HH1

Ein elektrischer Durchschlag ist die Überführung einer ursprünglich isolierenden Luftstrecke in einen leitfähigen Zustand durch Ausbildung eines ionisierten Entladungskanals, der die Elektroden elektrisch verbindet.

Luft enthält praktisch keine freien Ladungsträger, besitzt eine extrem geringe Leitfähigkeit (~10⁻¹⁸ S/m) und kann ohne äußere Ionisation keinen Strom führen.

(1) Bereitstellung von Anfangsladungsträgern, (2) Vermehrung der Ladungsträger im elektrischen Feld, (3) Ausbildung eines selbstständigen Entladungsmechanismus.

Aus kosmischer und terrestrischer Strahlung sowie aus Elektronenemission an Elektroden (Feld-, Thermo- oder Photoemission).

Wegen ihrer sehr hohen Beweglichkeit können sie im Feld schnell Energie aufnehmen und Stoßionisation auslösen; Ionen sind dafür zu träge.

Ein beschleunigtes Elektron ionisiert bei einem Stoß ein neutrales Gasmolekül, wenn seine kinetische Energie größer als die Ionisationsenergie ist.

Die Anzahl der Stoßionisationen pro Weglänge und Elektron; er beschreibt die Stärke der Ladungsträgervermehrung.

Er beschreibt den Verlust freier Elektronen durch Anlagerung an Moleküle (z. B. O₂, H₂O) und reduziert die effektive Ionisation.

Wenn die effektive Vermehrung positiv ist, also α − η > 0, und genügend freie Weglänge zur Energieaufnahme vorhanden ist.

Weil sie räumlich begrenzt ist und ohne Rückkopplung nach ihrem Durchlauf wieder erlischt.

Eine Rückwirkung der Entladung auf die Elektrode (Ionen- oder Photoneneinwirkung), die neue Start-Elektronen für weitere Lawinen erzeugt.

Durch die unterschiedliche Beweglichkeit von Elektronen (schnell) und Ionen (langsam), wodurch Ladungstrennung und lokale Ladungsansammlungen entstehen.

Sie erzeugen ein Eigenfeld, das das äußere Feld lokal verstärkt oder schwächt und den Entladungsverlauf entscheidend beeinflusst.

Lawinen sind lokal begrenzt; Streamer besitzen ein starkes Eigenfeld und können sich selbstständig über große Strecken ausbreiten.

Wenn im Lawinenkopf eine kritische Elektronenzahl von etwa 10⁸ erreicht wird und das Eigenfeld dominant wird.

Sie erzeugt freie Elektronen vor der Entladungsfront und ermöglicht dadurch die fortschreitende Ausbreitung des Streamers.

Die mittlere Feldstärke, die erforderlich ist, damit sich ein Streamer räumlich fortpflanzen kann.

Etwa 5 kV/cm.

Etwa 10 – 15 kV/cm.

Die Durchschlagspannung ist bei positiver Spitze geringer als bei negativer Spitze.

Wegen geringeren Spannungsbedarfs und günstiger Raumladungsverteilung („vorgeschobene Spitze“).

Weil das Feld nahezu homogen ist und keine stabilen Teilentladungen entstehen.

In der Halbschwingung, in der die Spitze positiv geladen ist.

Dort ist die Feldstärke maximal und sowohl Zünd- als auch Ausbreitungskriterium sind erfüllt.

Den Zusammenhang zwischen Durchschlagspannung und dem Produkt aus Druck und Elektrodenabstand im homogenen Feld.

Wegen des Gegenspiels von Stoßhäufigkeit und freier Weglänge bei sehr kleinen oder großen p·d-Werten.

Weil dort stark inhomogene Felder und Streamermechanismen dominieren.

Höhere Temperatur senkt die Gasdichte, vergrößert die freie Weglänge und reduziert meist die Durchschlagspannung.

Sie erhöht die Elektronenanlagerung und erschwert den Entladungsaufbau, wodurch die Durchschlagspannung steigt.

Um Messergebnisse unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen vergleichbar zu machen.

Die Spannung, bei der erstmals Teilentladungen auftreten.

Teilentladungen können auftreten, ohne dass es zum vollständigen Durchschlag kommt.

Sie verändert die Feldverteilung, sammelt Ladung und erhöht dadurch die Durchschlagspannung.

Zu nahe an Elektroden ist sie unwirksam, ungünstige Lagen fördern Gleitentladungen.

Wegen zeitlich veränderlicher Felder und kapazitiver Ströme entlang der Grenzfläche.

Leader sind heiße, thermisch ionisierte Kanäle mit sehr geringem Spannungsbedarf; Streamer sind kalt und feldgetrieben.

Das Entladungsverhalten in Luft wird maßgeblich durch Feldinhomogenität, Polarität, Raumladungen und Spannungsart bestimmt.