Hallo Leute, hätte da mal ne Frage. Wie schnell schafft es ein elektrisches Feld, ein Gas (oder auch einen anderen Isolator) zu ionisieren, so dass es zum Durchschlag kommt? Angenommen werden soll, dass sich zwei Elektroden gegenüberstehen, das Gas zwischen ihnen ist, und plötzlich eine z.B. 10x oder 100x höhere Spannung angelegt wird, als zum Durchschlag nötig ist. Wie schnell geschieht das? Bitte nur antworten, wenn ihr es wisst, oder eine entsprechende Studie kennt. Danke.
Buckshot schrieb: > Hallo Leute, hätte da mal ne Frage. Wie schnell schafft es ein > elektrisches Feld, ein Gas (oder auch einen anderen Isolator) zu > ionisieren, so dass es zum Durchschlag kommt? > Angenommen werden soll, dass sich zwei Elektroden gegenüberstehen, das > Gas zwischen ihnen ist, und plötzlich eine z.B. 10x oder 100x höhere > Spannung angelegt wird, als zum Durchschlag nötig ist. > Wie schnell geschieht das? > > Bitte nur antworten, wenn ihr es wisst, oder eine entsprechende Studie > kennt. Danke. Du kennst Blitzröhren? Da passiert sowas. geht ziemlich flott wie Du weißt. Grüße MiWi
MiWi schrieb: > Du kennst Blitzröhren? > > Da passiert sowas. Das das schnell geht ist klar. Nur, wie schnell? Vermutlich ja auch abhängig vom Grad der Überspannung. Ob es bei 100facher Überspannung überhaupt noch eine Verzögerung gibt?
in der Tat eine spannende Frage. Können Ladungsträger in einem dichten Gasmedium auf Überschallgeschwindigkeit gebracht werden? Der Blitz entsteht ja durch.... Stoßionisation?
Ich weiß es nicht, aber wir können's ja mal abschätzen. Bei dem Durchschlag bewegen sich ja ionisierte Elektronen aus dem Gas von der einen zur anderen Seite (schon, oder?). Wenn man jetzt mal annimmt, dass die mittlere freie Weglänge größer ist als der Abstand der Elektroden (das ist wohl eher falsch, aber sei's erstmal drum), dann hat man in Luft zum Beispiel bei 1mm Abstand und 1kV Spannung eine Feldstärke von 1e6 V/m. Mit F = qE = m_el a <=> a = qE/m_el <=> a = 1.75e+17 m/s² folgt s = 1/2 a t² <=> t = sqrt(2s/a) <=> t = 100ps. Ich denke, das wird so die Zeitskala sein, auf der der Prozess ungefähr abläuft.
Ich schrieb: > https://de.wikipedia.org/wiki/Gasableiter Danke, dieser Absatz hier wäre dabei schon sehr interessant: "bei hohen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten (dU/dt), also steilen Spannungsspitzen, löst der Ableiter erst bei einer noch höheren Spannung als seiner Nennzündspannung aus, da er einige Mikrosekunden (üblich 1,5-2 us) Zeit zum Ionisieren benötigt" Das kann natürlich auch nur ein praxisorientierter Wert sein, bei üblicher, recht geringer Überspannung. Mich würde tatsächlich interessieren, was bei enormer Überspannung passiert, z.B. 100KV/mm. Wird bestimmt superschnell gehen, aber auch dabei muss das Gas ja erst ionisiert werden.
Buckshot schrieb: > Mich würde tatsächlich interessieren, was bei enormer > Überspannung passiert, z.B. 100KV/mm. Wird bestimmt > superschnell gehen, aber auch dabei muss das Gas ja erst > ionisiert werden. Nein. Feldemission existiert. Aber... gibt nichts auf meine Antwort. Ich weiss nicht, wie lange das dauert, und kenne auch keine entsprechende Studie. Ich habe mich nur verlaufen.
Die Gegenfrage ist wohl mehr wie der Durchbruch definiert wird. Wenn du einige 10KV hast kommen die ersten Elektronen an der Anode mit nahezu Lichtgeschwindigkeit an. Bis die positiven Ionen an derKathode sind und neue Elektronen freisetzen kann es nochmal ein paar NanoSekunden dauern.
Schau dir mal die Hinweise zum Marx-Generator an. Dort wird in der ersten Funkenstrecke die erste Ionisation per Fremdzündung (Zusatzelektrode zur Ionisation) gestartet und die restlichen anderen funkenstrecken per optischer Kopplung durch UV-Licht aus dem ersten Lichtbogen gezündet. https://de.wikipedia.org/wiki/Marx-Generator#Marx-Schaltung
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Buckshot schrieb: > MiWi schrieb: >> Du kennst Blitzröhren? >> >> Da passiert sowas. > > Das das schnell geht ist klar. Nur, wie schnell? Vermutlich ja auch > abhängig vom Grad der Überspannung. > Ob es bei 100facher Überspannung überhaupt noch eine Verzögerung gibt? 450V/ etliche uF an einer ca. 15cm langen Blitzröhre mit anderen Worten: der gesammte Kreis Elko<>Verkabelung<>Blitzröhre hat 100us nach dem Zünden alle Ls mehr oder weniger gesättigt und dann einen Innenwiderstand von 0,5Ohm.... nach 5ms ist der Strom wieder auf ~ 100A herunten. Zündung durch einen 6kV-Puls am Zünddraht. Am Oszibild ist der Strom durch die Röhre sichtbar (mit einer Stromzange gemessen) Schnellere Messungen sind nicht mehr verfügbar. Es geht also schnell... Grüße MiWi
MiWi schrieb: > der gesammte Kreis Elko<>Verkabelung<>Blitzröhre hat > 100us nach dem Zünden 100µs hören sich nach einer induktiven Begrenzung an, durch den Aufbau und die Komponenten. Auch ist die Blitzröhre natürlich schon ein klein wenig was Anderes. Hier startet ja ein winziger Durchbruch einen viel Stärkeren, der allerdings von selbst gar nicht genug Spannung hätte. Mich interessiert aber genau das Gegenteil, eine plötzliche, extreme Überspannung an viel zu nahen Elektroden. Also bei deinem Beispiel nicht 6KV an der Zündelektrode, sondern 60 oder 600KV an den Hauptelektroden. Natürlich nur, sofern das prinzipiell überhaupt erreichbar ist, und der entstehende Lichtbogen nicht völlig unverzögert entsteht. HF-Werklar schrieb: > Schau dir mal die Hinweise zum Marx-Generator an. > > Dort wird in der ersten Funkenstrecke die erste Ionisation per > Fremdzündung (Zusatzelektrode zur Ionisation) gestartet und die > restlichen anderen funkenstrecken per optischer Kopplung durch UV-Licht > aus dem ersten Lichtbogen gezündet. Daß die oberen Stufen per UV-Ionisation durch die benachbarte Stufe starten, davon höre ich das erste Mal. Es steigt doch sowieso nach dem Durchbruch der Triggerelektrode die Spannung an der nachfolgenden Stufe sofort an.
Buckshot schrieb: > Daß die oberen Stufen per UV-Ionisation durch die benachbarte Stufe > starten, davon höre ich das erste Mal. > Es steigt doch sowieso nach dem Durchbruch der Triggerelektrode die > Spannung an der nachfolgenden Stufe sofort an. Ein Sofort gibt's nicht, Funkenstrecken oder Gasableiter sind z.B. für den Schutz von Halbleitern ungeeignet, denn der Halbleiter ist schon lange dahin bis die besagten überhaupt aufgewacht sind. Kurt
Kurt B. schrieb: > Funkenstrecken oder Gasableiter sind z.B. für > den Schutz von Halbleitern ungeeignet, denn der Halbleiter ist schon > lange dahin bis die besagten überhaupt aufgewacht sind. Das sagt ja auch Wiki (1,5-2µs). Fraglich ist aber, ob damit auch extreme Überspannungen gemeint sind.
Buckshot schrieb: > > Bitte nur antworten, wenn ihr es wisst, oder eine entsprechende Studie > kennt. Danke. Im Zusammenhang mit Blitzschutz/Überspannungsschutz von Gebäuden/Bauteilen usw. wurden Normpulse festgelegt, in diesem Umfeld finden sich auch Schaltzeiten von Ableitern. Kurt
Buckshot schrieb: > Kurt B. schrieb: >> Funkenstrecken oder Gasableiter sind z.B. für >> den Schutz von Halbleitern ungeeignet, denn der Halbleiter ist schon >> lange dahin bis die besagten überhaupt aufgewacht sind. > > Das sagt ja auch Wiki (1,5-2µs). Fraglich ist aber, ob damit auch > extreme Überspannungen gemeint sind. Die Überspannung kanns du ja nicht "auf einen Schlag" anlegen, sondern der Aufbau der Spannung "dauert". Mir sind Pulse von 2/10 µs und 10/300 ms uns. im Kopf, die Spannung ist dabei sehr hoch, das können Millionen Volt sein. Betrachtet wird die max Amp. (bis >200KA) und die Ansprechzeit bis der Ableiter zugreift und die Spannung begrenzt. Die "Normpulse" sind da ev. ein brauchbarer Ansatz. Bei einem Gasableiter spielt die Anstiegszeit der Spannung allerdings eine wichtige Rolle um ihn zu zünden. Bei langsamem Anstieg zündet er anders, also bei einer anderen Spannung, als wie beim schnellen. Kurt Nachtrag: die einschlägigen Ü-komponentenlieferanten wie Dehn oder Phoenix oder ... haben da bestimmt Unterlagen, versuchs mal da die können bestimmt was dazu sagen.
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Kurt B. schrieb: > Ein Sofort gibt's nicht, Funkenstrecken oder Gasableiter sind z.B. für > den Schutz von Halbleitern ungeeignet, denn der Halbleiter ist schon > lange dahin bis die besagten überhaupt aufgewacht sind. Stimmt so nicht. Üblicherweise kommt nach dem Gasbleiter erstmal eine Induktivität, dann ein VDR und ein Kondensator und dann erst der Halbleiter.
Buckshot schrieb: > MiWi schrieb: > HF-Werkler schrieb: >> Schau dir mal die Hinweise zum Marx-Generator an. >> >> Dort wird in der ersten Funkenstrecke die erste Ionisation per >> Fremdzündung (Zusatzelektrode zur Ionisation) gestartet und die >> restlichen anderen funkenstrecken per optischer Kopplung durch UV-Licht >> aus dem ersten Lichtbogen gezündet. > > Daß die oberen Stufen per UV-Ionisation durch die benachbarte Stufe > starten, davon höre ich das erste Mal. > Es steigt doch sowieso nach dem Durchbruch der Triggerelektrode die > Spannung an der nachfolgenden Stufe sofort an. In der englischen Wikipedia wurde das mit Quellenangabe erwähnt. Die Schnellere Ionisierung durch UV-Strahlung ist dabei einer der Prozesse, die Ablaufen. So werden Schaltzeiten im Bereich wenige uS - 100ns möglich. (Je nach Optimierung) https://en.wikipedia.org/wiki/Marx_generator#Optimization Spektakulärste Anwendung war wohl die Z-Machine, auch wenn diese inzwischen keine Marx-Generatoren mehr einsetzen sollen, sondern LTDs mit Schaltzeiten <100ns. https://en.wikipedia.org/wiki/Z_Pulsed_Power_Facility Achja, spätestens wenn es um EMP geht, nutzen die extrem langsamen Blitznormpulse garnichts mehr. Selbst ESD ist deutlich schneller als SUrge-Normpulse.
Kurt B. schrieb: > Die Überspannung kanns du ja nicht "auf einen Schlag" anlegen, sondern > der Aufbau der Spannung "dauert". Das soll erst mal nur theoretisch angenommen werden. Es gibt aber auch recht schnelle Schalter für Hochspannung. Kurt B. schrieb: > Bei einem Gasableiter spielt die Anstiegszeit der Spannung allerdings > eine wichtige Rolle um ihn zu zünden. > Bei langsamem Anstieg zündet er anders, also bei einer anderen Spannung, > als wie beim schnellen. Ich hoffe, daß das genau so ist. Vor allem natürlich, dass bei schnellem Anstieg die Spannung deutlich über die eigentliche Durchbruchspannung steigen kann. Möchte für Versuche (kurzzeitig) ein extremes elektr. Feld erzeugen.
wie schnell, konnte ich nicht vermessen als der Funken der Anode einer PL 3-6kV Nennwert den Belzer Schraubendreher mit Aufdruck 10000V isoliert durchschlug und der Schraubendreher beim Kunden in der Tür einer Schrankwand in 3m Entfernung stecken blieb. War jedenfalls schnell und die Reflexe im Arm funktionierten wohl bei mir. Ist mir in 10 Jahren bei rund 10000 Kunden nur 1x passiert.
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Schreiber schrieb: > Kurt B. schrieb: >> Ein Sofort gibt's nicht, Funkenstrecken oder Gasableiter sind z.B. für >> den Schutz von Halbleitern ungeeignet, denn der Halbleiter ist schon >> lange dahin bis die besagten überhaupt aufgewacht sind. > > Stimmt so nicht. Üblicherweise kommt nach dem Gasbleiter erstmal eine > Induktivität, dann ein VDR und ein Kondensator und dann erst der > Halbleiter. Warum sollte das nicht stimmen! Der "Halbleiter" oben ist der zu schützende Verbraucher. Machen wir eine Kette aus drei Schutzelementen, ein Gasableiter, ein Varistor und eine Supressordiode. Vorne, am Gasableiter, kommt eine transiente Überspannung mit 10KV und einem Strom von 10KA an. Der Gasableiter schläft noch, also kommt die Spannung an den Varistor. Dieser ist auch langsam, also liegt die Spannung an der Sup-Diode an. Diese ist nach wenigen Nanosec hin, hat einen Kurzschluss erlitten. Damit das nicht passiert wird ihm eine Drossel vorgeschaltet die den Strom begrenzt, diese liegt zwischen der Sup-Diode und dem Varistor. Dem Varistor droht das gleiche Schicksal, er kann die 10KA auch nicht tragen, also kommt vor ihm auch eine Drossel die den Strom begrenzt. Einzig der Gasableiter kann die 10KA tragen/vertragen/ableiten, jedoch ist dieser recht langsam. Die Droseln wirken nun als Verzögerer, und zwar solange bis der Gasableiter zulangt und den Strom übernimmt. Der Varistor und die Sup-Diode sehen möglicherweise die hohe Spannung, aber sie sehen keinen hohen Strom. Die Kette übersteht ein solches Ereignis also unbeschadet. Und wenn vor dem zu schützendem Halbleiter noch ein (wenige Ohm reichen)Widerstand und dann parr. ein (ev. keramischer) Kondensator ist dann ist er ziemlich sicher nicht gefährdet (und erleidet auch keinen versteckten Schaden (Parameteränderung). Solche Ereignisse wirken sich manchmal erst nach Monaten aus und es ist dann nicht mehr nachvollziehbar wieso der Halbleiter dann kaputt geht, oder nicht mehr sauber arbeitet. Kurt
Buckshot schrieb: > Wie schnell schafft es ein > elektrisches Feld, ein Gas (oder auch einen anderen Isolator) zu > ionisieren, so dass es zum Durchschlag kommt? Das geht ziemlich schnell. Etwa im Bereich von 1ns. Beim Blümleingenerator, den man für TEA-Laser verwendet, muss die Ionisationsfront dem Lichtimpuls mit etwas mehr als Lichtgeschwindigkeit vorauslaufen, sonst funktioniert die Geschichte nicht. https://de.wikipedia.org/wiki/Blümleingenerator In der Realität ist die Funkenstrecke aber nicht wie in der dortigen Zeichnung in der Mitte der Laufstrecke angebracht, sondern mehr am Anfang. Von dort breitet sich dann kreisförmig die Entladung aus und zündet das N2-Plasma. Das muss passieren kurz bevor das Laserlicht eintrifft, aber auch nicht zu früh, weil sich sonst die Inversion von allein schon zu weit abbaut. https://de.wikipedia.org/wiki/Stickstofflaser
Buckshot schrieb: > Hallo Leute, hätte da mal ne Frage. Wie schnell schafft es ein > elektrisches Feld, ein Gas (oder auch einen anderen Isolator) zu > ionisieren, so dass es zum Durchschlag kommt? Naja, vill. sollte man die Sache nicht aus irgendeiner Theorievorstellung betrachten, sondern aus einer realen Sichtweise. > Angenommen werden soll, dass sich zwei Elektroden gegenüberstehen, das > Gas zwischen ihnen ist, und plötzlich eine z.B. 10x oder 100x höhere > Spannung angelegt wird, als zum Durchschlag nötig ist. > Wie schnell geschieht das? > Genau diese plötzlich könnte der Weg zur Antwort sein, denn das bestimmt sämtliche Vorgänge und Überlegungen dazu, denn diese Plötzlich ist nämlich für jeden Beteiligten plötzlich vorhanden. Und da kommt es darauf an wie schnell es zum Andern rüberkommt. Als erstes wäre zu überlegen was Spannung überhaupt ist, wofür es steht. Und dann der Begriff "Stromfluss", und erst dann Vergleiche von Umständen. Kurt > Bitte nur antworten, wenn ihr es wisst, oder eine entsprechende Studie > kennt. Danke.
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