E - Fachgebiet Hochspannungstechnik
E - Fachgebiet Hochspannungstechnik
E - Fachgebiet Hochspannungstechnik
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SS 2008<br />
Prof. Dr.-Ing. Volker Hinrichsen<br />
Dipl.-Ing. Patrick Halbach<br />
www.hst.tu-darmstadt.de<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 1
Ansprechpartner<br />
Prof. Dr.-Ing. Volker Hinrichsen<br />
FG <strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
S3|10 313<br />
Tel. 16-2529<br />
E-mail: hinrichsen@hst.tu-darmstadt.de<br />
Dipl.-Ing. Patrick Halbach<br />
FG <strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
S3|10 311<br />
Tel. 16-2229<br />
E-mail: halbach@hst.tu-darmstadt.de<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 2
Themen ETIT I<br />
Einheiten und Gleichungen<br />
Grundlagen (Ladung, Strom, Spannung, Widerstand, Energie, Leistung, ....)<br />
Elektrische Netzwerke<br />
• Ohm'sches Gesetz<br />
• 1. und 2. Kirchhoffsche Gleichungen<br />
• Parallel- und Reihenschaltungen<br />
• Strom- und Spannungsmessung<br />
• Lineare und nicht-lineare Zweipole<br />
• Superpositionsprinzip (Helmholtz)<br />
• Umlauf- und Knotenanalyse<br />
• Operationsverstärkerschaltungen<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 3
Themen ETIT II<br />
Elektrostatische Felder<br />
Stationäre elektrische Strömungsfelder<br />
Stationäre magnetische Felder<br />
Zeitlich veränderliche magnetische Felder<br />
Zeitlich veränderliche elektromagnetische Felder<br />
Ausbreitung elektromagnetischer Wellen auf Leitungen<br />
Die Maxwell'schen Gleichungen<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 4
Organisatorisches …<br />
Vorlesungsfolien und Rechenbeispiele<br />
• Sämtliche Vorlesungsfolien stehen ab sofort auf der Homepage des FG<br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> zum Herunterladen im pdf-Format bereit.<br />
• Evtl. werden Aktualisierungen der Folien noch bis unmittelbar vor dem<br />
jeweiligen Vorlesungstermin vorgenommen.<br />
• Die in der Vorlesung von Hand entwickelten Ableitungen oder<br />
vorgerechneten Beispiele stehen einige Tage nach der Vorlesung auf der<br />
Homepage bereit.<br />
www.hst.tu-darmstadt.de<br />
Nutzername: *******<br />
Passwort: *********<br />
(Nutzername und Passwort werden weder per E-Mail verschickt noch<br />
telefonisch mitgeteilt!)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 5
Organisatorisches …<br />
VL-Inhalt (unverbindlicher Zeitplan)<br />
Tag Vortragender VL-Nr. Kapitel (C/W) Seiten (C/W) Inhalt<br />
Mi. 2.4. Hin 1 (1) 3.1 / 3.2.1 / 3.2.2 (5 Seiten) 153-157 E-stat. Felder<br />
Fr. 4.4. Hin 2 (2) 3.2.3 / 3.3.1 (6 Seiten) 157-163 E-stat. Felder<br />
Mi. 9.4.<br />
keine VL (Hin: Vortrag ETP)<br />
Fr. 11.4. Hin 3 (3) 3.3.2 / 3.4.1 / 3.4.2 / 3.4.3 (6 Seiten) 163-169 E-stat. Felder<br />
Mi. 16.4. Hin 4 (4) 3.5 / 3.6.1 / 3.6.2 / 3.6.3.1 (5 Seiten) 169-175 E-stat. Felder<br />
Fr. 18.4. Rocks/Halbach<br />
keine VL; stattdessen: große Übung (Hin: Prag)<br />
Mi. 23.4. Hin 5 (5) 3.6.3.2 / 3.6.3.3 / 3.7.1 bis Bsp. 3.9 (6 Seiten) 175-180 E-stat. Felder<br />
Fr. 25.4. Hin 6 (6) 3.7.1 Bsp. 3.9 / 3.7.2 / 3.8.1 (5 Seiten) 180-186 E-stat. Felder<br />
Mi. 30.4. Hin 7 (7) 3.8.2 / 3.9 (7 Seiten) 186-192 E-stat. Felder<br />
Fr. 2.5. Hin 8 (8) 3.10 (7,5 Seiten) 192-200 E-stat. Felder<br />
Mi. 7.5. Hin 9 (9) 4.1 / 4.2 (5,5 Seiten) 201-206 Stat.el.Strömungsfelder<br />
Fr. 9.5. Hin 10 (10) 4.3 / 4.4 (4,5 Seiten + Zusatzbsp. HST II) 206-210 Stat.el.Strömungsfelder<br />
Mi. 14.5. Rocks/Halbach<br />
keine VL; stattdessen: große Übung (Hin: IEEE SPDC Meeting)<br />
Fr. 16.5.<br />
keine VL (IEEE SPDC Meeting)<br />
Mi. 21.5. Hin 11 (11) 5.1 / 5.2 (6,5 Seiten) 211-217 Stationäre Magnetfelder<br />
Fr. 23.5. Hin 12 (12) 5.3.1 / 5.3.2 (6 Seiten) 217-223 Stationäre Magnetfelder<br />
Mi. 28.5.<br />
Fr. 30.5. Hin 13 (13)<br />
keine VL (Hin: Cigre Dubrovnik)<br />
5.3.3 / 5.4 / 5.5 / 5.6.1 (5 Seiten) 223-228 Stationäre Magnetfelder<br />
Mi. 4.6. Hin 14 (15) 5.6.2 / 5.6.3 / 5.6.4.1 / 5.6.4.2 / 5.6.4.3 (6,5 Seiten) 228-235 Stationäre Magnetfelder<br />
Fr. 6.6.<br />
Mi. 11.6. Hin 15 (16)<br />
keine VL (FG HST: Kolloquium München)<br />
6.1.1 / 6.1.2 / 6.1.3 / 6.1.4 / 6.1.5 (6 Seiten) 236-241 Zeitl. veränd. magn. Felder<br />
Fr. 13.6. Hin 16 (17) 6.2.1 / 6.2.2 / 6.3.1/ 6.3.2 (5,5 Seiten) 242-247 Zeitl. veränd. magn. Felder<br />
Mi. 18.6. Hin 17 (18) 6.3.3 / 6.3.4 / 6.4.1 (6,5 Seiten) 247-253 Zeitl. veränd. magn. Felder<br />
Fr. 20.6. Hin 18 (19) 6.4.2 / 6.5 (3 Seiten) + 9.1 (3,5 Seiten) 254-257 + 202-205 Zeitl. veränd. magn. Felder<br />
Mi. 25.6. Hin 19 (24) 10.1 / 10.2 / 10.3 (6 Seiten) 219-225 Maxwellsche Gleichungen<br />
Fr. 27.6. Hin E1 (14) Einführung in Beschleunigertechnik<br />
Mi. 2.7. Hin E2 Zusammenfassung und Übersicht<br />
Fr. 4.7.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 6
Literatur – Clausert/Wiesemann<br />
Vorlage für Vorlesung<br />
[C1] Clausert, Wiesemann<br />
Grundgebiete der Elektrotechnik 1<br />
Oldenbourg, 7. Auflage, 1999<br />
ISBN 3-486-25137-6<br />
[C2] Clausert, Wiesemann<br />
Grundgebiete der Elektrotechnik 2<br />
Oldenbourg, 10. Auflage, 2007<br />
ISBN 3-486-57698-4<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 7
Literatur – Moeller Besondere Empfehlung!<br />
[M] Frohne, Löcherer, Müller<br />
Moeller Grundlagen der Elektrotechnik<br />
Teubner, 19. Auflage, 2002<br />
ISBN 3-519-56400-9<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 8
Literatur – Prechtl<br />
Besondere Empfehlung!<br />
[P1] Prechtl<br />
Vorlesungen über die Grundlagen<br />
der Elektrotechnik, Band 1<br />
Springer, 1994<br />
ISBN 3-211-82553-3 (Wien)<br />
ISBN 0-387-82553-3 (New York)<br />
[P2] Prechtl<br />
Vorlesungen über die Grundlagen<br />
der Elektrotechnik, Band 2<br />
Springer, 1995<br />
ISBN 3-211-82685-8<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 9
Literatur – Führer, Heidemann, Nerreter<br />
[F1] Führer, Heidemann, Nerreter<br />
Grundgebiete der Elektrotechnik 1<br />
Hanser, 7. Auflage, 2003<br />
ISBN 3-446-22306-1<br />
[F2] Führer, Heidemann, Nerreter<br />
Grundgebiete der Elektrotechnik 2<br />
Hanser, 6. Auflage, 1998<br />
ISBN 3-446-19068-6<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 10
Literatur – Hagmann<br />
Sehr anwendungsorientiert<br />
[H] Hagmann<br />
Grundlagen der Elektrotechnik<br />
Aula-Verlag, 9. Auflage, 2002<br />
ISBN 3-89104-662-6<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 11
Literatur – Waller<br />
Preiswerter<br />
geht's nicht!<br />
[Wa] Waller<br />
Grundlagen der Elektrotechnik Teil 2<br />
Vorlesungsskript 90 Seiten (FH Kiel)<br />
Kostenloser Download aus dem Internet:<br />
www.e-technik.fh-kiel.de/physik/eg2/eg2-1.pdf<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 12
Literatur – Baier<br />
Preiswerter<br />
geht's nicht!<br />
[B] Baier<br />
Grundlagen der Elektrotechnik II<br />
Vorlesungsskript 162 Seiten (Uni Kaiserslautern)<br />
Kostenloser Download aus dem Internet:<br />
www.eit.uni-kl.de/baier/Teaching/ glet2/script/glet2_skript.pdf<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 13
Literatur – Wunsch, Schulz<br />
Weiterführend – für<br />
spätere Vertiefung<br />
[Wu] Wunsch, Schulz<br />
Elektromagnetische Felder<br />
Verlag Technik, 2. Auflage, 1996<br />
ISBN 3-341-01155-2<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 14
Literatur – Simonyi<br />
Weiterführend – für<br />
spätere Vertiefung<br />
[S] Simonyi<br />
Theoretische Elektrotechnik<br />
Joh. Ambrosius Barth, 10. Auflage, 1999<br />
ISBN 3-527-40266-7<br />
Paperback<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 15
Literatur – Phillipow<br />
Ein Standardwerk!<br />
Gut zum Nachschlagen<br />
[Ph] Philippow, E.<br />
Grundlagen der Elektrotechnik<br />
Gebundene Ausgabe - 800 Seiten - Verlag Technik<br />
Erscheinungsdatum: Oktober 2000<br />
ISBN: 3341012419 Preis: EUR 65,50<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 16
Literatur –Küpfmüller<br />
Ein Standardwerk!<br />
Gut zum Nachschlagen<br />
Karl Küpfmüller, Gerhard Kohn<br />
Theoretische Elektrotechnik und Elektronik<br />
Eine Einführung<br />
Taschenbuch - Springer, Heidelberg<br />
Erscheinungsdatum: 2000<br />
ISBN: 3540677941<br />
Preis: EUR 44,95<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 17
Literatur –Meschede: Gerthsen Physik<br />
Sehr gut zum Schmökern und<br />
für allgemeinen Überblick; aber<br />
für Vertiefung nicht detailliert<br />
genug<br />
[Me] D. Meschede<br />
Gerthsen Physik<br />
Eine Einführung<br />
Springer Verlag<br />
22. Auflage, 2004<br />
ISBN: 3-540-02622-3<br />
Preis: EUR 64,95<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 18
Literatur – Papula<br />
Meine persönliche<br />
Empfehlung!<br />
Lothar Papula<br />
Mathematische Formelsammlung<br />
Broschiert - Vieweg<br />
Erscheinungsdatum: September 2001<br />
ISBN: 3528644427<br />
Preis: EUR 24,-<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 19
Quellenhinweis<br />
Diese Vorlesung folgt der Gliederung von Clausert/Wiesemann [C1] [C2]<br />
und verwendet zusätzlich den Stoff und die Bilder aller vorab gezeigten<br />
Literaturstellen [M] [P1] [P2] [Ph] [F1] [F2] [H] [Wa] [B] [Wu] [S] [Me] sowie<br />
gelegentlich weiterer einzelner Quellen (u.a. Internet).<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 20
Felder<br />
Sind physikalische Größen den Punkten eines Raumes zugeordnet<br />
(m.a.W.: ist der Raum von den Wirkungen dieser physikalischen Größe<br />
erfüllt), so nennt man diesen Raum ein Feld und die den Raumzustand<br />
charakterisierende Größe eine Feldgröße.<br />
Definition<br />
Ein Feld ist ein Zustand des Raumes, bei dem<br />
jedem Raumpunkt ein Wert einer<br />
physikalischen Größe, der Feldgröße,<br />
zugeordnet werden kann.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 21
Skalare Felder bzw. Skalarfelder<br />
Ist die Feldgröße ein Skalar, d.h. eine ungerichtete Größe, spricht man von einem<br />
Skalarfeld<br />
Skalare Feldgrößen sind darstellbar durch Maßzahl und Einheit<br />
Schreibweise: z.B. Temperatur T<br />
T = 273 K<br />
Beispiele:<br />
• Temperaturfeld<br />
• Druckfeld<br />
• elektrisches Potentialfeld<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 22
Skalare Felder bzw. Skalarfelder<br />
Darstellung zweidimensional durch Iso-Linien bzw. Niveaulinien ....<br />
Beispiel: Geografische Höhenlinien<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 23
Skalare Felder bzw. Skalarfelder<br />
Beispiel: Geografische<br />
Höhenlinien<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 24
Skalare Felder bzw. Skalarfelder<br />
Beispiel: Isobaren (Wetterkarte)<br />
Druckfeld<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 25
Skalare Felder bzw. Skalarfelder<br />
Beispiel: Isobaren und Isothermen (Wetterkarte)<br />
Druckfeld, Temperaturfeld<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 26
Skalare Felder bzw. Skalarfelder<br />
Keraunische Pegel weltweit<br />
Beispiel: Isokeraunen (Anzahl Gewittertage pro Jahr)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 27
Skalare Felder bzw. Skalarfelder<br />
Beispiel: Äquipotentiallinien in einer<br />
gasisolierten Schaltanlage (GIS)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 28
Skalare Felder bzw. Skalarfelder<br />
Beispiel: Äquipotentiallinien an einem Isolierstützer<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 29
Skalare Felder bzw. Skalarfelder<br />
Darstellung dreidimensional durch Niveauflächen ....<br />
Beispiel: Äquipotentialflächen<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 30
Vektorielle Felder bzw. Vektorfelder<br />
Ist die Feldgröße ein Vektor, d.h. eine gerichtete Größe, spricht man von einem<br />
Vektorfeld<br />
z<br />
<br />
Schreibweise: z.B. Kraft F (häufig auch einfach F)<br />
mit F x<br />
, F y<br />
, F z<br />
(im kartesischen Koordinatensystem)<br />
<br />
F<br />
y<br />
x<br />
Beispiele:<br />
• Kraftfeld<br />
• Strömungsfeld (elektrisches Strömungsfeld, Windgeschwindigkeit)<br />
• elektrisches Feld<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 31
Vektorielle Felder bzw. Vektorfelder<br />
Darstellung durch Feldlinien als Raumkurven,<br />
die so konstruiert sind, dass die Feldvektoren Tangenten an ihnen sind.<br />
Die Liniendichte wird proportional dem Betrag der Vektoren gewählt, d.h.<br />
je dichter die Feldlinien, desto höher die Feldstärke.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 32
Vektorielle Felder bzw. Vektorfelder<br />
Feld- und Äquipotentiallinien eines Toroids<br />
E <br />
φ<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 33
Vektorielle Felder bzw. Vektorfelder<br />
Feld- und Äquipotentiallinien eines Feldsteuertrichters (Deflektors)<br />
φ<br />
E <br />
Innenleiter<br />
Silikongummikörper<br />
Kabelisolierung (VPE)<br />
Eingearbeiteter<br />
Deflektor aus<br />
leitfähigem Silikon<br />
Kabelschirm<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 34
Vektorielle Felder bzw. Vektorfelder<br />
Alternative Darstellung durch Vektoren in Rasterpunkten<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 35
Vektorielle Felder bzw. Vektorfelder<br />
Alternative Darstellung durch "Feldkegel"<br />
(Größe und ggf. Farbe proportional<br />
dem Betrag der Feldstärke)<br />
Beispiel: Feldverlauf an einem<br />
Stützisolator<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 36
E-Feld: Zeichenregeln für die grafische Feldermittlung<br />
Darstellung aus<br />
Küchler: <strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
Springer, Berlin, 1996<br />
ISBN 3-540-62070-2<br />
Feldlinien und Äquipotentiallinien stehen senkrecht aufeinander.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 37
E-Feld: Zeichenregeln für die grafische Feldermittlung<br />
Elektrodenoberflächen sind Äquipotentiallinien.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 38
E-Feld: Zeichenregeln für die grafische Feldermittlung<br />
Hochspannungspotential<br />
Bezugspotential<br />
Die Potentialverteilung wird prozentual angegeben.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 39
E-Feld: Zeichenregeln für die grafische Feldermittlung<br />
Dem Abstand a zwischen zwei Äquipotentiallinien entspricht immer<br />
die gleiche Potentialdifferenz ∆U.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 40
E-Feld: Zeichenregeln für die grafische Feldermittlung<br />
Dem Abstand b zwischen zwei Feldlinien entspricht immer<br />
die gleiche Ladung ∆Q auf den Elektroden.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 41
E-Feld: Zeichenregeln für die grafische Feldermittlung<br />
Gitter von Kästchen<br />
mit den Seitenlängen a und b<br />
Zweckmäßige Wahl:<br />
b/a = 1<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 42
E-Feld: Zeichenregeln für die grafische Feldermittlung<br />
b/a = 1<br />
Alle vier Seiten der Kästchen müssen einbeschriebene Kreise berühren.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 43
E-Feld: Zeichenregeln für die grafische Feldermittlung<br />
Beispiel: Randfeld eines Plattenkondensators<br />
Darstellung aus<br />
Küchler: <strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
Springer, Berlin, 1996<br />
ISBN 3-540-62070-2<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 44
Homogenes Feld – Inhomogenes Feld<br />
Homogenes Feld: Feldgröße im betrachteten Raum konstant hinsichtlich<br />
Betrag und Richtung<br />
E <br />
Gleiche Richtung, gleicher Betrag<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 45
Homogenes Feld – Inhomogenes Feld<br />
Inhomogenes Feld: Feldgröße im betrachteten Raum nicht konstant hinsichtlich<br />
Betrag und Richtung<br />
<br />
E<br />
E wächst<br />
Gleiche Richtung, ungleicher Betrag<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 46
Homogenes Feld – Inhomogenes Feld<br />
Inhomogenes Feld: Feldgröße im betrachteten Raum nicht konstant hinsichtlich<br />
Betrag und Richtung<br />
<br />
E wächst<br />
E <br />
Gleiche Richtung, ungleicher Betrag<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 47
Homogenes Feld – Inhomogenes Feld<br />
Inhomogenes Feld: Feldgröße im betrachteten Raum nicht konstant hinsichtlich<br />
Betrag und Richtung<br />
E <br />
Ungleiche Richtung, ungleicher Betrag<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 48
Homogenes Feld – Inhomogenes Feld<br />
Inhomogenes Feld: Feldgröße im betrachteten Raum nicht konstant hinsichtlich<br />
Betrag und Richtung<br />
E <br />
Ungleiche Richtung, ungleicher Betrag<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 49
Homogenes Feld – Inhomogenes Feld<br />
In praktischen Anwendungen sind elektrische Felder<br />
in der Regel inhomogen.<br />
Homogene Felder stellen die Ausnahme dar.<br />
Beispiel: Plattenkondensator<br />
+U<br />
E <br />
φ<br />
-U<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 50
Homogenes Feld – Inhomogenes Feld<br />
In praktischen Anwendungen sind elektrische Felder<br />
in der Regel inhomogen.<br />
Homogene Felder stellen die Ausnahme dar.<br />
Beispiel: Plattenkondensator<br />
... mit Randfeld<br />
+U<br />
E <br />
φ<br />
-U<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 51
Homogenes Feld – Inhomogenes Feld<br />
In praktischen Anwendungen sind elektrische Felder<br />
in der Regel inhomogen.<br />
Homogene Felder stellen die Ausnahme dar.<br />
Beispiel: Plattenkondensator mit Wulst<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 52
Quellenfeld – Wirbelfeld<br />
In einem Quellenfeld haben alle Feldlinien einen Anfang und ein Ende.<br />
Anfang = Quelle; Ende = Senke<br />
Quelle<br />
Senke<br />
Das Ende kann dabei auch im Unendlichen liegen.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 53
Quellenfeld – Wirbelfeld<br />
In einem Wirbelfeld sind alle Feldlinien in sich geschlossen, haben also weder<br />
Anfang noch Ende. Die Feldlinien ziehen sich um die Wirbelfäden zusammen,<br />
die eine (geschlossene) Raumkurve bilden.<br />
w ... Wirbelfäden<br />
Besitzt das Wirbelfeld nur einen einzigen<br />
gestreckten Wirbelfaden, spricht man von<br />
einem Ringfeld.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 54
Zeitabhängigkeit des elektrischen Feldes<br />
Das elektrostatische Feld beschreibt die zeitlich konstante Wechselwirkung<br />
zwischen ruhenden Ladungen.<br />
Das stationäre elektrische Strömungsfeld beschreibt die Wirkungen, die von<br />
Ladungsströmungen mit konstanten Geschwindigkeiten (d.h. von Gleichströmen)<br />
ausgehen.<br />
"Stationäre Felder"<br />
In zeitlich veränderlichen elektrischen Feldern müssen alle Feldgrößen<br />
als Zeitfunktionen beschrieben werden.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 55
Elektrostatische Quellenfelder<br />
Wir befassen uns zunächst mit elektrostatischen Quellenfeldern.<br />
Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen Ladungen.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 56
Elektrische Ladung<br />
Elektrische Ladung tritt immer in positivem oder negativem Vielfachen der<br />
Elementarladung e auf.<br />
Ein Proton trägt die Ladung +e, ein Elektron trägt die Ladung -e.<br />
Normalerweise sind Atome nach außen elektrisch neutral.<br />
Natrium (Na)<br />
2 Elektronen in der K-Schale<br />
8 Elektronen in der L-Schale<br />
e = 1,602·10 -19 C<br />
1 Elektron in der M-Schale (--> angefangen)<br />
Argon (Ar)<br />
2 Elektronen in der K-Schale (rot)<br />
8 Elektronen in der L-Schale<br />
8 Elektronen in der M-Schale (--> voll besetzt)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 57
Elektrische Ladung<br />
Die elektrische Ladung ist eine Erhaltungsgröße. Zu jeder positiven<br />
Elementarladung gehört exakt eine negative Elementarladung. Ladungen<br />
können zwar voneinander getrennt werden, jedoch kann Ladung weder<br />
neu erzeugt noch vernichtet werden.<br />
Die Erde ist negativ geladen. Ihre<br />
Ladung beträgt etwa -10 6 C. Die<br />
positive Gegenladung ist in<br />
den höheren Schichten der<br />
Atmosphäre (in der Ionosphäre)<br />
verteilt. Bei Gewitter<br />
kommt es zu einem partiellen<br />
Ladungsaustausch. Die Ladung<br />
einer Gewitterwolke beträgt etwa<br />
25 C. Bei einem Blitzschlag wird<br />
im Mittel eine Ladung von 10 C zur<br />
Erde gebracht.<br />
|E| ≈ 130 V/m<br />
Q ≈ -10 6 C<br />
Q ≈ 25 C<br />
Q ≈ 10 C<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 58
Elektrische Ladung<br />
Aufbau der Atmosphäre<br />
Freie Ladungen durch ionisierende Strahlung<br />
Polaritätsumkehr!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 59
Elektrische Ladung<br />
|E| ≈ 130 V/m ...... und warum merken wir nichts davon?<br />
270 V ???<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 60
Elektrische Ladung<br />
|E| ≈ 130 V/m ...... und warum merken wir nichts davon?<br />
Mensch = gut leitend = Äquipotentialfläche 0 V<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 61
Messung der elektrischen Feldstärke - Feldsonden<br />
3-D-Sonden<br />
• Messung der Ladungsdifferenz zwischen 2 Elektroden<br />
• Für jede Richtung im Raum ein Elektrodenpaar<br />
• Messwertübertragung über LWL<br />
y<br />
x<br />
z<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 62
Messung der elektrischen Feldstärke - Feldsonden<br />
3-D-Sonden<br />
H-Feldsonde<br />
E-Feldsonde<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 63
Elektrische Ladung<br />
Elektrische Wirkungen gehen auch von Körpern aus, deren positive und negative<br />
Ladungen zwar gleich groß, aber räumlich ungleichmäßig verteilt sind.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
ETIT II / VL 1 64
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