material schädigen und so den eigentlichen Durchschlag einleiten. Zusätzlich, vor allem bei Gasen und Flüssigkeiten, steigt die Durchschlagspannung bei steigendem Druck und hängt auch noch unter anderem von der Feuchtigkeit bzw. dem Wassergehalt und dem Partikelgehalt der Stoffe ab.^[9][10]

Literatur / Einzelnachweise

1. Durchschlag - Lexikon der Physik. In: www.spektrum.de. Abgerufen am 22. Juni 2016.
2. Isolationsmessungen. Abgerufen am 22. Juni 2016.
3. Engelbert Arnold, Jens Lassen La Cour: Theorie der Wechselströme. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-40353-2 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 22. Juni 2016]).
4. Wiener Netze | Begriffserklärungen Isolieröle | Prüfanstalt für Isolieröle | Dienstleistungen. In: www.wienernetze.at. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 22. Juni 2016; abgerufen am 22. Juni 2016.
5. Claudia Neusel, Gerold A. Schneider: Size-dependence of the dielectric breakdown strength from nano- to millimeter scale. In: Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 63. Jahrgang, Februar 2014, S. 201–213, doi:10.1016/j.jmps.2013.09.009 (englisch).
6. Ludwig Binder: Die Wanderwellenvorgänge auf experimenteller Grundlage: Aus Anlaß der Jahrhundertfeier der Technischen Hochschule Dresden. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-91397-6 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 13. Juni 2016]).
7. N. A. Semenoff, N. A. Walther: Die physikalischen Grundlagen der elektrischen Festigkeitslehre. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-91334-1 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 13. Juni 2016]).
8. Karl Strecker: Hilfsbuch für die Elektrotechnik: Starkstromausgabe. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-92303-6 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 16. Juli 2016]).
9. Liviu Constantinescu-Simon: Handbuch Elektrische Energietechnik: Grundlagen · Anwendungen. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-322-85061-4 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 13. Juni 2016]).
10. Isolieröluntersuchungen der L& Z GmbH. Abgerufen am 13. Juni 2016.