Durchbruchspannungen

Durchbruchspannungen bezeichnen die Spannungen, bei denen Isolierstoffe oder elektrische Bauelemente erstmals leitend werden, also der Isolationszustand verloren geht. Sie markieren den Übergang von dielektrischen zu leitenden Eigenschaften unter einer gegebenen Belastung. Die Durchbruchspannung hängt wesentlich von Material, Dicke, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Geometrie und Elektrodenanordnung ab und ist kein universeller Grenzwert; sie wird daher unter definierten Prüfbedingungen angegeben.

Man unterscheidet verschiedene Durchbrucharten je nach Medienklasse. Gasdurchbruch entsteht in Gasen durch Ionisation und Entladungen; das Paschen-Gesetz beschreibt die Abhängigkeit von Druck, Abstand und Gaszusammensetzung; der Durchbruch erfolgt oft über Townsend- oder Streamer-Entladungen. Feststoffe und Flüssigkeiten besitzen eine Durchbruchfestigkeit, ausgedrückt in Spannung pro Dicke (z. B. kV/mm). Der Durchbruch kann durch Defekte, Feuchtigkeit, Porositäten oder mechanische Spannungen begünstigt werden; er äußert sich in einem plötzlichen Anstieg des Stromes.

Messung: Die Durchbruchspannung wird typischerweise in standardisierten Prüfungen ermittelt, bei definierten Probengeometrien und Umgebungstemperaturen. Die Spannung wird schrittweise erhöht, bis ein leitender Kanal entsteht. Ergebnisse werden oft als Durchbruchspannung in kV, oder als Durchbruchfestigkeit in kV/mm ausgedrückt.

Bedeutung und Anwendungen: Die Kenngröße dient der Dimensionierung von Isolationen in der Hochspannungstechnik, Kabeln, Transformatoren und Gasisolierungsanlagen. Normen regeln Prüfmethoden, Referenzbedingungen und zulässige Toleranzen. In der Praxis ist die sichere Nutzung von Insulationen abhängig von ausreichender Sicherheitsmarge gegenüber der gemessenen Durchbruchspannung.

Beispiele: Luft bei Normaldruck bricht typischerweise bei ca. 3 MV/m, Luft hat ein Durchbruch in der Nähe dieses Wertes; Kunststoffe besitzen je nach Typ deutlich höhere oder niedrigere Durchbruchfestigkeiten, die von Dicke und Mikrostruktur abhängen.