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Werkstoffkunde – Elektrische Isolierstoffe – ein Überblick (9)
Isolierwerkstoffe gelten in der Elektrotechnik als nichtleitendes Material, das nur eine extrem geringe und somit vernachlässigbare elektrische Leitfähigkeit hat. Isolierstoffe werden in der Elektrotechnik u. a. dafür verwendet, den elektrischen Stromfluss zwischen spannungsführenden Teilen zu begrenzen.
Betriebsisolierung: Bei mehradrigen Leitungen wird das Berühren der einzelnen metallischen Adern verhindert.
Schutzisolierung: Bei Berührung des Kabelmantels wird ein Stromfluss unterbunden.
Kennwerte
Permittivität: Die Permittivitätszahl μr gibt an, um wievielmal die Kapazität eines Kondensators größer wird, wenn anstelle von Luft (bzw. Vakuum) ein anderer Isolierstoff verwendet wird. Je nach Isolierstoff ist die Permittivitätszahl mehr oder minder stark frequenzabhängig. Spezifischer Durchgangswiderstand: Der Oberflächenwiderstand wird aus dem gemessenen Durchgangswiderstand, der Messfläche und der Probendicke berechnet. Er gibt Aufschluss über den an der Oberfläche eines Isolierstoffes herrschenden Isolationswiderstandes.
Verlustfaktor: Der dielektrische Verlustfaktor tan δ ist ein Maß für die „schwach leitenden“ Verluste. Er ist der Tangens des Winkels, um den bei einem Kondensator die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom von 90° abweicht.
Durchschlagsfestigkeit: Unter der Durchschlagfeldstärke Ed versteht man die Durchschlagspannung bezogen auf die Werkstoffdicke. Unter der Durchschlagspannung Ud versteht man die Spannung, bei der der Durchschlag gerade noch nicht erfolgt (Durchschlagfestigkeit).
Kriechstromfestigkeit: Ein Kriechstrom ist der Strom an der Oberfläche eines Isolierstoffes, hierbei bilden leitfähige Verunreinigungen den Weg für den Strom. Durch diesen Kriechstrom können Isolierstoffe verkohlen. Auch rillenartige Aushöhlungen können auftreten, die man Kriechspuren nennt. Eine ununterbrochene Kriechspur von einem spannungsführenden Teil zum anderen nennt man Kriechweg. Unter Kriechstromfestigkeit versteht man die Widerstandsfähigkeit des Isolierstoffes gegen das Entstehen von Kriechspuren durch Ströme auf der Oberfläche des Isolierstücks. In der Praxis ist die Kriechstromfestigkeit von Bedeutung bei Hochspannungsisolatoren und in Schaltanlagen.
Einteilung von Isolierstoffen
Die Verwendbarkeit von Isolierstoffen hängt von den elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften ab. Die Auswahl beeinflusst ferner die Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse. Zudem sind die Möglichkeiten der Formgebung und der Verarbeitung maßgebliche Entscheidungskriterien. In der Elektrotechnik werden Isolierstoffe in lsolierstoffklassen eingeteilt.
Die Isolierstoffe können in allen bekannten Aggregatzuständen (fest, flüssig oder gasförmig) vorkommen. Des Weiteren unterteilt man sie in anorganische und organische Isolierstoffe. Die anorganischen Isolierstoffe bestehen aus Mineralien der Erdkruste (z. B. Glimmer). Häufig werden Naturstoffe als Beimengung zur Herstellung von anderen Stoffen (z. B. von Keramik, Glas oder Porzellan) verwendet.
In den Anfängen der Elektrotechnik spielten die anorganischen Isolierstoffe eine große Rolle. Früher wurden vielfach natürliche Werkstoffe eingesetzt, die heute zunehmend durch Kunststoffe ersetzt werden.