Untersuchung isolierender Werkstoffe und Teilentladungen

TU Kaiserslautern 

Lehrstuhl Hochspannungstechnik und EMV 

Vertiefungslabor Energietechnik 

Untersuchung isolierender Werkstoffe und Teilentladungen 

Versuch : 

0. Vorbemerkungen 

1. Einleitung 

2. Was sind Teilentladungen ? 

2.1. Innere Teilentladung: 

2.2. Äußere Teilentladung: 

3. Modellierung der TE 

4. Charakteristische Teilentladungsbilder 

5.1 Innere TE - Quellen 

5.2 Modellierung Innerer TE 

5.3 Äußere TE – Quellen 

5.4 Modellierung Äußerer TE 

6. Polaritätseffekt bei Äußeren – TE 

7. Raumladungsfeld 

8. Teilentladungsmessung 

9. Dielektrische Verluste 

10. Scheringmessbrücke 

10.1. Zeigerdiagramm der Scheringbrücke 

11.Wirkungsweise eines Oszillographischen Nullindikators 

12. Versuchsdurchführung und –Protokoll 

1



0. Vorbemerkungen 

Vor der Versuchsdurchführung lesen Sie sich bitte nochmals die bei der 

Erstbesprechung herausgegebenen Sicherheitsvorschriften aufmerksam durch. Sichere 

Kenntnis, Beachtung und Anwendung dieser Regeln ist die Grundvoraussetzung für 

die Durchführung der Versuche in der Hochspannungstechnik. Ohne diese 

Kenntnisse (insbesondere der fünf Sicherheitsregeln) kann eine Durchführung 

des Laborversuchs nicht verantwortet werden! Weiterhin ist die Versuchsanleitung 

so ausgelegt , dass sie ohne Vorkenntnisse und ohne zusätzliche Literatur 

nachvollziehbar ist. Sollten Sie schon ausreichende Kenntnisse besitzen um die 

Testatfragen zu beantworten ist es nicht Notwendig die Vorbereitung 

durchzuarbeiten. Im Testat werden nur die in dem Versuchsprotokoll aufgeführten 

Testfragen gestellt. 

Die fünf Sicherheitsregeln: 

1. Allpolig freischalten! 

2. Gegen Wiedereinschalten sichern! 

3. Auf Spannungsfreiheit prüfen ! 

4. Erden und Kurzschließen ! 

5. Benachbarte unter Spannung stehende Teile, 

abschranken oder abdecken. 

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1. Einleitung 

Die Isolation spielt eine entscheidende Rolle in sicheren elektrischen Betriebsmitteln. 

Mit Hilfe aufwendiger Kontrollen und Überwachung der Isolatoren während der 

Produktion und sind Unregelmäßigkeiten an den Isolierstoffvolumen während der 

Herstellung oder im Betrieb nicht auszuschließen. Die Messgrößen die zur Beurteilung 

des Isolators herangezogen werden , werden an den Klemmen des Betriebsmittel 

gewonnen. Darüber werden die Vorgänge und den Zustand im inneren des Isolators 

gewonnen. Diese Ergebnisse werden dann durch eine geeignete Modellierung 

ausgewertet. 

Um die Qualität einer Isolierung zu Beurteilen ist die Teilentladungsmesstechnik eine 

bewährte Methode. Ein entscheidender Vorteil dieses Verfahrens ist die Tatsache dass 

gegenüber anderen Messmethoden der Prüfling einer zerstörungsfreien Prüfung 

unterzogen wird. Somit ist es möglich die Schwächen in der Isolation kostengünstig 

und schnell zu ermitteln, teilweise sogar während des laufenden Betriebs. 

Bei homogenen oder schwach inhomogenen elektrischen Feldern führt der Einssatz 

selbstständiger Entladungen sofort zum Durchschlag. Diese Erkenntnis kann mit Hilfe 

des Schwaigerischen Ausnutzungsfaktor gewonnen werden. 

Bei einer elektrischen Beanspruchung einer Geometrie wo sich ein stark inhomogener 

Feldverlauf ausbreitet kommt es nicht sofort zu einem vollständigen Durchschlag, 

obwohl die elektrische Durchschlagsfeldstärke örtlich überschritten ist. Es entstehen 

Teilentladungen ( TE, engl.: partial discharges = PD ). Dabei wird der Übergang 

zwischen Isolation und Elektrode nur teilweise überbrückt. 

Sehr häufig sind Teilentladungen durch Geräusche wahrnehmbar. Bei Teilentladungen 

redet man auch von Korona oder Spratzen. Ein gegenwärtiges Beispiel dafür sind die 

Geräusche an der Hochspannungsleitung bei hoher Luftfeuchtigkeit oder im Winter. 

3



Um die Gefahr möglicher Schädigungen an den Isolationen einzuschätzen , die durch 

die Teilentladungen verursacht werden, ist es nötig die damit verbunden 

physikalischen und chemischen Wirkungen zu kennen. Daraus wird ersichtlich dass es 

zwingend notwendig ist , auftretende Teilentladungen in Isolatoren messtechnisch zu 

ermitteln. 

2. Was sind Teilentladungen ? 

• Lokale elektrische Überbeanspruchung von Isoliermaterialien 

• Lokal begrenzte Durchschlagprozesse 

• Kurzzeitige Ladungsänderung an externen Anschlüssen 

• Teilentladung (TE) ist eine lokale elektrische Entladung, welche in Fehlstellen 

oder Inhomogenitäten entsteht. An den Prüflingsanschlüssen wird der 

Stromimpuls der TE gemessen. 

• Die Maßeinheit für die Teilentladung ist Coloumb [C] (1C enstpricht 1As). 

Übliche Messwerte für die Teilentladungen liegen zwischen 1 und 10000 pC. 

• In der Regel geht man davon aus, dass Teilentladungen kleiner 10 pC zu keiner 

Schädigung des Isolierstoffes führen. 

• Bei der Teilentladungsmessung handelt es sich um eine sogenannte 

“zerstörungsfreie Prüfung”, d.h. wenn keine hohen TE-Pegel auftreten, so wird 

der Prüfling nicht geschädigt. Zudem erhält man mit der 

Teilentladungsmessung einen Messwert über die Qualität des Prüflings. 

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Erscheinungsformen von TE an einfachen Isolieranordnungen 

A - TE im festen Isolierstoff (Treeing-Kanäle) 

B - Koronaentladung an Spitzen oder Kanten 

C - Oberflächen- oder gleitentladung 

D - Entladung in einem Schichtmaterial 

E - Hohlraumentladung in gasgefüllten Hohlräumen 

Unter dem Begriff „Teilentladung“ versteht man eine Vielzahl von 

phänomenologischen Entladungserscheinungen, dabei wird unterschieden zwischen 

innerer und äußerer Teilentladung. 

Es wird unterschieden zwischen “äußerer TE” außerhalb und “innerer TE” innerhalb 

des Prüflings. 

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2.1. Innere Teilentladung: 

Entladungen in gasgefüllten Hohlräumen in festen oder flüssigen Isolierstoffen. Der 

Gasraum kann dabei vollkommen vom Isolierstoff umgeben sein oder teilweise an 

eine Elektrode grenzen. 

Entladungen in festen Isolierstoffen, deren Struktur bereits durch vorhergehende 

Teildurchschläge aufgebrochen ist (treeing). 

2.2. Äußere Teilentladung: 

Oberflächen- oder Gleitentladungen an den Grenzschichten unterschiedlicher 

Isolierstoffe, wie z. B. an der Grenzfläche Gas/Feststoff oder Feststoff/Feststoff. 

Koronaentladungen an Spitzen, Kanten oder zylindrischen Leitern in Gasen, z. B. in 

Luft, gasisolierten Anlagen oder flüssigen Isolierstoffen. 

3. Modellierung der TE 

Entsprechend der dem Elektroingenieur geläufigen Vorgehensweise zur Erklärung 

elektrischer Phänomene möglichst auf Netzwerke mit konzentrierten Elementen 

zurückzugreifen, ist schon frühzeitig der Weg beschritten worden, Ersatzschaltbilder 

(ESB) für Anordnungen mit Teilentladungen zu entwickeln. 

Somit ist es möglich in den meisten Fällen auf Ort und Art des Fehlers zu schließen. 

Für die Messung der Intensität von Teilentladungen ist für eine Diagnose wenig 

hilfreich, weil an den Ladungsklemmen nur die „scheinbare Ladung“ gemessen wird 

und nicht die „wirkliche Ladung“ eines Teilentladungsimpuls. 

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Darum hat man ein Konzept entwickelt um mit aussagekräftigen Kenngrößen die an 

den äußeren Messklemmen auftreten und mit einem Oszilloskop darstellbar sind, die 

Teilentladungen zu beurteilen. 

• Phasenlage der Teilentladungen 

• Polaritätseffekte 

• Impulshäufigkeit und –Regelmäßigkeit 

• Verhältnis von TE-Einsetzspannung zu TE-Aussetzspannung 

4. Charakteristische Teilentladungsbilder 

Mit einem empfindlichen Teilentladungsmessgerät werden die in einem 

Teilentladungsmesskreis Ströme an den Messklemmen verstärkt und am Oszilloskop 

dargestellt. Am Oszilloskop sind somit die charakteristischen Teilentladungsbilder mit 

ihrem Bezug zur anliegenden Wechselspannung zu erkennen. Die Amplitude der 

Impulse am Oszilloskop stellt ein Maß für die Impulsladung dar. Die 

charakteristischen Teilentladungsbilder stellen den Zustand kurz nach dem 

Teilentladungseinsatz dar. Bei weiterem erhöhen der Spannung , werden die 

Entladungsbilder sich erheblich verändern. Zu Beachten ist dass in den 

Oszilloskopbilder die positive Halbwelle der Wechselspannung oben und die negative 

Halbwelle der Wechselspannung unten dargestellt ist. Zwei Darstellungen für die 

charakteristische Teilentladungsbilder befinden sich im Anhang. 

Um im folgendem einige Begriffe zu Verstehen werden diese wie folgt definiert : 

Teilentladungseinsetzspannung (TEES) : Dies ist die niedrigste Spannung , bei der im 

Prüfkreis Teilentladungen beobachtet werden, wenn die an Prüfling angelegte 

Spannung langsam gesteigert wird. 

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Teilentladungsaussetzspannung (TEAS) : Dies ist die niedrigste Spannung, bei der 

noch im Prüfkreis Teilentladungen beobachtet werden können, wenn die am Prüfling 

angelegte Spannung, bei welcher noch Teilentladungen auftreten, abgesenkt wird. 

In einem Hystereseversuch, der nicht sehr weit über die Teilentladungseinsatzspannung 

hinausgeführt werden muss, wird das Verhältnis von TE - Einsetzspannung 

zu TE -Aussetzspannung bestimmt. Dabei kann in der Regel zwischen 

Koronaentladungen einerseits und Hohlraum- bzw. Oberflächenentladungen 

andererseits unterschieden werden. 

Scheinbare Ladung q : Die scheinbare Ladung q einer Teilentladung ist die Ladung, 

kurzzeitig zwischen den Klemmen des Prüflings eingespeist, die Spannung zwischen 

diesen Klemmen vorübergehendem den selben Wert ändert wie die Teilentladung 

selbst. Die scheinbare Ladung wird in Picocoulomb ausgedrückt. 

Die wahre Ladung ist die Summe der Oberflächenentladungen auf einer 

Isolierstoffbarriere. Diese Ladung kann nicht gemessen werden. Allerdings stoßen die 

negativen Oberflächenentladungen Elektronen der Elektrode ab. Dann ist es möglich 

über einen über einen Kapazitiven Messkreis, diesen Verschiebungsstrom zu messen. 

Dann resultiert aus dem Strom – Zeit – Integral die scheinbare Ladung q. 

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Phasenlage der Teilentladungen : Ein weiteres wichtiges Kriterium zur Beurteilung der 

Teilentladungsintensität über der Spannung , dabei wird die Intensität der scheinbaren 

Ladung logarithmisch über die Spannung aufgetragen. Bei einer gegebenen Geometrie 

ist die Phasenlage der Teilentladungsimpulse charakteristisch für den Ort der 

Teilentladung. Je nach Anordnung ergeben sich charakteristische Bilder , mit welchen 

eine Aussage auf den möglichen Ort der Teilentladung rückgeschlossen werden kann. 

5.1. Innere TE - Quellen 

Innere Te – Quellen entstehen wenn an Leitern und Spitzen kleine Krümmungsradien 

vorhanden sind , wodurch die Feldstärke an dem Punkt erhöht wird oder an leitfähige 

Partikel wobei die Flüssigkeit als Isolator dient. (Bild1) 

Diese erhöhte Feldstärken sind in Flüssigkeiten weniger kritisch als in Gasen weil die 

Flüssigkeiten eine erhöhte Festigkeit besitzen. Falls das Gas in den Flüssigkeiten sich 

in Form von Gasschichten oder Bläschen ausbreitet , stellt das eine besondere Gefahr 

dar. Die Festigkeit des Isolators nimmt somit drastisch ab , wodurch bei kleinerer 

Feldstärke Teilentladungen auftreten, weil die ohnehin schon elektrisch schwache 

Gasblase durch die Feldverdrängung stärker beansprucht wird. (Bild 2) 

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Insbesondere werden isolierende Flüssigkeiten wie Öl durch die umgebende 

Feuchtigkeit sehr stark beeinflusst. Diese Feuchtigkeit führet dazu dass die elektrische 

Festigkeit sehr stark abgesenkt wird. Der schlimmste Fall tritt dann ein , wenn sich 

tröpfchenförmiges Wasser aus dem Öl ausscheidet. Um diesen Feuchtigkeitseinfluss 

zu verhindern müssen ölisolierte Geräte mit entgastem und getrocknetem Öl unter 

Vakuum gefüllt werden. 

Tangentiale Überbeanspruchungen von den Isolierstoffübergängen wie sie an den 

Rändern Kondensatordielektrika auftreten , können durchaus zu 

Oberflächenentladungen führen. 

(Bild 3) 

Weiterhin können in Pressspannbarrierensystem bei Transformatoren innere TE 

auftreten wenn sich sogenannte Faserbrücken ausbilden.(Bild 4) 

Bei festen Isolierstoffen ist wegen der hohen elektrischen Festigkeit der Isolierstoffe 

die Verhältnisse anders. Anders als in Flüssigen Isolierstoffen treten dort die 

Teilentladungen praktisch nur durch innere Fehlstellen im Dielektrikum auf. Es 

handelt sich dabei meistens immer um Hohlräume , wobei man davon ausgeht dass 

diese Hohlräume mit Luft gefüllt sind. Durch die eingeschlossene Luft wird die 

elektrische Festigkeit im Dielektrikum herabgesetzt aufgrund der erhöhten 

Feldverdrängung. In diesem Fall spricht man auch von sogenannten Lunker. (Bild 5) 

Im Dielektrikum können Spalten entstehen durch Ablösung zwischen Dielektrikum 

und Elektrode. Mechanische Beanspruchungen und Versprödungen führen dazu dass 

Risse im Dielektrikum entstehen. (Bild 6) 

Ein erheblicher Nachteil nach einer Entladung in festen Isolierstoffen besteht darin , 

dass die festen Dielektrika nicht die Fähigkeit der Regeneration besitzen. Anders als 

bei den Flüssigkeiten und Gasen. Dadurch kommt es zur fortschreitenden Erosion 

wodurch sich extreme Anforderungen an die Fertigungsqualität fester Isolierstoffe 

ergeben. 

10



In Gasen entstehen Koronaentladungen ebenfalls wie in Flüssigkeiten durch eng 

verrundete Spitzen oder Kanten, wodurch eine lokale Felderhöhung auftritt. Leiter mit 

zu geringem Durchmesser stellen ebenfalls eine Spitze dar , ebenso wie schafkantige 

Partikel. Elektroden die sich in Gasisolierstrecken befinden und auf denen durch 

Herstellungseinflüsse Oberflächenfehler entstehen sowie Kratzer, 

Schmutzablagerungen und Rauhigkeiten entstehen führen ebenfalls zu 

Teilentladungen. Leitfähige Partikel in einer Gasisolierstrecke z.B.: in Form von 

metallischer Späne sind besonders kritisch für Teilentladungen. Deshalb bedürfen 

Montage und Fertigung von gasisolierten Strecken besonderer Sorgfalt. 

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5.2. Modellierung Innerer TE 

Durch eine Fehlstelle im Dielektrikum entstehen innere TE. Die Teilentladungen 

werden durch ein geeignetes Model durch ein Ersatzschaltbild dargestellt. Im 

kapazitivem Ersatzschaltbild ist der gasförmige Einschluss in einem festen oder 

flüssigen Isolierstoff durch C 1 symbolisiert. (Hohlraum, Lunker, Fehlstelle). 

Die in Reihe mit dem gasförmigen Einschluss liegende Kapazität des gesunden 

Dielektrikums stellt C 2 dar. Die parallel liegende Kapazität C 3 zu Reihenschaltung C 1 

und C 2 symbolisiert das intakte Dielektrikum. C 3 entspricht nahezu der 

Gesamtkapazität der Anordnung. 

Bei Wechselspannung erfolgt die Nachladung durch den kapazitiven 

Verschiebungsstrom der über die Teilkapazität C 2 fließt. Es gilt also dass C 3 >>C 2 . 

Außerdem ist auch C 1 >>C 2 und meistens kann man auch C 3 >C 1 annehmen. 

Der gasförmige Einschluss schlägt beim erreichen einer ausreichend hohen 

Zündspannung u z durch. Dies wird durch die Funkenstrecke F parallel zu C 1 

veranschaulicht. Der eingezeichnete Wiederstand R in Reihe zu der Funkenstrecke 

deutet den Widerstand des Entladungskanal nach Ansprechen der gedachten 

Funkenstrecke an . 

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Wird an die Klemmen der Ersatzschaltung eine sinusförmige Wechselspannung u(t) 

angelegt, so erscheint an der Fehlstellenkapazität C 1 für den Fall, dass keine Zündung 

der Funkenstrecke erfolgt, die Hohlraumspannung u10(t) = u1 . Entsprechend gilt dann 

das kapazitive Teilerverhältnis zwischen C 2 und C 3 ohne eine Phasenverschiebung 

von u(t) und u 1 . 

u10 t = C2 / C1 + C2 

u t 

( ) ( ) ⋅ 

Überschreitet die Hohlraumspannung die Zündspannung u z der Gasstrecke kommt es 

zu einer selbstständigen Entladung im Hohlraum unter der Voraussetzung, dass die 

Funkenstrecke F bei einer konstanten und polaritätsunabhängigen Zündspannung u z 

durchzündet und ihre Löschspannung u Null ist, ergibt sich an C der dargestellte 

1 1 

Spannungsverlauf u 1 (t). Als Folge der Funkenstreckendurchschläge zu den 

Zeitpunkten t 1 ,t 2 ,t 3 ,…,t m einsetzenden Ausgleichsvorgänge fließen Impulsartige 

Ströme I TE in den Zuleitungen. Diese Impulsströme werden sich dem netzfrequenten 

Verschiebungsstrom überlagern und somit das Netz zusätzlich belasten. 

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Beim Absenken der Wechselspannung können Teilentladungen weiter existieren, auch 

wenn der Scheitelwert der Hohlraumspannung ohne Teilentladungen den Wert der 

Zündspannung nicht mehr erreicht. Wird die Löschspannung erreicht können keine TE 

mehr zünden. Die Teilentladungsaussetzspannung ist erreicht. 

Theoretisch kann die TE - Aussetzspannung um 50% unter der TE - Einsetzspannung 

liegen. Im Praktischen werden aber tatsächlich Absenkungen von 10%-35% 

festgestellt. Geräte müssen folglich demnach so konstruiert werden dass die 

Betriebsspannung auf jeden Fall unter de TE - Aussetzspannung liegt. Dadurch wird 

sichergestellt, dass vorübergehende Überspannungen die TE zünden werden auch 

wieder sicher während des Betriebs bei Betriebsspannung auch wieder löschen. 

5.3 Äußere TE – Quellen 

Die äußeren Teilentladungen beschränken sich auf Teilbereiche der Isolation und 

führen somit nicht zu einem sofortigen Durchschlag oder Überschlag. Wie bei den 

Inneren TE ist auch hier die Ursache auf inhomogene Felder zurückzuführen. 

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Bei einem dünnen Leiter wird sich unmittelbar in seiner näheren äußeren Umgebung 

eine hohe Feldstärke einstellen aufgrund der Inhomogenität. In der direkten Nähe des 

dünnen Leiters werden sich somit selbstständige Gasentladungen z.B. in Luft 

ausbreiten. Wegen der starke Abnahme des elektrischen Feldes in Richtung Erdboden 

hin , also zur Gegenelektrode. 

Diese Anordnung ist typisch für eine Vielzahl von technischen Produkten, die mit 

möglichst geringem Aufwand die erforderliche Spannungsfestigkeit erreichen. Äußere 

Teilentladungen können bei einer Vielzahl von hochspannungstechnischen 

Anordnungen auftreten und daher nahezu jedes Betriebsmittel oder jede Anlage in der 

elektrischen Energietechnik betreffen. 

Die zweite wichtigste Klasse von Anwendungen , bei denen äußere Teilentladungen 

entstehen können , sind die Isolierstoffe an deren Oberfläche hohe elektrische 

Feldstärke konstruktionsbedingt auftreten. 

Diese Form der Teilentladungen werden auch Oberflächenentladungen genannt. Eine 

besondere Herausforderung bei der Konstruktion ist es ,diese Entladungen zu 

Vermeiden. 

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Die Oberflächenentladungen in Gasen bzw. Luft stellen in der Hochspannungstechnik 

somit eine besonderes Grundproblem dar. In der Praxis wird versucht mit Hilfe von 

kapazitive Potential-Steuerungen sogenannte Durchführungen z.B.: bei 

Transformatoren oder durch geometrische Feldsteuerung bei Kabelendverschlüsse die 

Oberflächenentladung zu unterdrücken. Bei den Hochspannungsisolatoren versucht 

man den Kriechweg der Oberflächenentladung zu verlängern indem der Isolator nicht 

einen vollen Zylinder darstellt, sondern mit radialen Vertiefungen versehen ist. 

5.4. Modellierung äußerer TE 

Zur Veranschaulichung der äußeren TE wird oft die Spitze – Platte Anordnung 

bevorzugt. Zudem lässt sich dafür ein einfaches „klassisches“ Ersatzschaltbild 

darstellen. In der Umgebung der Spitze ist durch das starke inhomogene Feld ein 

ausreichend hohes elektrisches Feld. Dieser Feldbereich wird als Kondensator C 

modelliert. Nur in diesem Bereich können die für die Gasentladung ionisierende 

Prozesse ablaufen. Die Funkenstrecke F simuliert die Entladung des Kondensators , 

somit also die Gasentladung im Bereich der Spitze. Die danach verbleibenden Ionen 

im Gasraum fließen dann über die Elektrode ab. Dies wird mit dem Wiederstand R 

dargestellt. 

Dieses Ersatzschaltbild erklärt die Tatsache, dass äußere Teilentladungen weitgehend 

abhängig vom Augenblickswert der Hochspannung auftreten, Bereiche mit geringeren 

Augenblickswerten der Hochspannung unterhalb der Zündspannung u z dagegen 

teilentladungsfrei bleiben. An Spitzenelektroden in Luft können jedoch je nach 

Augenblickswert der Feldstärke sehr unterschiedliche Entladungsformen auftreten. 

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Die sinusförmige Prüfspannung ist die Gesamtspannung der Spitze – Platte 

Anordnung. Die Spannung UC am Kondensator folgt dem sinusförmigen Verlauf. 

Beim erreichen der Zündspannung wird der Kondensator über die Funkenstrecke 

entladen. Nach dem Löschen der Funkenstrecke wird der Kondensator über den 

Wiederstand geladen. Dies stellt ein Reihenglied mit einer Zeitkonstante R/C dar. 

Diese Zeitkonstante bestimmt die Folgefrequenz der Entladungen. Charakteristisch für 

äußere Teilentladungen ist das Auftreten der äußeren Teilentladungen um die 

Scheitelwerte der anliegenden Wechselspannung. Die Höhe der Wechselspannung hat 

auch einen Einfluss auf die pro Halbwelle auftretenden Entladungen. 

Die Modellierung der äußeren TE und der daraus resultierende Verlauf der Spannung 

wird zudem auch noch über die Physik der Gasentladungsprozesse ermöglicht. Dies ist 

in der Literatur nachzuschlagen. Ein tieferes Verständnis der Mechanismen kann 

allerdings erst durch die Betrachtung der physikalischen Vorgänge der 

Gasentladungsprozesse gewonnen werden. 

6. Polaritätseffekt bei Äußeren – TE 

An einer Spitze – Platte Anordnung wird die Wechselspannung kontinuierlich 

gesteigert. Die ersten äußeren Teilentladungen entstehen bei negativer Polarität der 

Spitze im Scheitelwert der Wechselspannungen. Die Elektronenlawinen laufen von der 

Spitze in den Gasraum hinein. Mit der räumlich abnehmenden Feldstärke lagern sich 

die Elektronen an und bilden negative Ionen. 

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Zusammen mit den vor der Spitze verbleibenden positiven Ionen bildet sich ein 

Raumladungsfeld, das den Entladungsprozess beendet. Erst wenn die negativen Ionen 

weit genug abgewandert sind, und die Zündfeldstärke wieder erreicht wird , kann es 

zum nächsten Entladungsimpuls kommen. Die positiven Ionen erhöhen die Feldstärke 

der negativen Spitze, dies führt zu der niedrigen Einsatzfeldstärke bei negativer Spitze. 

Bei positiver Spitze starten die Elektronen im Gasvolumen vor der Spitze, wo 

aufgrund der inhomogenen Feldverteilung die Feldstärke noch ausreichend hoch ist. 

Bei positiver Spitze erfordert der Einsatz der äußeren Teilentladungen je nach 

inhomogenität des Feldes eine etwas höhere Feldstärke. Die Elektronenlawinen 

können sich mit Hilfe des Raumladungsfeldes der positiven Ionen vor der positiven 

Spitze weiter in das Gasvolumen hinein ausbilden. Dadurch werden die gemessenen 

Scheinladungen erheblich größer als bei negativer Spitze. 

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7. Raumladungsfeld 

Das Verhältnis zwischen den influenzierten Oberflächenladungsdichten an der 

positiven Spitze (Q1) und an der negativen Platte (Q2) an der negativen Platte wird 

durch das eindimensionale Raumladungsfeld dargestellt. Die negative und positive 

Differenzfläche bei den beiden Kurven heben sich bei einem Raumladungsfeld auf. In 

einer einfachen Näherung verhält sich die scheinbare Ladung umgekehrt proportional 

zu Schlagweite der inhomogenen Anordnung. 

8. Teilentladungsmessung 

Für TE-Prüfungen sind in der IEC-Norm 60270 zwei Grundschaltungen angegeben. 

Für die Position der Messimpedanz (Ankopplungsvierpol) im Prüfkreis gibt es drei 

Möglichkeiten, die aus der Schaltung ersichtlich sind. Prinzipiell besteht ein TE- 

Prüfkreis aus folgenden Bestandteilen: 

• einem Prüfling C a 

• einem Koppelkondensator C K 

• einem Messsystem MI mit einer Messimpedanz CD 

• einer Hochspannungsquelle 

• Hochspannungsverbindungen 

• einer Impedanz oder einem Filter Z 

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Um die Teilentladungsstärke bei einer festgelegten Prüfspannung messen zu können, 

ist Voraussetzung, dass alle Komponenten des TE - Prüfkreises bis deutlich über der 

Prüfspannung teilentladungsfrei sind. 

Die hochfrequenten TE - Impulse sind der Prüfspannung überlagert und müssen zur 

Messung in geeigneter Weise aus dem Prüfkreis ausgekoppelt werden. 

Eine sehr häufig verwendete Schaltung ist unten wiedergegeben. Hierin ist der 

Prüfling vereinfacht als Kondensator C a dargestellt. Die TE - Impulse gelangen von C a 

über einen Koppelkondensator C K zur Messimpedanz CD. 

Prinzipiell ist ihre Aufgabe, die niederfrequenten Anteile (50 Hz -Netzkomponente) 

des über den Koppelkondensator fließenden Stroms herauszufiltern und das 

höherfrequente Spektrum möglichst breitbandig an das Messgerät MI zu übertragen. 

Die Kapazität des Koppelkondensators C K sollte möglichst groß sein gegenüber der 

Kapazität C a des Prüflings. Nur dadurch wird eine hohe TE - Messempfindlichkeit 

erzielt. Eine zu kleine Kapazität C K kann die TE - Impulse so abschwächen, dass sie 

von äußeren Störungen überdeckt werden. 

Für die Empfindlichkeit ε des TE - Messkreises gilt somit folgender Zusammenhang: 

ε = C / C + C 

k k a 

Ein Filter Z zwischen Prüfling und Hochspannungsversorgung dient dazu, Störungen 

aus dem Bereich der Spannungsquelle abzublocken und ein Abfließen der TE - 

Impulse über die Spannungsquelle zu verhindern. 

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Die Abbildung zeigt einen Prüfkreis, in dem der Ankopplungsvierpol CD direkt im 

Erdkreis des Prüflings liegt. Dies setzt voraus, dass der Prüfling vom Erdpotential 

isoliert aufgestellt werden kann. Der Rückschluss der TE - Impulse erfolgt über den 

Koppelkondensator C K . Äußere Störungen bei TE - Messungen können bis zu einem 

bestimmten Grad durch eine Brückenschaltung eliminiert werden, deren 

Funktionsweise u. a. in [DIN EN 60270 (VDE 0434)] beschrieben wird. 

TE-Prüfkreis – Messimpedanz CD in Reihe mit Koppelkondensator C K 

TE - Prüfkreis – Messimpedanz CD in Reihe mit dem Prüfling C a 

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U~ Hochspannungsversorgung 

Z mi 

Eingangsimpedanz des Messsystems 

CC Verbindungsleitung 

OL Lichtwellenleiterstrecke 

C a 

Prüfling 

C K 

Koppelkondensator 

CD Messimpedanz 

MI Messgerät 

Z Filter 

Innere Teilentladungen werden durch Entladung einer Hohlraumkapazität C 1 bei 

Überschreiten der Durchschlagspannung U d beschrieben. Der tatsächliche 

Ladungsumsatz 

ΔQ = C 1 * Δu h = C 1 * Du 

kann an den Klemmen des Prüflings nicht erfasst werden. uh = U d wirkt sich jedoch 

aufgrund der Spannungsaufteilung an C 2 und C 3 als Spannungseinbruch aus: 

Δu = Δu h * C 2 / (C 2 + C 3 ) = U d * C 2 / C a 

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Wenn angenommen wird, dass der Prüfling innerhalb mehrerer Nanosekunden 

induktiv vom übrigen Messkreis entkoppelt ist. Als Maß für diesen nicht direkt 

messbaren Spannungseinbruch wird die aus dem Koppelkondensator nachfließende 

Ladung erfasst, indem der Ankopplungsvierpol als Strommesswiderstand aufgefasst 

und das Signal im Teilentladungsmessgerät integriert wird. 

Dabei spielt es keine Rolle, ob die Strommessung im Zweig des Koppelkondensators 

oder im Zweig des Prüflings erfolgt. Diese messtechnisch erfassbare nachfließende 

Ladung wird als "scheinbare Ladung" bezeichnet, wie bereits oben erläutert. 

q S = Cp * Δu = Δu h * C 2 = ΔQ * C 2 / C 1 

bezeichnet, wobei angenommen wird, daß eine starre Quelle den Spannungseinbruch 

u voll-ständig ausgleichen kann. Da aber der Koppelkondensator keine starre 

Spannungsquelle bildet, verbleibt ein Spannungseinbruch u*. D.h. es wird nicht die 

gesamte scheinbare Ladung ausgeglichen, sondern nur die messbare Ladung 

q M = Ck * Δu* 

Für den Ladungsausgleich gilt 

Δu * (C k + C a ) = q S = C a * Δu. 

Aus den beiden letzten Gleichungen ergibt sich der Zusammenhang zwischen 

messbarer und scheinbarer Ladung: 

q M = q S C k / (C k + C a ) 

Für C k >> C a ist q M gleich q S . Für kleinere Werte von C k nimmt q M ab. Insbesondere 

bei großen Prüflingskapazitäten (z.B. bei Kondensatoren, Kabeln oder 

Lagenwicklungen von Transformatoren) ist deshalb mit einer erheblich reduzierten 

Empfindlichkeit des TE - Messkreises zu rechnen. 

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9. Dielektrische Verluste 

Als dielektrischer Verlustfaktor tanδ eines Isolierstoffes gilt der Tangens des 

Fehlwinkels δ um den die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung im 

Kondensator um Π/2 abweicht, wenn das Dielektrikum ausschließlich aus dem 

Isolierstoff besteht. 

Die Messungen der dielektrischen Verluste bei Wechselspannung erfolgen in der 

Hochspannung meistens mit der Brückenschaltung von Schering. 

Der Verlustfaktor tanδ ist das Verhältnis von Wirkleistung zu Blindleistung. Der 

Kehrwert wird als Güte Q bezeichnet (Nicht mit der Blindleistung Q b zu verwechseln) 

. 

Wirkleistung Pdiel U ⋅ I ⋅cosϕ 

Iw 

tanδ 

= = = = 

Blindleistung Qb U ⋅I ⋅ sinϕ 

Ib 

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Die am Isolator erzeugten Wirkleistungsverluste (Wärmeverluste) berechnen sich zu : 

2 

Pdiel 

= Qb 

⋅ tanδ = U ⋅ω⋅tanδ 

Aus dieser Gleichung geht hervor, dass die dielektrischen Verluste direkt proportional 

dem Verlustfaktor ansteigen. Demnach kann der Verlustfaktor als ein Maß für die im 

Betrieb zu erwartenden dielektrischen Verluste und die damit verbundene Erwärmung 

des Isolierstoffes angesehen werden. Die Höhe des Verlustfaktors und seine 

Abhängigkeit von Temperatur, Frequenz und Feldstärke sind maßgebend für Güte und 

Reinheitsgrad der Isolierung. 

Der Strom I durch das Dielektrikum ergibt sich unter Verwendung eines 

Parallelersatzschaltbildes aus R und C in komplexer Schreibweise zu: 

I = U / R+ j ⋅ω 

⋅CU 

⋅ 

Durch Trennung von Real- und Imaginärteil des komplexen Stromes I erhält man den 

Wirkstrom Iw und den Blindstrom Ib zu : 

und den Verlustfaktor zu : 

Ib 

j ω CU 

= ⋅ ⋅ ⋅ Iw = U / R 

Iw U / R 1 

tanδ 

= = = 

Ib ω ⋅C⋅U ω ⋅R⋅ 

C 

Der Verlustfaktor lässt sich entsprechenden den auftretenden Verlustarten im 

Dielektrikum in drei Komponenten aufspalten. 

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tan δ = tan δ L 

+ tan δ P 

+ tan δ I 

tan δ Gesamtverlustfaktor 

tan δ L 

Verlustfaktor durch Leitungsverluste 

tan δ P 

Verlustfaktor durch Polarisationsverluste 

tan δ I 

Verlustfaktor durch Ionisationsverluste (Teilentladungen) 

In den beiden untenstehenden Bildern ist die Abhängigkeit des Verlustfaktors tan δ 

von der Frequenz und der Feldstärke bei unterschiedlichen Temperaturen dargestellt. 

26



10. Scheringmessbrücke 

Die Scheringmessbrücke ist eine aus Kapazitäten und Wiederständen gebildete 

Wechselstrombrücke. Dabei soll die Wellenlänge sehr viel größer sein als die 

Ausdehnung der Anordnung sein, sowohl beim Prüfling als auch bei der 

Messanordnung . 

Die zu bedienenden Abgleichelemente sind in einem geerdetem Gehäuse 

untergebracht, während der Prüfling Cx und ein möglichst verlustfreier Kondensator 

C2=C N an Hochspannung liegen. Das Nullinstrument darf nur für die 

Grundschwingung der im allgemeinen von der Sinusform abweichendem 

Prüfspannung empfindlich sein. Die Brückeneckpunkte müssen durch 

Überspannungsschutzvorrichtungen gesichert werden, um bei einem Durchschlag des 

Prüflings Überspannungen im Niederspannungskreis zu verhindern. 

Die Kapazität und der Verlustfaktor des Prüfkörpers bestimmen sich aus der 

Einstellung des Widerstandes R3 und des Kondensator C4. 

Bei der Messung des dielektrischen Verlustfaktors werden Strom und Spannung als 

sinusförmig vorausgesetzt. Ihre Oberwellengehalt darf 1% nicht überschreiten um 

einen Einfluss auf den Prüfling und den Abgleichkondensator C4 zu verhindern 

andernfalls würden falsche Abgleichwerte ermittelt werden. 

Die Abschirmung: 

Da Messungen mit Wechselstrombrücken nach Schering sehr empfindlich sind, 

machen sich die Einflüsse von Teilkapazitäten gegen Erde, sowie induktive und 

kapazitive Kopplungen zwischen den einzelnen Brückenzweigen stark bemerkbar. 

Um diese Einflüsse zu vermeiden werden doppelt geschirmte Messleitungen und ein 

automatischer Potentialregler verwendet, der das Wechselstrompotential der 

Schirmung auf dem Potential der Brückenpunkte „a“ und „b“ hält. 

27



Der Abgleich: 

Der Abgleich erfolgt mittels R 3 und C 4 . Abgleich heißt dabei, dass die Brückenpunkte 

„a“ und „b“ identisches Potential haben. Dann fließt im Brückenzweig kein Strom. Der 

Nullindikator zeigt keinen Ausschlag an. 

Bei abgeglichener Brücke gilt für die Admittanzen der Brückenzweige 

Die Bedingung für den Abgleich der Brücke lautet: 

Zx Z2 Z 2 

= ⇔ Zx= 

Z 3 

Z3 Z4 Z3 

mit : 

Zx = Rx + 

1 

jωCx 

1 

Z 2 = 

jωC2 

Z3= 

R3 

R4 

Z 4 = 1+ 

jωR 4 C 4 

28



erhält man : 

1 R 3 ⎛ 1 ⎞ 3 4 

Rx + = ⎜ + jωC4⎟= R + R3 

C 

jωCx jωC2⎝R4 ⎠ jωC2 C2 

Vergleich von Real- und Imaginärteil liefert : 

C4 

R4 

Rx = R3 Cx = C2 C2 

R3 

Für den Verlustfaktor ergibt sich damit : 

UR 

I⋅ 

Rx 

tanδ 

= = = ωRxCx 

UC 

I⋅(1/ ωCx) 

Nach Einsetzen von Rx und Cx erhält man schließlich : 

tanδ = ωR4C4 

Eine hochspannungstechnische Besonderheit stellt die Verwirklichung des 

Vergleichskondensators C 2 bzw. des Normalkondensators C N dar. Bei der Ableitung 

der Abgleichbedingung war vorausgesetzt worden, dass der Verlustfaktor des 

Vergleichskondensators gegenüber dem des Prüflings vernachlässigbar klein sein 

muss. Man verwendet daher Ausführungen mit Gas als besonders verlustarmem 

Dielektrikum. Besonders bewährt hat sich bei hohen Spannungen die 1928 von H. 

Schering und R. Vieweg angegebene Anordnung mit koaxialen Zylinderelektroden 

und Druckgasisolierung. Für Messungen der Kapazität C X ist eine genaue Kenntnis der 

Kapazität C 2 des Vergleichskondensators erforderlich. C 2 muss daher von 

Fremdeinflüssen möglichst unabhängig sein, was durch Schirmelektroden erreicht 

wird 

29



10.1. Zeigerdiagramm der Scheringbrücke 

Die Abbildung zeigt für die Scheringbrücke das Strom- und 

Spannungszeigerdiagramm für den abgeglichenen Zustand ( UAB = 0 ), ohne 

Berücksichtigung der Störgrößen. 

11.Wirkungsweise eines Oszillographischen Nullindikators 

Der oszillographische Nullindikator ist ein messempfindliches, selektiv arbeitendes 

und erschütterungsunempfindliches Nullinstrument zum Abgleich von 

Wechselstrombrücken und komplexen Kompensationseinrichtungen bei 

Niederfrequenz. Der Hauptvorteil des Geräts liegt darin, dass am Schirmbild erkannt 

werden kann, welche Abgleichelemente der Messeinrichtung zum Erzielen des 

Nullabgleichs zu bedienen sind. Hierdurch wird der Abgleichvorgang wesentlich 

vereinfacht und beschleunigt. 

30



Die verstärkte und durch einen Tiefpass von Oberwellen gereinigte Messspanung wird 

den vertikalen Ablenkplatten einer Braun’schen Röhre zugeführt, so dass auf dem 

Bildschirm ein senkrechter Strich entsteht. An die horizontalen Ablenkplatten wird 

eine Spannung (Bezugsspannung) gleicher Frequenz und veränderbarer Phasenlage 

angelegt. Dadurch entstehen auf dem Bildschirm Lissajous-Figuren in Form von 

Ellipsen oder Strichen. Durch Verändern der Phasenlage von der Bezugsspannung 

kann man erreichen, dass bei Verstellen eines Abgleichelements der Messeinrichtung 

nur die Fläche der Ellipse, bei Verstellen des anderen nur die Neigung ihrer großen 

Halbachse geändert wird. 

Um möglichst schnell einen Phasenabgleich zwischen Messspannung und 

Bezugsspannung herzustellen, wird der oszilloskopische Nullanzeiger auf die 

geringste Empfindlichkeitsstufe eingestellt. Auf dem Bildschirm erscheint eine 

schrägliegende Ellipse. Durch Betätigen der Abgleichelemente ist die Auslenkung in 

y-Richtung auf null zu verringern. Der waagrechte Strich ist auf die Bezugsspannung 

zurückzuführen. Die Brücke kann also innerhalb dieser Empfindlichkeitsstufe, als 

abgeglichen betrachtet werden. Nun wird die Messbrücke mit einer der beiden 

Abgleichelemente verstimmt, sodass wieder eine schrägliegende Ellipse erscheint. Mit 

dem Phasenregler (Aufschrift PHASE) wird nun die Ellipse so verändert, dass ein 

schrägliegender Strich erscheint. Anschließend wird die Messbrücke wieder in den 

vorabgeglichenen Zustand gebracht. Durch diesen Phasenabgleich ist eine 

Zugehörigkeit der Brückenelemente zu voneinander unabhängigen Figurenänderungen 

entstanden: Beim Verstellen eines Abgleichelements (z. B. 3 R ) verschiebt sich die 

Lage der großen Halbachse der Ellipse. Beim Verstellen des anderen 

Abgleichelements ( 4 C ) verändert sich die von der Ellipse eingeschlossene Fläche. 

Nun kann bei erhöhter Empfindlichkeit – mit dem Vorteil getrennter Ablesbarkeit der 

Abgleichelemente – der Schlussabgleich durchgeführt werden. Bis zum Erreichen der 

größten Empfindlichkeit kann ein weiterer Phasenabgleich notwendig werden. 

31



Anschlussschema der Scheringmessbrücke mit automatischem Potentialregler und 

oszilloskopischem Nullindikator. 

13. Literatur 

Küchler, A.: Hochspannungstechnik: Grundlagen – Technologie – Anwendung. 

Kind, D.: Einführung in die Hochspannungs-Versuchstechnik. 

Weis, P.: Script Hochspannungstechnik 1 

Weis, P.: Script Hochspannungstechnik 2 

Temmen, K.: Grundlagen der physikalischen Vorgängen 1 – Innere Teilentladungen 

Kurrat, M.: Grundlagen der physikalischen Vorgängen 2 – äußere Teilentladungen 

Patsch, R.: Teilentladungsauswirkungen auf elektrische Isolierstoffe 

Welsch, A.: Hochspannungstechnik 

Schwab, A. Hochspannungsmesstechnik 

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Versuchsdurchführung und –Protokoll 

0. Fragen zum Themenkreis 

1. Was ändert sich grundsätzlich am Teilentladungsbild für innere Teilentladungen, 

wenn u(t) gesteigert wird? 

2. Warum liegen die inneren Teilentladungen i.d.R. nicht symmetrisch um den 

Spannungsnulldurchgang? 

3. Nennen Sie wesentliche Kenngrößen zur Beschreibung von TE - Vorgängen! 

4. Welche Gesichtspunkte müssen beim Aufbau eines Versuchsstandes für TE - 

Messungen besonders berücksichtigt werden? 

5. Erläutern Sie anhand des vereinfachten Ersatzschaltbildes die Entstehung von 

Teilentladungen in Hohlräumen im Dielektrikum! 

6. Erklären Sie qualitativ die Entstehung von Entladungsimpulsen in Luft vor einer 

positiven und negativen Spitze! 

7.Geben Sie den Spannungsverlauf und das Ersatzschaltbild für äußere 

Teilentladungen an und erklären Sie ihre Entstehung! 

8.Was sind Gleitentladungen und wo treten sie auf! 

9. Durch welche physikalischen Vorgänge wird die Polarisation verursacht ? Welche 

Polarisationsarten kennen Sie ? 

10. Wie ist der tanδ eines Isolierstoffs definiert ? Zeichen Sie Ersatzschaltbild und 

Zeigerdiagramm. 

11. Leiten sie aus den Abgleichbedingungen der klassischen Verlustfaktormessbrücke 

(Shering-Brücke) und die Beziehungen zur Berechnungen der Verlustleistung her. 

12. Erläutern sie am Ersatzschaltbild die Frequenzabhängigkeit des Verlustfaktors und 

der Dielektrizitätszahl für einen Isolierstoff. 

13. Wie wirken sich Lufteinschlüsse (Hohlräume) im Isolierstoff auf den Verlustfaktor 

aus? 

14. Erklären Sie die entstehen von Entladungsimpulsen in Luft vor einer positiven und 

negativen Spitze. 

15. Wie lassen sich innere Teilentladungen erklären und wo treten sie auf ? Wodurch 

unterscheiden sie sich von äußeren Teilentladungen ? 

16. Erklären Sie die Funktionsweise der Scheringmessbrücke 

33



1. Spannungsabhängigkeit des Verlustfaktors 

Die Spannungsabhängigkeit des Verlustfaktors wird an 2 Prüflingen und an einem 

Radialfeldkabel bestimmt, die mögliche Modelle der Isolierung einer 

Hochspannungsisolierung darstellen. Dazu wird der Messaufbau wie in folgender 

Abbildung aufgebaut. C X ist der zu untersuchende Prüfling , wobei dieser in ein 

Schutzringkondensator eingebracht wird , um die Messung mit dem rein homogenen 

elektrischen Feld durchzuführen. Der Hochspannungs- bzw. Versorgungstransformator 

wird mit einem Stelltransformator (0V-220V) angesteuert . 

Bestimmen sie das Übersetzungsverhältnis des Versorgungstransformator : Ü = _____ 

Bestimmen sie die Kapazität des Normal- bzw. Vergleichskondensators : C N = ______ 

34



Die gewünschte Spannung wird mit Hilfe eines DSO an der Hochspannungselektrode 

gemessen und eingestellt. Dazu muss die Spannung heruntergeteilt werden. Zur 

Verfügung steht ein kapazitiver Teiler mit einem Übersetzungsverhältnis Ü= 1/10.000. 

Stellen sie das Teilerverhältnis am DSO so ein , dass die Anzeige in KV/Div 

dargestellt wird. Teilerverhältnis DSO = _______ 

Zur Messung der Leerlaufkapazität und des tanδ verbinden Sie die Messbrücke mit 

dem Normalkondensator und stellen sie am Plattenkondensator einen Abstand von 

5mm ein. Vor Anlegen der Hochspannung muss der Empfindlichkeitsregler des 

Oszilloskopischem Nullanzeigers bis zum linken Anschlag zurückgedreht sein 

(unempfindlichste Einstellung). Zur Bestimmung der gesuchten Kapazität C X ist es 

vorteilhaft, R4 möglichst groß, bei der Bestimmung des tanδ dagegen R4 möglichst 

klein zu wählen. 

Sollten während der Messung innere Teilentladungen auftreten , erkennbar am 

gezappel des Nullindikators , ist dies entsprechen in den Kästchen mit TE zu 

kennzeichnen. 

2. Leerlaufmessung 

Messen Sie den tanδ ohne Prüfling. Dazu wird die Brücke mit R3 und C4 abgeglichen. 

Nach jeder abgeglichener Stufe wird die Spannung auf den vorgegebenen Wert 

eingestellt und neu abgeglichen. 

U DSO 

[KV] R3 [Ω] R4 [Ω] C4 [nF] C 0 [nF] tan δ 0 

1,3 

5 

7 

35



Benötigte Formeln : tanδ 0 = R4 * ω * C4 

C 0 = C N * R4/R3 

Was können sie bei der Messung feststellen? 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

3. Probenmessung 

Befestigen Sie die 150 X 150 X 5 mm PVDF - Platte am Schutzringkondensator. 

Führen sie die gleiche Messung wie unter Punkt 2 durch. 

U_oszi 

[KV] R3 [Ω] R4 [Ω] C4 [nF] CX [nF] tan δ x 

1,3 

5 

7 

10 

13 

Weshalb ist diese Messung etwas umständlicher ? Wie wird dieses Problem in der 

Praxis gelöst ? 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

Befestigen Sie die 150 X 150 X 5 mm 2. – Platte am Schutzringkondensator. 

Führen sie die gleiche Messung wie unter Punkt 2,3 durch. 

36



U_oszi 

[KV] R3 [Ω] R4 [Ω] C4 [nF] CX [nF] tan δ x 

1,3 

5 

7 

10 

13 

Bestimmen sie den Verlustfaktor tanδ r der Probekörper sowie die relative 

Permittivitätszahl ε r der Prüflinge. 

PVDF 

U DSO 1,3 5 7 10 13 

tan δr 

ε r 

2. 

U DSO 1,3 5 7 10 13 

tan δr 

ε r 

Benötigte Formeln : tan δr = tan δx - tan δ 0 

ε r = C X / C 0 

Was können Sie über tan δr in Folge steigender Spannung aussagen ? 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

37



4. Radialfeldkabel 

Ersetzen Sie den Prüfling und schließen sie das Radialfeldkabel der Länge 1,55m an 

die Schering-Brücke. 

Bei Radialfeldkabeln bilden die Leiter nur Teilkapazitäten gegen Erde, da sie 

gegenseitig durch einen Metallmantel abgeschirmt sind. Im Folgendem wird für eine 

symmetrische Drehstromleitung die Betriebskapazität CB = C10 in [μF/Km] einer 

Phase bestimmt. 

38



Bestimmen sie zuerst wie das Kabel an die Brücke angeschlossen werden muss. 

Ermitteln Sie dann das C X , C B und tanδ bei einer fester Spannung von 5 KV. Messen 

sie den Verlustfaktor indem sie unterschiedliche Empfindlichkeitsstufen (Über R4) 

der Scheringmessbrücke einstellen und dann den Mittelwert bilden. 

R4 [Ω] R3 [Ω] C4 [nF] C X [nF] tan δ x 

500 

1000 

2000 

tanδ : _____ 

C x: _____ 

C a: _____ 

Würde sich bei erhöhen der Spannung auf z.B. 10 KV sich das tanδ stark verändern ? 

Warum ? Was hätte dies zur Folge ? 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

39



5. Äußere Teilentladungen 

Die Teilentladungen werden an vier unterschiedlichen Geometrien demonstriert. Dazu 

sind jeweils die Teilentladungsstärken sowie die Phase der Teilentladungsimpulse 

aufzunehmen. 

U~ Hochspannungsversorgung Z mi 

Eingangsimpedanz des Messsystems 

CC Verbindungsleitung C a 

Prüfling 

C K 

Koppelkondensator CD Messimpedanz 

MI Messgerät Z Filter 

Alle Erläuterungen zum Schaltbild sind in der Vorbereitung erwähnt. 

Entfernen sie den Schutzringkondensator von dem Prüfkreis und bauen sie die Platte- 

Platte Anordnung auf. Entfernen Sie auch den Anschluss der Sheringmeßbrücke. 

Wichtig: 

Es muss immer Phasengleichheit zwischen der Versorgungsspannung des TE – 

Messgeräts und der Prüfwechselspannung gewährleistet sein. Dies kann mit einem 

Hochspannungsteiler und einem Oszilloskop kontrolliert werden. Dabei ist die Polung 

( L - N ) der Steckdose zu beachten und gegebenenfalls der Stecker umzudrehen. 

40



6. Prüfaufbau 

Vor der eigentlichen TE - Messung sollte überprüft werden bis zu welcher Spannung 

der Prüfaufbau TE frei ist, um sicherzustellen, dass der Prüfaufbau selbst das 

Messergebnis nicht verfälscht. Verwenden Sie anstelle eines Prüflings eine Platte- 

Platte-Anordnung mit großem Abstand (min. 5 cm). Steigern Sie die Prüfspannung in 

5-kV-Schritten auf max. 50 kV und tragen Sie die gemessenen TE - Stärken in pC in 

eine Tabelle ein. 

U[KV] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 

pC 

Bis zu welcher Prüfspannung kann der Aufbau alleine als „TE frei“ angesehen 

werden? ______________________________________________________________ 

7. Platte – Platte Anordnung 

Lassen Sie nun die beiden Platten und verändern den Abstand auf 1 cm. Führen Sie 

den Spannungssteigerungsversuch durch. 

Was stellen Sie fest ? Warum ? 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

8. Teilentladung an einer Spitze-Platte-Anordnung 

Montieren Sie die Spitze-Platte-Anordnung mit einem Abstand von 3 cm. Legen Sie 

Spannung an die Platte und erden Sie die Spitze. Steigern Sie die Spannung schrittweise von 

17KV bis 24 kV und messen Sie jeweils die TE - Stärke. Anschließend vermindern Sie die 

Spannung wieder schrittweise. 

41



Negative Spitze 

U[KV] 17 18 19 20 21 22 23 24 

pC 

TEE : _______ TEA: _______ TEE/TEA: _______ 

Legen Sie jetzt die Spannung an die Spitze, erden Sie die Platte und führen Sie die Messung 

erneut durch. Tragen Sie die Teilentladungsimpulse in das Diagnoseschema ein. 

Positive Spitze 

U[KV] 17 18 19 20 21 22 23 24 

pC 

TEE : _______ TEA: _______ TEE/TEA: _______ 

Stellen Sie die TE -Stärke über der Spannung für beide Messungen dar und geben Sie die Einund 

Aussetzspannung an. Tragen Sie die Teilentladungsimpulse in das Diagnoseschema ein. 

TE / TE-MAX 

1 

0,9 

0,8 

0,7 

0,6 

0,5 

0,4 

0,3 

0,2 

0,1 

0 

17 18 19 20 21 22 23 24 

Spannung [KV] 

Was stellen Sie fest? Stimmt dies mit der Theorie überein ? 

_____________________________________________________________________ 

_____________________________________________________________________ 

42



9. Gleitentladung 

Eine typische Gleitentladung wird durch eine zwischen einer Kugel- und 

Plattenelektrode eingespannte Hartfaserplatte mit den Maßen 150 mm x 150 mm x 5 

mm realisiert. Die Kugel hat einen Durchmesser von 50 mm und wird auf 

Hochspannung gelegt. Durch die Dicke der Hartfaserplatte (PC) wird der 

Elektrodenabstand festgelegt. Es ist die Spannung schrittweise von 1 kV bis 5 kV zu 

steigern und wieder bis 1 kV zu verringern. Die TE - Stärke ist zu notieren und die TE 

Ein- und Aussetzspannung ist zu ermitteln. Zeichnen Sie die Lage der TE -Impulse in 

ein Phasen-Diagramm ein. Bestimmen Sie den Bereich der Phasenlage der Spannung 

in Grad in dem die TE-Impulse auftreten. Stellen Sie die TE-Stärke über der Spannung 

für die Gleitanordnung für d=5 mm dar. 

U[KV] 0 1 2 3 4 5 6 7 

pC 

TE / TE-MAX 

1 

0,9 

0,8 

0,7 

0,6 

0,5 

0,4 

0,3 

0,2 

0,1 

0 

0 1 2 3 4 5 6 

Spannung [KV] 

43



Stellen Sie die TE - Ein- und Aussetzspannung über dem Elektrodenabstand (5, 7, 9 

mm) dar. 

TEE/TEA 5mm : _____________ 

TEE/TEA 7mm : _____________ 

TEE/TEA 9mm : _____________ 

1 

0,95 

0,9 

TEA / TEE 

0,85 

0,8 

0,75 

0,7 

0,65 

0,6 

5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 

Abstand [mm] 

10. Spitze – Kugel – Anordnung 

Führen Sie eine Teilentladungsmessung gemäß dem TE - Diagnoseschema an der Spitze- 

Kugel- Anordnung durch. Die Dauer des Hystereseversuch ist nach Maßgabe des Betreuers 

durchzuführen. Nehmen Sie die Hysterese mit Hilfe des X/Y-Schreibers auf. Tragen Sie im 

Diagnoseschema die Teilentladungsimpulse ein. 

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Untersuchung isolierender Werkstoffe und Teilentladungen

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