Der dielektrische Stehspannungstest (DWV), oft auch als Spannungsfestigkeitstest oder Nassdielektrizitätstest bezeichnet, ist einer der am häufigsten verwendeten Tests bei der Überprüfung von Kabeln. Dies liegt daran, dass der Test den wichtigsten Teil bei der Bewertung der Kabelisolierung übernimmt. Mit dieser Prüfmethode lässt sich feststellen, ob die Isolierung des Kabels frei von Brüchen ist oder ob sie soweit beschädigt ist, dass eine hohe Spannung Schwachstellen in der Isolierung durchbrochen hat.
Das Grundkonzept der DWV-Prüfung besteht darin, dass das gesamte Kabel, mit Ausnahme von etwa 2 cm an jedem Ende, in ein Wasserbad gelegt wird und zwischen dem Leiter und der Rückelektrode im Wasserbad ein Hochspannungspotential angelegt wird. Liegt ein Fehler in der Isolierung vor, kommt es zu einem spürbaren Stromfluss. Für diesen Test können die folgenden Parameter nach Bedarf geändert werden: Einweichzeit vor dem Test, Spannungsamplitude, Spannungstyp (AC oder DC), angelegte Spannungsdauer, Spannungsfrequenz an der Probe und Höhe über dem Meeresspiegel.
Die Prüfung der dielektrischen Spannungsfestigkeit (DWV) ist ein wesentlicher Bestandteil der Produktsicherheitsbewertung elektrischer und elektronischer Geräte und liefert Herstellern wichtige Informationen über die Qualität und Eignung des ausgewählten Isolationssystems. Bei dem Test wird eine Minute lang eine extrahohe Spannung an die Isolationsbarriere des Geräts angelegt. Wenn die Isolationsspannung erhalten bleibt, gilt das Gerät als bestanden. Wenn jedoch die angelegte Spannung dazu führt, dass das Isoliermaterial plötzlich zusammenbricht und Strom fließt, gilt die Isolierung als unzureichend, da für die Benutzer eine Stromschlaggefahr bestehen kann.
Obwohl die Prüfung der dielektrischen Belastbarkeit weit verbreitet ist, wird der wahre Zweck der Prüfung häufig missverstanden, was zu unvollständigen Prüfungen oder irreführenden Prüfergebnissen führen kann. Der Mechanismus von Isoliermaterialien besteht darin, dass Strom in einem Material fließt, wenn eine elektromotorische Kraft angelegt wird, die stark genug ist, um die Bewegung einer elektrischen Ladung zu erzwingen. Diese Ladungsbewegung wird von Elektronen im Material getragen und kann als elektrischer Strom gemessen werden. Metalle wie Kupfer verfügen über viele freie Elektronen zur Übertragung elektrischer Ladung. Dies macht Kupfer zu einem guten Leiter, da dem Ladungsfluss nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt wird und der Energieverlust in Form von Wärme durch Strom minimal ist.
Die Leistungsfähigkeit leitfähiger Materialien unterscheidet sich deutlich von der Leistungsfähigkeit von Isolatoren, deren physikalische Struktur die freie Bewegung von Elektronen verhindert. Da sich Elektronen nicht frei bewegen können, können sie keine Ladung effektiv durch das Material transportieren. Es ist jedoch jederzeit möglich, das Material leitfähig zu machen, indem man es einer ausreichend hohen Spannung aussetzt.
Der dielektrische Durchschlag eines Isoliermaterials ist ein komplexes physikalisches Phänomen, kann aber allgemein als eine plötzliche Änderung des Widerstands der geprüften Isolierung aufgrund einer angelegten Spannung definiert werden. Einfach ausgedrückt verschlechtert die Prüfspannung die Isoliereigenschaften des Materials. Der dielektrische Durchschlagsmechanismus beginnt mit der Anwendung eines starken elektrischen Felds mit hoher Spannung auf das Isoliermaterial. Für einen dielektrischen Durchschlag sind bei verschiedenen Materialien unterschiedliche elektrische Feldstärken erforderlich. Metalle und andere Leiter verfügen über freie Elektronen, ohne dass ein elektrisches Feld angelegt wird. Isoliermaterialien erfordern jedoch normalerweise ein sehr hohes elektrisches Feld, damit elektrischer Strom fließen kann.
Wenn das elektrische Feld ausreichend ist, überträgt es Energie auf die Elektronen des Isolators, bis diese genügend Energie haben, um die Bandlücke zu überwinden und in das Leitungsband zu gelangen. Dadurch erhöht sich die Leitfähigkeit des Materials deutlich. Diese Umwandlung wird als dielektrischer Durchschlag bezeichnet, und das elektrische Feld, das zum Auslösen des Durchschlags erforderlich ist, wird als dielektrische Festigkeit oder Durchschlagsfestigkeit bezeichnet. Daher handelt es sich beim dielektrischen Durchschlag um einen plötzlichen und drastischen Anstieg der Leitfähigkeit eines Materials aufgrund einer angelegten Spannung.
Durch die Prüfung der dielektrischen Spannungsfestigkeit können wichtige Erkenntnisse zu den Fähigkeiten und Grenzen des Isolationssystems eines Geräts gewonnen werden. Der Zweck des Tests besteht jedoch nur darin, die elektrische Festigkeit der Isolierung zu bewerten. Bei der dielektrischen Prüfung sollte der Strom nicht im Hinblick auf die Leckstromgrenzen des Geräts bewertet werden, da die dielektrische Prüfung bei einer viel höheren Spannung durchgeführt wird.
Ein dielektrischer Durchschlag tritt auf, wenn ein Isoliermaterial einer außergewöhnlich hohen Spannung ausgesetzt wird. Der dielektrische Spannungsfestigkeitstest, der in vielen internationalen Normen enthalten ist, ist eine Testmethode, deren Ziel es ist, Bedingungen zu schaffen, die einen dielektrischen Durchschlag im Produkt verursachen können. Wenn unter diesen Bedingungen kein dielektrischer Durchschlag auftritt, sind die Isolierung und die Konstruktion des Produkts auch bei extrem hohen Spannungen resistent gegen diese Gefahr.
Die Prüfung der dielektrischen Spannungsfestigkeit wird häufig in Abstimmung mit anderen Anforderungen wie Regentests oder Fettkonditionierung durchgeführt. Beim Regentest wird das Produkt einem von oben besprühten Wasser ausgesetzt, um festzustellen, ob die Isolierung des Produkts einen Fehler aufweist, der es dem Wasser ermöglichen würde, als Fremdleiter zu wirken.
Die Prüfung der dielektrischen Stehspannung (DWV) ist für die Bewertung der elektrischen Isolationsqualität von Komponenten und Systemen von entscheidender Bedeutung. Mehrere Normen regeln die Verfahren und Anforderungen für diese Tests. Bemerkenswert unter diesen sind:
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