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Tutorial MenueEigenschaften von PolymerenLerneinheit 7 von 7

Elektrische Eigenschaften

Beständigkeit gegen Gasentladungen und Kriechströme

Beim Öffnen und Schließen von Stromkreisen oder beim Überschlag kommt es zu elektrischen Entladungen mit Leuchterscheinungen. Alle diese Entladungen besitzen als gemeinsames Merkmal einen Stromtransport durch eine Gasschicht mit Hilfe von Gasionen und Elektronen. Die angeregten Gasmoleküle übertragen beim Kontakt mit dem Isolator ihre Energie auf das Polymer. Die dabei auftretenden Temperaturen führen zur Zersetzung des polymeren Werkstoffes. Es kommt zur Erosion der Isolatoroberfläche und manchmal zur Entzündung des Isolierstoffes.

Feuchtigkeit und leitfähige Verunreinigungen wie Schmutz oder Putzmittelreste begünstigen Kriechströme, d.h. ungewollte Entladungen auf der Isolatoroberfläche. Häufig sind solche Kriechströme von vielen kleinen Lichtbögen begleitet, die im Falle ungleichmäßiger Verschmutzung gut isolierende Bereiche überbrücken. Wiederum zersetzt sich der Isolierstoff thermisch; es entstehen Kriechspuren. Aus diesen entsteht ein Kriechweg, wenn die Schädigung fortschreitet. Ein Kriechweg kann z.B. durch Verkohlung eine so hohe elektrische Leitfähigkeit entwickeln, dass es zum Kurzschluss kommt.

Schematisch lassen sich die verschiedenen Vorgänge bei elektrischen Entladungen wie folgt darstellen:

Abb.1
Schematische Darstellung der Vorgänge bei elektrischer Entladung

Einfluss der chemischen Struktur des Polymers auf die Kriechstromfestigkeit

Die Kriechstromfestigkeit eines Polymers steht in engem Zusammenhang mit den Mechanismen der thermischen Zersetzung. Als Anhaltspunkt dient die Dissoziationsenergie oder näherungsweise die Bindungsenergie der Moleküle. In aliphatischen Kohlenwasserstoffen ist die C-C-Bindung schwächer als die C-H-Bindung. Deshalb brechen bei der thermischen Zersetzung bevorzugt die C-C-Bindungen, und aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen bilden sich niedermolekulare, flüchtige Fragmente. Bei aromatischen Kohlenwasserstoffen brechen dagegen zuerst die C-H-Bindungen, da die C-C-Bindungen durch Mesomerieenergie verstärkt sind. Es bleibt ein kohlenstoffreicher Rückstand.

Einfluss von Füllstoffen

In den meisten organischen Isolierstoffen sind größere Anteile an anorganischen Füll- und Faserstoffen enthalten. Dies führt bei aromatischen Polymeren in vielen Fällen zu einer deutlichen Verbesserung der Entladungsbeständigkeit. Die Wirkung der Füllstoffe ist jedoch stark von der Entladungsart abhängig. So bewirkt beispielsweise der Zusatz von Quarzmehl bei aromatischen Epoxidharzen eine Verschlechterung der Kriechstromfestigkeit.

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