Feldstärke bei Corona-Entladungen
Michael Käppler
mal eine schwierige Frage: Ab welcher Feldstärke ist in Luft der Beginn
einer Coronaentladung zu erwarten und in welcher Weise ist es von der
Luftfeuchte abhängig ?
mfg
Micha
Andreas Haimberger
"Michael Käppler" <re...@t-online.de> schrieb im Newsbeitrag
news:3A102943...@t-online.de...
> mal eine schwierige Frage: Ab welcher Feldstärke ist in Luft der
> Beginn einer Coronaentladung zu erwarten und in welcher Weise ist
> es von der Luftfeuchte abhängig ?
Hallo Michael!
Exakte Werte kann man da eigentlich nicht nennen, weil das Auftreten von
Koronaentladungen nicht schlagartig erfolgt sondern mit steigender
Feldstärke kontinuierlich stärker wird. Das steigert sich so lange, bis die
Durchschlagspannung erreicht ist und eine Bogenentladung oder ein Funke
zündet.
Beim langsamen Erhöhen der Spannung sind erste Entladungen ab etwa 2000 Volt
festzustellen (Elektrodenabstand ein- bis mehrere cm). Der Wert ist nicht
exakt festzulegen und hängt in erster Linie von der Form der Elektroden und
der Polung ab. Bei Spitzen tritt Koronaentladung früher auf als bei Kugeln
oder Platten. Bei positiver Spannung an einer Spitzenelektrode (Nähnadel)
sind Entladungen ab etwa 2700 Volt sichtbar, bei negativer Spannung ab etwa
2000 Volt (am Besten im Dunkeln zu beobachten). Bei HF-Spannung tritt eine
sichtbare Entladung meiner Erfahrung nach schon früher auf.
Was die Luftfeuchte betrifft, ist die Schlagweite bzw. das Auftreten der
Koronaentladungen nicht sehr davon abhängig. Der beobachtete Effekt, dass
bei höherer Luftfeuchte auch vermehrt Überschläge an Isolatoren zu
beobachten sind, hängt vielmehr damit zusammen, dass die Luftfeuchtigkeit an
der Oberfläche der Isolatoren adsorbiert wird und hier die
Spannungsfestigkeit entlang der Oberfläche herabsetzt. Deshalb sind
technische Isolatoren auch mit sehr vielen Rillen oder Wülsten versehen, um
den Kriechweg zu verlängern. Überschläge entlang von Isolatoroberflächen
treten normalerweise schon bei wesentlich geringeren Spannungen auf als in
reiner "Luftlinie". Das wird als Versuch z.B. auch in München im Deutschen
Museum vorgeführt.
Ausführliche Beschreibungen der Entladungsarten und der physikalischen
Vorgänge finden sich in Büchern über Experimentalphysik. Solche Literatur
sollte in jeder größeren Bibliothek zu finden sein.
MFG
Andy
Martin Müller
Andreas Haimberger schrieb:
> Beim langsamen Erhöhen der Spannung sind erste Entladungen ab etwa 2000 Volt
> festzustellen (Elektrodenabstand ein- bis mehrere cm). Der Wert ist nicht
> exakt festzulegen und hängt in erster Linie von der Form der Elektroden und
> der Polung ab. Bei Spitzen tritt Koronaentladung früher auf als bei Kugeln
> oder Platten. Bei positiver Spannung an einer Spitzenelektrode (Nähnadel)
> sind Entladungen ab etwa 2700 Volt sichtbar, bei negativer Spannung ab etwa
> 2000 Volt (am Besten im Dunkeln zu beobachten).
Mh, klar hängt das (die Feldstärke) von der Elektrodenform ab. Aber er fragte ja
auch nach der Feldstärke und nicht nach der Spannung...
Würde mich nämlich auch interessieren, wie dann die Zahlenwerte aussehen...
Gruß,
Martin
Michael Reppisch
Da sind zuerst mal so ein paar Parameter wie Luftreinheit,
Einfluss von ionisierenden Strahlen (UV-Licht),Polarität und Temperatur
wichtig.
Du kannst durchaus schon ein paar nA...uA als Dunkelentladung bei geringen
Feldstärken
zusammenbringen (ich glaub das geht schon so ab 100V/m)
Wenn's dich furchtbar interessiert kann ich mal in nem Plasmatechnik Skript
wühlen.
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Heiko Jahn
Michael Reppisch schrieb:
> Du kannst durchaus schon ein paar nA...uA als Dunkelentladung
> bei geringen Feldstärken zusammenbringen (ich glaub das geht
> schon so ab 100V/m)
Da mußt Du aber heftig aufpassen, daß Du nicht mal mit einer 9V-
Blockbatterie heftige Entladungen erzeugst. Bei 9V auf 2 cm
Kontaktabstand sind das schlappe 450 V/m (mittlere Feldstärke,
an manchen Stellen noch höher), also noch viel mehr als Du oben
anführst. Ich weiß schon, warum ich mich aus dem Thread ansonsten
vornehm zurückgehalten habe ;-)
MfG
Heiko Jahn
--
Hochschule Zittau/Goerlitz (FH) -
University of Applied Sciences
Dipl.-Ing. Heiko Jahn H.J...@hs-zigr.de
Tel. +49 3583 611219 Fax. +49 3583 611213
Jan Kandziora
> mal eine schwierige Frage: Ab welcher Feldstärke ist in Luft der Beginn
> einer Coronaentladung zu erwarten und in welcher Weise ist es von der
> Luftfeuchte abhängig ?
Das kommt auch auf die Frequenz an.
Beispiel: Hochfrequenz-Plasma-Zündkerze.
Da wird ein Resonanzkreis aus Zündtrafo und Zündkerze so eingestellt, daß
sich bei ungefähr 500kHz eine möglichst große stabile Korona ergibt. Dadurch
soll die Zündenergie verkleinert und eine freiere Einstellung des
Zündzeitpunktes möglich sein.
Jan
Michael Reppisch
> Blockbatterie heftige Entladungen erzeugst.
Von heftig kann nicht die Rede sein, aber bei genügend großen Elektroden
und schöner
UV-Bestrahlung kann man durchaus was messen.
> Bei 9V auf 2 cm
> Kontaktabstand sind das schlappe 450 V/m (mittlere Feldstärke,
> an manchen Stellen noch höher)
man liegt damit garantiert über den Herzschrittmacher-Grenzwerten für
elektrische Felder :-)
> , also noch viel mehr als Du oben
> anführst. Ich weiß schon, warum ich mich aus dem Thread ansonsten
> vornehm zurückgehalten habe ;-)
Direkte Angaben zur Feldstärke kann ich leider auch nicht machen.
Korona-Entladungen treten aber so so ca. ab 10kV auf. Typische Ströme
liegen in uA ... mA Bereich.
Ma kann aber dei Feldstärke wohl Größenordnungsmässig abschätzen:
Geh mal von nem Zylinder oder Kugelkondensator aus Spannung ~10 kV
(bzw. Punktladung).
Durchmesser des inneren Zylinders/Kugel ca. 0.1mm. Abstand der äußeren
Platte gegen unendlich.
Der Potentialverlauf steht in jedem besseren Elektotechnikbuch.
Bei solchen Verhältnissen gibt's garantiert eine schöne Korona.
(Die Chemie dieser Plasmen ist übrigens sehr reaktiv! Der Lack von
meinem Kupferdraht war danach
irgendwie einfach weg)
Jetzt zu r Theorie:
Zugegeben hängt das ganze von einer Vielzahl von Parametern ab.
Also:
1.) Das Ganze ist ein nichthermisches Plasma im unselbstständigen ...
Glimentladungsbereich.
D.h. Ionen und Elektronentemperatur sind um mehrere Größenodnungen
auseinander.
2.) Negative Korona (funktioniert schon bei geringeren spannungen)
Funktioniert im Prinzip wie eine Glimentladung. Durch die hohe
Feldstärke werden Elektronen emittiert.
in Driftraum lagen sich diese an Neutralteilchen an und bilden
negative Ionen, die zur Anode driften.
Postive Korona: (benötigt höhere Spannungen)
Hier sind die Kathoden großflächig.
D.h es kann aufgrund der Feldstärke keine Elektronemission aus den
Elektroden geben.
Zum Ladungsträgertransport sind also bereits vorhandene Ionen
erforderlich.
Die gibt's eigentlich immer (in wechselnder Zahl, Photoionisation,
thermische Ionisation)
Diese Startladungen werden im Bereich der hohen Feldstärken
natürlich stark beschleunigt,
was zu einer weitern (lawinenartigen Stossionisation führt). Die
Bewegung der positiven Ionen ist jedoch durch
das Neutralgas starkt gehämmt so dass sie nicht viele Elektronen aus
dem Kathodenmaterial freisetzen können.
Die Entladung ist also nicht selbsterhaltend.
Wechselstrom Anregung:
Hier wird's vollends unübersichtlich, da die Frequenz der Anregung
und die Rekombinationsraten
eine wichtige Rolle spielen.
Zu den Zündbedingungen:
Jetzt kann ich natürlich anfangen mit den Townsendkoeffizienten und
der Paschen-Gleichung anfangen.
(mail mir bitte direkt)
Aber generell rechnet man so ca 30kV/cm an Durchschlagspannung für
trockene Luft unter Normaldruck und
Raumtemperatur.
Heiko Jahn
Michael Reppisch schrieb:
< Thread zu Korona-Entladungen gelöscht >
> Zu den Zündbedingungen:
> Jetzt kann ich natürlich anfangen mit den Townsendkoeffizienten
> und der Paschen-Gleichung anfangen. (mail mir bitte direkt)
Du meinst, Du willst nicht...
> Aber generell rechnet man so ca. 30kV/cm an Durchschlagspannung
> für trockene Luft unter Normaldruck und Raumtemperatur.
Rein zufällig arbeite ich hier in einem Hochspannungslabor,
schon deswegen würde ich mich zum Begriff "Korona"-
Entladungen nicht äußern. Was das genau ist, hat niemand wirklich
festgelegt. Korrekterweise handelt es sich um äußere Teilent-
ladungen (das schließt Glimmen, Korona, Streamer, Tritschel usw.
alles mit ein).
Die 30 kV/cm bei trockener Luft ist die elektrische Festigkeit.
Die Durchschlagspannung mißt man in kV und hängt sehr stark
von der Elektrodengeometrie ab. Das können 30 kV sein, wenn ein
sehr homogenes Feld in einer Anordnung mit 1 cm Elektrodenabstand
vorliegt. Dann sollte der Durchschlag aber spontan aus der Lawine
kommen, also nix mit Korona. Im stark inhomogenen Feld sieht die
Sache schon anders aus.
Aber vielleicht sollten wir das hier nicht vertiefen, interessiert
vermutlich eh keinen.
MfG Heiko Jahn
P.S.
Das Beispiel mit der Blockbattereie war mehr als Jux gedacht um
zu zeigen, was dabei rauskommt, wenn man einfach Spannungen
durch Abstände teilt.