Absorption

Wenn Sie eine Spannung über ein Dielektrikum anlegen, verteilt sich die Energie nicht gleichmäßig darin. Ein Teil der Energie bleibt in der Molekülstruktur der Isolierung selbst stecken, gehalten durch polarisierte Atome und Moleküle, die gezwungen wurden, sich auszurichten. Diese Speicherung von elektrischer Energie nach Entfernen der Spannungsquelle ist Absorption und tritt in Kabeln, Kondensatoren, Durchführungen und Transformatorwicklungen in jedem Stromnetz auf.

Der Effekt ist messbar und erheblich. Ein Hochspannungskabel, das Strom geführt hat, wird nach dem Trennen weiterhin langsam Energie abgeben, selbst wenn kein äußerer Stromkreis vorhanden ist. Die Zeitkonstante für diese Entladung liegt je nach Material zwischen Sekunden und Stunden: moderne Kunststoffe wie Polyethylen entladen sich relativ schnell, während ältere Papier-Öl-Systeme in Transformatoren Ladung tagelang halten können. Deshalb können spannungslose Geräte lange nach dem Ausschalten noch gefährlich sein.

Warum Absorption bei Messungen und Betrieb wichtig ist

Absorption verursacht zwei praktische Probleme. Erstens verdeckt sie die tatsächliche Isolationsfestigkeit bei der Messung. Ein Megohmmeter zeigt unmittelbar nach dem Trennen von Hochspannung künstlich niedrige Widerstandswerte an, weil die Absorptionsentladung noch fließt. Sie müssen eine festgelegte Zeit, typischerweise 60 Sekunden, zwischen dem Entfernen der Spannung und der Messung warten, damit die Absorption abklingt und Sie eine stabile Zahl erhalten. Zweitens kann absorbierte Energie sich während der Wartung unerwartet wieder entladen und eine Stromschlaggefahr schaffen. Eine Kondensatorbank oder ein langes Kabel, das null Volt anzeigt, kann einen gefährlichen Stoß abgeben, wenn der Entladungspfad unterbrochen ist und es gestört wird.

Die Menge der absorbierten Energie hängt von der Polarisierbarkeit des Dielektrikums, der angelegten Spannung, der Anwendungsdauer und der Temperatur ab. Mineralöl in Transformatoren zeigt starke Absorption, weshalb die Prüfverfahren für Transformatorenisolation genormte Wartezeiten enthalten. Polymerkfilme zeigen weniger Absorption als Papier, was sie für modernes Schaltgerät und Kabelisolation attraktiv macht. Feuchte in der Isolierung erhöht die Absorption dramatisch und deutet auch auf Verschleiß hin, daher offenbaren Absorptionsmessungen bei Inbetriebnahme und Zustandsprüfungen die Gesundheit des Dielektrikumsystems.

In Elektronormen wird Absorption als Teil des Polarisationsindextests quantifiziert, der Isolationsfestigkeitsmessungen vergleicht, die 10 Sekunden und 60 Sekunden nach Anlegen der Prüfspannung genommen werden. Ein Verhältnis über 1,4 deutet typischerweise auf saubere, trockene Isolierung hin; Verhältnisse unter 1,1 deuten auf Feuchte, Verschmutzung oder Alterung. Diese einfache Messung hat unzählige ausfallende Transformatoren und Kabel vor katastrophalem Ausfall bewahrt.