Announcement: there is an English version of this forum on Moin, muss mich gerade mit Mindestabständen zwischen Bauteilen und Leiterbahnen befassen. Ich glaube, ich habe die üblichen Normen verstanden, aber zur Sicherheit noch mal nachgefragt: Bei der Ermittlung der mindestens erforderlichen Luftstrecke spielt allein die Höhe des höchsten zu erwartenden Spannungspulses eine Rolle (und die Verschmutzung). Bei der Ermittlung der mindestens erforderlichen Kriechstrecke hingegen nur die Effektivspannung (und CTI, Verschmutzung). Da aber meiner Beobachtung nach nur 10% der E-Techniker wissen, dass Wechselspannung auch mal nicht-sinusförmig sein kann, mal ein Extrembeispiel um das klarzustellen:-) Weidezaunapparat, also Batteriebetrieb, angenommen keine Überspannungen aus dem Stromnetz. Der macht sagen wir 6kV für 10us (gegen Gerätemasse) und dann für den Rest der Sekunde nichts. Dann müssten Luftstrecken auf diese 6kV ausgelegt werden (8mm oder so), Kriechstrecken aber nur auf 6000V *10us/1s=60mV - also quasi nichts. Natürlich kann die Kriechstrecke nicht kürzer als die Luftstrecke sein. Ist das so richtig? Kann man das Hochspannungskabel über eine übliche sagen wir einpolige Klemme auf der Platine anschließen, wenn der Hersteller von dieser Klemme behauptet, sie könne bis zu 1000V Bemessungsspannung und 8kV Bemessungsstoßspannung vertragen? Würde es eine Rolle spielen, wenn die Maschine solche Hochspannungspulse sagen wir 500 mal pro Sekunde erzeugt (macht dann RMS 30V, immer noch wenig)? Schließlich ist eine Stoßspannung ja ein seltenes Sonderereignis, wärend in diesem Fall diese Spannungsstöße quasi der normale Betriebszustand sind.
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Ich weiss jetzt nicht genau, was eine Kriechstrecke ist. Aber kommt es bei Isolatoren (alles was nicht Luft ist) nicht stark auf's Material an?
Roland D. schrieb: > Bei der Ermittlung der mindestens erforderlichen Kriechstrecke hingegen > nur die Effektivspannung (und CTI, Verschmutzung). Das gilt für die sinusförmigen Spannungen, auf die diese Berechnungen ausgelegt sind. Für Transienten kommt die Überspannungskategorie ins Spiel. Siehe z.B. Leiterbahnabstände > Kriechstrecken aber nur auf 6000V *10us/1s=60mV - also quasi nichts. Kleiner Rechenfehler in dieser Betrachtung: der Effektivwert einer Spanung ist nicht der arithmetische Mittelwert, sondern der Quadratische. Und das wären dann immerhin fast 20V... ;-)
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Roland D. schrieb: > Ist das so richtig? Nein, natürlich muss auch die Kriechstrecke für 6kV taugen. Deine Verwirrung stammt vielleicht daher, daß einige Tabellen (sowohl zu Luft- als auch Kriechstrecke) mit NENNspannungen beschriftet sind, aber die implizit ungenannten ÜBERspannungen dazu aushalten (wobei die Überspannungskategorie verschwiegen wird ob nun CAT II oder CAT III und 2500V oder 4500V), und andere Tabellen mit der realen maximalen Spannung (Stossspannng) beschriftet sind. Zudem sind einige mit einer Maximalspannung, andere mit einer rms Spannung beschriftet, und normalerweise würde man annehmen, Maximal=1.414*rms, aber es gilt wohl Maximal=rms. Zudem sind unsere Tabellen für unzureichende 2000müNN, besser man legt seine Geräte für 4000m aus wenn man auch in China ohne Warnaufkleber verkaufen will, also *1.29. Der Unterschied zwischen Luft und Kriechstrecke ist, daß bei Luftstrecke kein Verschmutzuungsgrad einfliesst, woran sollte die auch haften. > Kann man das Hochspannungskabel über eine übliche > sagen wir einpolige Klemme auf der Platine anschließen, wenn der > Hersteller von dieser Klemme behauptet, sie könne bis zu 1000V > Bemessungsspannung und 8kV Bemessungsstoßspannung vertragen? Vermutlich, die Stossspannung ist üblicherweise zwar längerandauernd, aber das sollte ja kein Nachteil sein, allerdings erfolgt sie definitionsgemäss nicht so oft.
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Michael B. schrieb: > Roland D. schrieb: >> Ist das so richtig? > > Nein, natürlich muss auch die Kriechstrecke für 6kV taugen. Hier steht das, was ich so zu wissen glaube: https://mdcop.weidmueller.com/mediadelivery/asset/900_107840?_ga=2.122336393.303167042.1685440331-1938778441.1685096785 Wenn ich da in Tabelle 4 einfach mal auf die 40kV einer Zündkerze extrapoliere, dann müssten die Isolatoren der Zündkerzen ja etwa 50cm aus der Motorhaube herausragen;-) - das kann ja wohl irgendwie nicht sein. Alldieweil in der Tabelle ja auch eindeutig U- (vermutlich Gleichspannung gemeint) oder Ueff geschrieben steht. > Deine Verwirrung stammt vielleicht daher, daß einige Tabellen (sowohl zu > Luft- als auch Kriechstrecke) mit NENNspannungen beschriftet sind, aber > die implizit ungenannten ÜBERspannungen dazu aushalten (wobei die > Überspannungskategorie verschwiegen wird ob nun CAT II oder CAT III und > 2500V oder 4500V), > und andere Tabellen mit der realen maximalen Spannung (Stossspannng) > beschriftet sind. Wenn man sich obigen Link 10 mal durchliest, wird das schon noch irgendwie klar, was gemeint ist. > Zudem sind einige mit einer Maximalspannung, andere mit einer rms > Spannung beschriftet, und normalerweise würde man annehmen, > Maximal=1.414*rms, aber es gilt wohl Maximal=rms. Hier noch nicht gesehen, aber in anderem Zusammenhang durchaus schon mal gesehen, dass der Autor eines Datenblattes selbst das verwechselt hat. > Zudem sind unsere Tabellen für unzureichende 2000müNN, besser man legt > seine Geräte für 4000m aus wenn man auch in China ohne Warnaufkleber > verkaufen will, also *1.29. Interessant, in China ist das also Standart? Ich denke nicht, dass ich in China verkaufen will. > Der Unterschied zwischen Luft und Kriechstrecke ist, daß bei Luftstrecke > kein Verschmutzuungsgrad einfliesst, woran sollte die auch haften. Laut Tabelle 2 in obigem Link schon. Aber egal, weil Verschmutzung ja auch Feldinhomogenitäten mit sich bringt und somit schon einen Überschlag vereinfacht. >> Kann man das Hochspannungskabel über eine übliche >> sagen wir einpolige Klemme auf der Platine anschließen, wenn der >> Hersteller von dieser Klemme behauptet, sie könne bis zu 1000V >> Bemessungsspannung und 8kV Bemessungsstoßspannung vertragen? > > Vermutlich, die Stossspannung ist üblicherweise zwar längerandauernd, > aber das sollte ja kein Nachteil sein, allerdings erfolgt sie > definitionsgemäss nicht so oft. Eben. Die Sache (die Normen) ist alles in allem hochgradig löchrig. Beispiel: 1cm^2 Plattenkondensator, Dielektrikum 3mm Silikon und 1mm Luft. In der Luft zündet ein Plasma (eine stille Entladung, also kein Durchschlag durch die Isolation) bei etwa 7kV. Jetzt lege ich 14kV Wechselspannung an. Verlustleistung (Rechnung kann ich auf Wunsch nachliefern): 90mW/Hz Kühlleistung durch Konvektion bei 200K über Umgebung: 2300mW Daher ab einer Wechselspannungsfrequenz von mehr als 2.5kHz brennt die Isolation mit der Zeit weg. Obwohl offiziell die Durchschlagspannung von 3mm Silikon bei rund 100kV liegen sollte. Das zum Thema Frequenz und meine Frustration darüber, das die ganze Welt glaubt, Wechselspannung habe immer 50/60Hz Vielleicht weiß ja jemand hier noch genaueres. Übrigens habe ich keine Bedenken bei der Sache, da ich weiß dass alle geerdeten Bauteile in der Nähe weit genug weg sind. Die Frage ist nur, ob so eine Klemme in der Verwendung offiziell zulässig ist. Also z.B. ob die Zulassung nach UL 1059 diese Verwendung einschließt.
Roland D. schrieb: > Wenn ich da in Tabelle 4 einfach mal auf die 40kV einer Zündkerze > extrapoliere, dann müssten die Isolatoren der Zündkerzen ja etwa 50cm > aus der Motorhaube herausragen;-) - das kann ja wohl irgendwie nicht > sein. Du setzt die Normwerte und Richtlinien für spezialisierte Anwendungen an. Das muss schief gehen. Denn natürlich hat der Zündfuke niemals 40kV, weil er ja schon vorher überschlägt. > Die Sache (die Normen) ist alles in allem hochgradig löchrig. Nein, sie sind für allgemeine Allerweltsanwendung (Verdrahtung, Klemmen und Leiterplatten bei Gleich- und Netzspannung) ausgelegt. Wenn du dich daran hältst (oder eben einer, der die Technik lediglich anwenden will und sich mit den technischen Grundlagen dieser Normen wie z.B. Dendritenbildung, Coronaeffekte, Materialinhomogenitäten usw. überhaupt nicht auskennt), bist du in jedem Fall auf der sicheren Seite. > Obwohl offiziell die Durchschlagspannung von 3mm Silikon bei rund 100kV > liegen sollte. Rechnerisch und chemisch ist das auch der Fall. Nur ganz praktisch ja eben offenbar nicht. Und Normen und die daraus abgeleiteten Richtlinien sind eben für die alltägliche Praxis und nicht "auf die Kante genäht". Roland D. schrieb: > sagen wir 6kV für 10us .... > sagen wir 500 mal pro Sekunde erzeugt (macht dann RMS 30V...) Kleiner Nachtrag: das macht dann RMS tatsächlich schon 425V.
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Lothar M. schrieb: > Denn natürlich hat der Zündfuke niemals 40kV, weil er ja schon vorher > überschlägt. Auch wenn er nicht überschlägt, soll aber die Isolierung nicht durchschlagen werden. Also muss die Isolierung die 'Leerlaufspannung' aushalten. Irgendwo ist die Spannung ja begrenzt, meist primär
Lothar M. schrieb: > Du setzt die Normwerte und Richtlinien für spezialisierte Anwendungen > an. Das muss schief gehen. Denn natürlich hat der Zündfuke niemals 40kV, > weil er ja schon vorher überschlägt. Richtig, müsste eher schon bei 20kV zünden. >> Die Sache (die Normen) ist alles in allem hochgradig löchrig. > Nein, sie sind für allgemeine Allerweltsanwendung (Verdrahtung, Klemmen > und Leiterplatten bei Gleich- und Netzspannung) ausgelegt. Wenn du dich > daran hältst (oder eben einer, der die Technik lediglich anwenden will > und sich mit den technischen Grundlagen dieser Normen wie z.B. > Dendritenbildung, Coronaeffekte, Materialinhomogenitäten usw. überhaupt > nicht auskennt), bist du in jedem Fall auf der sicheren Seite. Eben nicht. Ein Zündkabel mit Zulassung für gepulste Spannungen bis zu 40kV bekommst du innerhalb von wenigen Minuten schon mit 20kV zum Brennen - wenn du nur die Frequenz hoch genug ansetzt (BTDT, Kabel mit zusätzlicher Silikonisolation, keine ohmsche Erwärmung weil nur 0.5A eff, noch mal 'nen Schaumstoffschlauch drumherum, also alles in allem 12mm Isolation aber 20kHz). > Roland D. schrieb: >> sagen wir 6kV für 10us .... >> sagen wir 500 mal pro Sekunde erzeugt (macht dann RMS 30V...) > Kleiner Nachtrag: das macht dann RMS tatsächlich schon 425V. Richtig, war mein Rechenfehler. Aber bei meinem Problem (8kV peak, 170Vrms) habe ich den Wert von Spice berechnen lassen, ich denke das Programm kann das besser als ich.
Roland D. schrieb: > Wenn ich da in Tabelle 4 einfach mal auf die 40kV einer Zündkerze > extrapoliere, dann müssten die Isolatoren der Zündkerzen ja etwa 50cm > aus der Motorhaube herausragen;-) Vermutlich hast du effektiv weniger als 10.000 Volt, weil die Elektroden der Zündkerze weniger als 1mm Abstand haben. Zudem enthalten die Stecker der Zündkerzen einen Dichtungsring, vielleicht damit da keine durchgehende Luft-Kriech-Strecke existiert.
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Roland D. schrieb: > Da aber meiner Beobachtung nach nur 10% der E-Techniker wissen, dass > Wechselspannung auch mal nicht-sinusförmig sein kann Wer sagt dir soetwas? Einen Strom hat schon ein jeder auf einem OSKA gesehen, oder? Steve van de Grens schrieb: > Vermutlich hast du effektiv weniger als 10.000 Volt, weil die Elektroden > der Zündkerze weniger als 1mm Abstand haben. Die produzieren vlt. 10kV im Leerlauf, real schlagen sie schon viel früher durch. Verschmutzte und ionisierte Luft zündet bei unter 1kV/mm.
Rolf S. schrieb: > Steve van de Grens schrieb: >> Vermutlich hast du effektiv weniger als 10.000 Volt, weil die Elektroden >> der Zündkerze weniger als 1mm Abstand haben. > Die produzieren vlt. 10kV im Leerlauf, real schlagen sie schon viel > früher durch. Verschmutzte und ionisierte Luft zündet bei unter 1kV/mm. Nach dem Herrn Paschen: https://de.wikipedia.org/wiki/Paschen-Gesetz zählt für die Zündspannung der Abstand und der Gasdruck. Genauer müsste man sagen die Dichte des Gases, weil die Temperatur ist halbwegs egal. Und so ein Otto-Motor von heute komprimiert das Gas durchaus auf ein 10tel. Also sind 0.6mm im Motor gleich 6mm an normaler Umgebungsluft-
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Hallo Roland. Roland D. schrieb: > Nach dem Herrn Paschen: > > https://de.wikipedia.org/wiki/Paschen-Gesetz > > zählt für die Zündspannung der Abstand und der Gasdruck. Genauer müsste > man sagen die Dichte des Gases, weil die Temperatur ist halbwegs egal. > Und so ein Otto-Motor von heute komprimiert das Gas durchaus auf ein > 10tel. Also sind 0.6mm im Motor gleich 6mm an normaler Umgebungsluft- Bei höherer Temperatur erfolgt aber irgendwann eine Ionisierung, und dann sind die Vorbedingungen für die Paschen-Gleichung nicht mehr gegeben. Selbst wenn du nicht so hoch verdichtest, das die Temperatur für eine "echte" Ionisierung langt, so kommst Du doch in Bereiche hinein, wo eine Ionisierung leichter möglich ist bzw. wenn das erste Ion da ist, schnell weitere Sekundärelektronen erzeugt werden. Abgesehen davon: Die Paschen-Gleichung beschreibt die Abhängigkeit von Abstand und Gasdruck. Der Druck ist aber eine Funktion von Volumen und Temperatur. Bei SF6 Isolierungen hat man üblicherweise nur ein halbes dutzend Bar an Druck, unter anderem weil das SF6 sonst bei Kälte zusehr zum Verflüssigen neigt, und das für die Isolierung eine Katastrophe ist, wegen der sich bildenden Inhomogenität Gas zu Flüssigkeit, Und bei Vakuumschaltern geht man nicht über ca. 80kV, weil sonst 1) die Röngenstörstrahlung zu intensiv wird und 2) Sekundärelektronen an den Elektroden gebildet werden, die bei dem vorhandensein eines einzelnen Elektrons z.B. aus der Höhenstrahlung eine Ladungsträgerlawine auslösen. Übrigens ist auch der spezifische elektrische Widerstand eines Materials eine Funktion der Feldstärke, und Du merkst bei Spannungen im fraglichen Bereich deutlich, das dort Materialien niederohmiger werden. Die Paschen gleichung ist ja ganz nett, aber praktisch stolpert man schnell in Bereiche, wo sie nicht oder nur noch eingeschränkt gilt. Über Elektrodenformen/Elektrodenpaarungen, die den Feldstärkeverlauf und damit den Durchschlag erheblich beeinflussen, wurde hier noch überhaupt nicht diskutiert. ;O) Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de
Roland D. schrieb: > dass Wechselspannung auch mal nicht-sinusförmig sein kann Kleiner Einschub: Das "nichtsinusförmige" ist zu einem großen Anteil die dritte Oberwelle und die wirkt kontra - steuert also die Spannung in Richtung rechteckig. Mithin ist das Abflachen bei hohen Amplituden die Folge von Phasenanschnittsteuerungen, die eben jene 3. Oberwelle erst generieren. Mit der Vmax aus (230V + 10%) * Wurzel (2) bist du gut bedient. Solche Schaltungen werden regelmäßig mit 400V spezifiziert und bei 2/3 Auslegung folglich auf 600V designed - was z.B. Spannungsfestigkeit von Kondensatoren angeht. Was anderes sind Messchaltungen auf großen Induktivitäten wie langen Leitungen: Dort bauen sich große Ladungen und Ströme auf, die beim Abschalten, entsprechend schwingen und induzieren. Da kann man auch gut vom Faktor 10 ausgehen. Im Hausnetz passiert da nichts, bzw hat keine Leistung. Eventuell eine SUP-Diode reinbauen.
Bernd W. schrieb: > Bei höherer Temperatur erfolgt aber irgendwann eine Ionisierung, und > dann sind die Vorbedingungen für die Paschen-Gleichung nicht mehr > gegeben. Klar, ich vermute, Paschen hat nur bei Normaltemperatur gemessen, weswegen er ja auch nur Druck und Abstand betrachtet hat. > Selbst wenn du nicht so hoch verdichtest, das die Temperatur für eine > "echte" Ionisierung langt, so kommst Du doch in Bereiche hinein, wo eine > Ionisierung leichter möglich ist bzw. wenn das erste Ion da ist, schnell > weitere Sekundärelektronen erzeugt werden. In einem Motor? hmm. Ionisierungsenergie Stickstoff liegt bei 14ev, was einer Temperatur von ~160000K entspricht. So warm wird ein Motor nicht. > Abgesehen davon: Die Paschen-Gleichung beschreibt die Abhängigkeit von > Abstand und Gasdruck. Der Druck ist aber eine Funktion von Volumen *und* > Temperatur. Da bin ich anderer Meinung: Das Paschen-Gesetz ist üblicherweise so formuliert (ich denke, weil Paschen bei Normaltemperatur gemessen hat), aber in der modernen Plasmatechnik redet man immer von "reduzierter Feldstärke" womit die Feldstärke geteilt durch die Teilchendichte gemeint ist. Diese Größe ist entscheidend, das bisschen Temperatur in technisch erreichbaren Anordnungen spielt da eher keine Rolle. > Übrigens ist auch der spezifische elektrische Widerstand eines Materials > eine Funktion der Feldstärke, und Du merkst bei Spannungen im fraglichen > Bereich deutlich, das dort Materialien niederohmiger werden. Niederohmiger? Interessant. > Die Paschen gleichung ist ja ganz nett, aber praktisch stolpert man > schnell in Bereiche, wo sie nicht oder nur noch eingeschränkt gilt. Na ja, Paschen ist IMO ja keine Gleichung, sondern nur eine Messung. Das Konzept der Townsend-Entladung liefert einen Ansatz und eine Gleichung die im Ergebnis Paschen seinen Messungen recht ähnlich sieht. Aber da hast du recht, eine Entladung in Luft bei Normalbedingungen und 1mm Abstand hat physikalisch eigentlich nichts mit einer Townsend-Entladung zu tun. > Über Elektrodenformen/Elektrodenpaarungen, die den Feldstärkeverlauf und > damit den Durchschlag erheblich beeinflussen, wurde hier noch überhaupt > nicht diskutiert. ;O) Ja, ein sehr schönes Thema.... Gruß, Roland
Hallo Roland. Roland D. schrieb: > Klar, ich vermute, Paschen hat nur bei Normaltemperatur gemessen, > weswegen er ja auch nur Druck und Abstand betrachtet hat. Damals war das aufwändig genug. > In einem Motor? hmm. Ionisierungsenergie Stickstoff liegt bei 14ev, was > einer Temperatur von ~160000K entspricht. So warm wird ein Motor nicht. > Na, in einem Ottomotor hast Du auch noch anderes als nur Stickstoff. Du hast ein Luft Brennstoff Gemisch, das zwar nicht bis zur Selbstzündung wie im Diesel verdichtet wird, aber Du kommst ein bisschen in die Nähe. Die Flamme einer Verbrennung ist auch ionisiert, und die ist deutlich kälter als 160000k. Ok, die Energie dazu kommt aus der chemischen Umsetzung, aber es spricht nichts dagegen, dass sich die Energie einer Stoßionisierung aus verschiedenen Quellen speisst. > Da bin ich anderer Meinung: Das Paschen-Gesetz ist üblicherweise so > formuliert (ich denke, weil Paschen bei Normaltemperatur gemessen hat), > aber in der modernen Plasmatechnik redet man immer von "reduzierter > Feldstärke" womit die Feldstärke geteilt durch die Teilchendichte > gemeint ist. Diese Größe ist entscheidend, das bisschen Temperatur in > technisch erreichbaren Anordnungen spielt da eher keine Rolle. Ok, da bin ich zu lange raus. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de
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Roland D. schrieb: > Eben. Die Sache (die Normen) ist alles in allem hochgradig löchrig. > Beispiel: > 1cm^2 Plattenkondensator, Dielektrikum 3mm Silikon und 1mm Luft. In der > Luft zündet ein Plasma (eine stille Entladung, also kein Durchschlag > durch die Isolation) bei etwa 7kV. Jetzt lege ich 14kV Wechselspannung > an. Verlustleistung (Rechnung kann ich auf Wunsch nachliefern): 90mW/Hz > Kühlleistung durch Konvektion bei 200K über Umgebung: 2300mW > Daher ab einer Wechselspannungsfrequenz von mehr als 2.5kHz brennt die > Isolation mit der Zeit weg. Obwohl offiziell die Durchschlagspannung von > 3mm Silikon bei rund 100kV liegen sollte. Aber auch das wird in den Normen betrachtet. Welche eigentlich, ich nehme zumeist die 50178, "Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln.". Und dort steht sowas dann weiter hinten, bei den notwendigen Prüfungen. TE-Aussetzspannung wäre das Stichwort. Das Phänomen ist ja lange bekannt, und betrifft, zumindest in meinem Anwendungsfeld, eher Trafos und Ähnliches.
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