Hallo,
ich suche ein Relais, welches 7A bei einer (Leerlauf-) Gleichspannung
von maximal 500V schalten kann. Die Spulenspannung soll 230V/50Hz
betragen. Es soll zur Umschaltung von Solarmodulen dienen und in einer
AP-Abzweigdose Platz finden. Bei den üblichen Installationsrelais
welche ich gefunden habe ist immer eine Wechselspannung für die
Kontakte angegeben.
Kennt jemand geeignete Relais, welche zum Schalten von 500V
Gleichspannung geeignet sind?
Gibt es vielleicht eine grobe Faustformel um die Daten der
Schaltkontakte eines Wechselstromrelais in Gleichspannung umzurechnen?
Notfalls könnte die Umschaltung auch spannungslos in der Nacht
erfolgen, aber nur falls sich keine geeignete Lösung abzeichnet.
Nö. Hängt von vielen Faktoren ab. Und nicht denken, dass wenn du eines
für 500V DC gefunden hast, es bei dieser Spannung auch die 7A
abschalten kann. Also immer schön in die Diagramme des Datenblattes
schauen.
Schau mal bei den Halbleiterrelais
http://www.crydom.com/en/Products/Catalog/1_dc.pdf (D5D07)
Die werden aber nicht mit 230V geschaltet und der Preis ist auch nicht
ohne. Kühlkörper nicht vergessen.
Dirk
Nachtrag.
Kann man natürlich auch selber basteln, mit z.B. IPW60R045CP ist
bezahlbar und Ansteuerung mit kleinem Steckernetzteil. Die knapp
zweieinhalb Watt bekommt man mühelos weg.
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Dirk Ruth schrieb:
Stichwort Lichtbogenlöschung.
Was spricht eigentlich gegen Snubber, also im Prinzip einen dicken
Parallelkondensator am Relaiskontakt (den man dann ggf. durch einen
zweiten, abfallverzögerten Kontakt auch noch abschalten könnte)?
Gruß aus Bremen
Ralf
--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
Der Kondensator müsste schon ganz schön groß werden.
Angenommen der Kontakt hat nach 1ms hinreichen großen Abstand und
7 A -> 7mAs muss der Kondensator aufnehmen. Und das bei 500V
macht etwa 10uF. Und das eben bei 500V.
Nun gut, unmöglich ist das sicher nicht. 100uF für 300V habe ich
schon in der Hand gehabt, Endkundenpreis 100? - ach nee, das war
ein Bipolar-Elko. Unipolar wird's sicher viel billiger und
kleiner.
Könnte also gehen.
CU Rollo
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Roland Damm schrieb:
Stimmt, hatte ich nicht nachgerechnet.
Größer, weil der Kontakt schon löschen soll, wenn die
Kondensatorspannung noch niedrig ist. Kann man aber anders machen:
Kondensator vorher "verkehrt herum" aufladen und dann vom Schalter
kurzschließen lassen, dann zieht der den Laststrom komplett vom
Schalter ab, und der öffent dann völlig stromlos bzw. sogar in einen
Stromnulldurchgang hinein.
Trotzdem unhandlich. Machen wir das also anders:
Eine Reihe von Widerständen in Reihe, einzeln durch Schaltkontakte
kurzgeschlossen. Durch sukzessives Einschalten von Widerständen wird
erst der Strom runtergedreht, dann knipst am Schluß der letzte Kontakt
mit dem Snubber den Strom ganz aus.
Eine andere Idee hatte ich auch noch: Verstellbarer Widerstand. Dafür
nimmt man einen voll durchgesteuerten Leistungstransistor (der
natürlich im Ruhezustand durch einen Schaltkontakt überbrückt ist,
also nur zum Schalten Basisstrom kriegt), der dann den Strom abdreht,
und sobald der klein ist, wird er (falls erforderlich) auch noch
mechanisch abgeschaltet. Kühlkörper überflüssig, weil für "einen
Schuß" das Gehäuse die Wärme aufnimmt.
Aber auch rein mechanisch sehe ich noch nicht Matthäi am letzten: Der
Trick ist dabei die Parallelschaltung von Halte- und Löschkontakten.
Der Haltekontakt ist was teures Vergoldetes mit gutem
Stromtragvermögen, dem ist der Schaltkontakt parallel. Beim Löschen
wird zunächst der Haltekontakt geöffnet, darauf kommutiert der Strom
auf den Schaltkontakt, und der schaltet dann ggf. mit einer langen
lauten funkigen Schaltstrecke ab, einschalten umgekehrt: Erst den
Schaltkontakt schließen, dann den Haltekontakt.
Sinn der Sache: Der "gute" Kontakt wird nicht von Schaltfunken
beansprucht, bleibt daher sauber und niederohmig, und der andere (gern
auch Reihenschaltung von Kontakten, Schalttransistor o. ä.) macht die
"Drecksarbeit". Transistor gefällt mir übrigens: Schaltleistung 5 kW
bei 500 V ist ja nun noch handlich, und die riesigen Kühlkörper
braucht man dabei nicht. Ist nur ein bißchen zeitkritisch: Wenn der
Kontakt trödelt, sagt der Halbleiter (oder dessen Sicherung) leise
Servus.
Gruß aus Bremen
Ralf
--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
Hm?
Der Kondensator ist parallel zum Schalter geschaltet. Der hat
dann unter 1V Spannung, halt so viel, wie am Schalter abfällt.
Wenn der Schalter öffnet, ist die Spannung zunächst auch nicht
so großartig groß, der Kondensator muss ja erst geladen werden.
Bis zu einer Kondensatorspannung von rund 350V passiert erst mal
garnichts, mit 350V bekommt man keinen Lichtbogen gestartet,
egal wie klein der Kontaktabstand ist. Die Spitzenspannung von
500V reicht für eine Zündung über eine Distanz von rund 0,1mm
(Paschenkurve aus dem Kopf geschätzt). Der Schalter muss also
einen Kontaktabstand von 0,1mm in der Zeit erzeugen, in der die
Kondensatorspannung bei 7A von 0V auf 500V hochgegangen ist.
Nur so zur Größenordnungsabschätzung.
Klingt brauchbar, ist für diesen Fall aber unnötig: Hier geht es
nicht um induktive Lasten. Weil das Stromnetz ist ziemlich starr
und die Solarzellen haben keine Induktivität.
Nur die Induktivität sorgt dafür, dass es bei Unterbrechung eine
gigantisch große Überhöhung in der Spannung gibt, die jeden
Kontakt zünden lässt. Aber ohne Induktivität ist das garnicht
das Problem.
Jau. Große Schleifer in Salzwasserbad. Habe sowas in der Art mal
als Anlaufwiderstand für einen 60MW-Motor gesehen, funktioniert.
Riecht nur wärend des Schaltvorgangs etwas nach Chlor:-)
Habe mal so Schalter gesehen, bei denen der eine Kontakt ein
Blech ist, welches zwischen zwei andere Bleche
reingesteckt/gedreht wird. Kontakt ist, wenn die beiden Bleche
flach aufeinander liegen, beim Schalten reiben sie aneinander,
was die Kontaktflächen halbwegs sauber halten dürfte. Beim
Trennen brizzelt es sicher, aber nur an den Kanten des Blechs,
also nicht auf der eigentlichen Kontaktfläche.
CU Rollo
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Roland Damm schrieb:
Er *ist* nicht, er wird.
Wir betrachten mal einen stromdurchflossenen Leiter. (Auf einem kurzen
Stück dieses Leiters fällt dann eine ziemlich kleine Spannung ab.)
Darein möge ein geschlossener Schalter eingeschleift sein, was
praktisch keinen Unterschied macht. Und nun nimmt man einen
aufgeladenen Kondensator und schließt den an einem Stück dieses
Leiters kurz. Dann fließt über den Leiterabschnitt ein kurzer
Entladestromstroß, der sich zu dem vorher fließenden Strom einfach
addiert, sich also von dem nicht beeindrucken läßt.
Wenn man jetzt die Entladung des Kondensators durch eine geeignete
RC-Kombination so dimensioniert, daß für einen relevanten
Zeitabschnitt der Entladestrom entgegengesetzt gleich groß zum
ursprünglich fließenden Strom ist, dann ist der betreffende
Leiterabschnitt in dieser Zeit stromlos. Ein Thyristor geht dann z. B.
einfach aus. Und ein mechanischer Schalter hat Zeit, ohne Streß zu
öffnen.
Wie erklärst Du die Lichterscheinungen, wenn man eine Autobatterie
kurzschließt?
Ein für WS ausgelegter Relaiskontakt kriegt eine gleich hohe
GS-Strombeanspruchung normalerweise nicht sicher gelöscht, das ist der
Punkt. Induktivitäten sind dabei noch ein ganz anderes Thema (und bei
WS vergleichsweise unwichtig, weil dort üblicherweise im
Stromnulldurchgang gelöscht wird, da wirken die sich nur in etwas
unübersichtlicher Weise auf den Verlauf der wiederkehrenden Spannung
aus).
Falsch.
Du hattest bemerkt, daß ich keine mechanische Lösung vorgeschlagen
hatte?
Es ist ja nicht so, als ob es prinzipiell unmöglich wäre, die
verhältnismäßig kleine Schaltleistung zu bewältigen - Schütze oder
kleine Leistungsschalter schaffen das mit Sicherheit. Das Problem ist
nur, daß man dafür eben nicht unbedingt ein popeliges Feld-, Wald- und
Wiesenrelais findet.
(Nach der nachgeschobenen Erklärung des OP ist das Problem allerdings
sowieso keines.)
Gruß aus Bremen
Ralf
--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
Wäre dann die umgekerhte Rechnung, ist aber das selbe.
Mit höheren Spannungen. man Induktivität
Aha? Weswegen? Weil die Induktivität eines Kabels von 1m Länge
deiner Meinung nach so klein ist, dass sie Null ist? Nun gut,
aber die Natur hält sich IMO nicht an deine Meinung.
Rechne nach: Um einen Luftspalt von 10um zu überbrücken brauchst
du rund 350V. Wie lange braucht ein Schalter, um die Kontakte
auf diesen Abstand zu bringen? Wie viel Induktivität hat ein
Kabel, wie viel Kapazität gegen Masse oder gegen die Umgebung
hat es? Welche Spannungen können demzufolge auftreten, wenn im
Leerlauf nur 12V zur Verfügung stehen?
Ach ja, bei Kontaktabständen unterhalb (rund) 10um ist eine
_höhere_ Spannung als 350V nötig, um einen Lichtbogen zu zünden.
Klingt komisch, is' aber so.
Tcha ja... ich hatte mal eine elektronische Zeitschaltuhr. Die
hat nach 6 Monaten den Geist aufgegeben. Aufgemacht,
nachgesehen: Da drin war ein Relais, welches laut Aufschrift für
110V~ ausgelegt war. Nun, wenn man aus solchen Quellen einkauft,
wird man sicher nichts zuverlässiges bekommen. Man muss schon
was kaufen, was auch wirklich dafür da ist.
CU Rollo
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Roland Damm schrieb:
Nein, es ist ein prinzipiell unterschiedlicher Ablauf: Wenn der
ungeladene Kondensator dem sich öffnenden Schalter parallel liegt,
dann ist der Schalterstrom im ersten Moment Null, und die Spannung
steigt dann mit zunehmender Kondensatoraufladung an, der Schalterstrom
bis zur endgültigen Löschung evtl. auch. Wenn dagegen während der
Öffnung des Schalters über diesen der Entladestrom eines umgekehrt
aufgeladenen Kondensators fließt, dann sinkt die Spannung während des
Öffnens ab, und der Schalterstrom macht einen Nulldurchgang.
Wenn Du eine Autobatterie mit einem Schraubenschlüssel o. ä.
kurzschließt, dann wird der Kurzschlußstrom durch den Innenwiderstand
der Batterie und auftretende Leitungswiderstände auf irgendwas in der
Gegend von kA begrenzt - Induktivitäten spielen dabei keine Rolle.
Doch, das tut sie. (Bzw.halte ich mich an die Natur.)
Das wären 350 kV/cm - wie kommst Du auf solche Phantasiewerte? Die
Durchschlagfeldstärke liegt bei ca. 10 kV/cm, ein Lichtbogen hat
lediglich einen Spannungsbedarf von ca. 50-100 V/cm, das wäre also
irgendwas in der Gegend von 10 mV für 10 µm. Daher kommt es beim
Öffnen von Schaltern auch bei haushaltsüblichen kleinen Strömen von
wenigen A regelmäßig zu Öffnungsfunken, völlig unabhängig von
Induktivitäten im Kreis. Wie gut der Schalter damit fertig wird, ist
im wesentlichen eine Frage der thermischen Verhältnisse: Kühlt die
Kontaktstelle schnell genug ab, dann erlischt der (Mikro-)Lichtbogen,
weil ihm die initiale thermische Anregung fehlt, wenn nicht, kriegt
der Schaltkontakt sehr schnell mehr oder weniger starke
Benutzungsspuren. Bei WS ist das unproblematisch: Bei einer "normalen"
Betätigung (Schaltkontakte sind meistens "springend" ausgelegt, d. h.
eine Feder läßt den Kontakt nach überschreiten einer Mindestkraft
plötzlich wegschnellen) kommt nach spätestens 10 ms ein
Stromnulldurchgang, und dann ist der Zauber aus, bei GS kann das
schonmal heftiger werden.
Ja, wie lange dauert das? Laß die Beschleunigung mal 1000 m/s^2
betragen (100 g), dann braucht man für 10 µm gut 140 µs, bei 1 g wären
es 1,4 ms. Öffnungsgeschwindigkeiten von über 1 m/s (auch 100 m/s)
lassen sich aber leicht realisieren, indem ein fliegendes Hämmerchen
die Kontakte auseinanderhaut, das wären dann für 10 µm nur 100 ns bis
10 µs.
Induktivität: Der Induktivitätsbelag liegt in der Gegend von µH/m, bei
einem Kreiswiderstand von 1 Ohm kämen wir damit auf Zeitkonstanten im
µs-Bereich - die kann man wirklich vernachlässigen.
Nee, ist schlicht falsch. Du verwechselst Lichtbögen und
Funkenüberschläge. Was bei Schalteröffnen wirklich passiert, ist, daß
sich der Strom im Öffnungsmoment, begünstigt durch Quenching, auf
einen sehr kleinen Kontaktpunkt zusammenzieht, der dadurch aufgrund
Joulescher Wärme thermisch ziemlich hoch belastet wird. Dabei kommt es
zu ziemlich feldstärkeunabhängigen thermischen Emissionen. Du hast
also auf jeden Fall erst einmal ein Plasma, selbst am Schalter einer
Taschenlampe. Die ganzen Teilentladungsmechanismen spielen an der
Stelle überhaupt noch keine Rolle. (Was da an der kurzgeschlossenen
Batterie so interessant rumfunkt, sind übrigens brennende
Metalltröpfchen. Die verzweigen sich dann auch mal gerne wie die
Funken am Schleifstein.)
Prinzipell beim Gewerbeaufsichtsamt verzinken, sowas. Dieses
Drecksgesindel braucht häufiger mal eine ruinöse Ruckrufaktion, die
ist viel wirksamer als irgend so ein lächerliches Bußgeld.
Gruß aus Bremen
Ralf
--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
Letzteren Faustwert kenne ich zwar auch, glaube ihn aber nicht. Er
würde bedeuten, dass Netzspannung 0,325 mm überspringen kann. Tut sie
vermutlich aber nicht. Bei Gelegenheit mal ausprobieren.
--
Gruß Werner
http://www.manndat.de/fileadmin/Dokumente/Plakat_Genitalverst_mmelung.pdf
Das ist eher der Wert, bei dem sie ziemlich sicher nimmer überspringt.
Ansonsten, viel braucht es nicht, spanne mal zwei Stecknadeln ein,
belege sie mit 230 V, fahre sie auf geringen Abstand...
-ras
Im Feld zwischen zwei Nadelspitzen auf 1mm Abstand und 200V
Spannung hast du partiell erheblich höhere Feldstärken als
200V/mm. Solche Versuche macht man deswegen meist mit sehr
stumpfen Nadeln, also großen Metallkugeln.
Dass es so sein muss, wird einfach aus folgender Ãœberlegung
heraus klar:
Man nehme eine Kugel von mehr oder weniger großem Durchmesser.
Man betrachte diese Nadelspitze/Kugel als Mittelelektrode eines
Kugelkondensators. Die Kugel außen herum sei unendlich groß, wir
betrachten also die geladene Kugel in einem unendlich großen
Raum.
Nun kann man die Feldstärke an der Kugeloberfläche ausrechnen.
Habe die Formel nicht im Kopf, war aber recht einfach.
Wenn es nun so wäre, dass es zu einer Entladung käme, sobald die
Feldstärke 10kV/cm übersteigt, kann man sich leicht ausrechnen,
ab welchem Radius schon die Netzspannung ausreicht, um eine
Entladung zu starten.
Bitte nachrechnen, aber wenn das so wäre, dann wären Litzen nicht
zulässig. Lüsterklemmen müsste man mit
Kunststoffschraubendrehern anziehen, denn wenn man einmal kurz
abrutscht, erzeugt man eine Spitze/einen Span an der Schraube,
dessen Spitze einen zu kleinen Krümmungsradius hätte. Sprich es
würde ständig an allen
Steckdosen/Verteilerkästen/Schaltern ... - einfach überall, wo
der Elektriker die spannungsführenden Bauteile nicht
geflissentlich abgerundet und poliert hat, zu spontanen
Entladungen kommen.
Wir wissen, dass dem nicht so ist.
Und der Grund ist der, dass eine Spitze zwar lokal eine sehr hohe
Feldstärke bewirkt, deswegen aber nicht nicht automatisch eine
Entladung passiert, denn diese Feldstärke muss auch über eine
gewisse Strecke aufrechterhalten werden. Damit die Elektronen
genug Weg zum Beschleunigen haben.
CU Rollo
Ja wieso sollte er, wenn nebenan ein ungeladener Kondensator ist?
Ja, das habe ich schon verstanden, nur wieso?
... eben, wieso?
Ab welcher Induktivität ist eine solche nicht mehr vorhanden?
Sicher doch. Wie sonst sollte ein Strom durch einen Lichtbogen
fließen oder so?
Wieso? Ich finde das ist genau die richtige Baustelle.
Mag auch mit dabei sein. Aber wozu sollte der Lichtbogen diesen
Umweg nehmen, wenn nebenan ein ungeladener Kondensator ist?
Aber nur deiner Meinung nach.
Noch nicht ganz.
Praktisch keine.... wie groß ist praktisch keine?
Genau so, wie hier diskutiert: Diese Kapazität puffert die
Spannungsspitze infolge der Induktivität weg.
Ich meine was anderes: Man schalte den Strom schlagartig ab, man
macht das halt einfach so. Wie hoch wird die Spannung kurzzeitig
maximal? Eben, das hängt von der vorhandenen Kapazität ab.
Und übrigens bilden Kontaktflächen, die noch ziemlich dicht
beieinander sind, eine sehr große Kapazität.
Ebenso.
Genügend Zeit... 1ns reichen. Die Frage ist übrigens, ob ein Puls
von sagen wir 10kV Höhe eine größere Strecke zum Durchschlag
bringt wenn er 10ns breit ist oder wenn er 1us breit ist.
Denke ich auch. Die Heizung der Kontaktflächen erfolgt ja nur
durch den Strom, der vorher in der selben Stärke auch schon
floss. Vielleicht auf einer kleineren Fläche, aber je kleiner
die Fläche, desto effektiver die Kühlung durch umgebendes kaltes
Material.
Ich gehe davon aus, dass sich der Lichtbogen innerhalb kürzester
Zeit bildet, wenn er sich bildet. Mit anderen Worten es könnte
möglich sein, einen Strom von sagen wir 1A abzuschalten, ohne
dass sich ein Lichtbogen bildet. Dazu muss nur die Induktivität
klein genug sein b.z.w. die Kapazität zwischen den
Kontaktflächen muss groß genug sein. Man könnte das vielleicht
konstruieren.
CU Rollo
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Roland Damm schrieb:
Weil der Strom dazu erst einmal einen Umweg machen muß, dem dann in
der Tat auch kleine Induktivitäten (und Widerstände) im Weg stehen.
Aber natürlich ist es dann auch ein Wettlauf zwischen Kontaktöffnung
und Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, denn auch Lichtbögen haben eine
minimalen Spannungsbedarf pro Länge. Aber grundsätzlich ist es richtig
(und auch empirisch belegt), daß auch kleine Kondensatoren sehr
deutlich kontaktschonend wirken (weswegen man die z. B. an die
Unterbrecherkontakte von Zündanlagen dranbaut).
Na, um einen echten Nulldurchgang des Stroms bei evtl. bereits
signifikant geöffnetem Kontaktspalt zu erzwingen: Strom erst negativ,
und dann wiedekehrende Spannung positiv - das verwirrt den
impertinentesten Schaltfunken so, daß er vor lauter Schreck vergißt,
weiterzubrennen, und dann einfach ausgeht. (So kann man übrigens
Thyristoren bei Gleichstrom ausmachen - ich erwähnte das wohl schon.
Ja, inzwischen gibt es auch GTOs und so'n Zeugs. Ein GTO wäre übrigens
möglicherweise eine ziemlich gute Lösung für den OP - man könnte ihn
sogar mit einem weniger leistungsfähigen Relais kombinieren, wenn man
eine echte galvanische Trennung braucht.)
Ich würde es an der Zeitkonstante L/R bemessen und die mit der
Schalteröffnungszeit vergleichen.
Na, ohne L. "Einfach so". Nur durch R begrenzt. (Sorry, Demonstration
Lichtbogen: ca. 500 W Glühlampen (auch als passende Parallelschaltung)
als Vorwiderstand benutzen, zwei alte Monozellen (Zink-Kohle-Typ)
schlachten, in Reihe mit dem Kreis, Gummihandschuhe zum Isolieren
anziehen, hitzefeste drüber, Schutzbrille aufsetzen, Kohlestiftspitzen
aneinandertitschen und ein bißchen auseinanderziehen, britzel - qualm
- leucht. (Kommen ca. 1-2 A zusammen, bißchen knapp für einen
"schönen" Lichtbogen, aber ein bißchen hellweiß wird das schon.)
Induktivitäten spielen dabei nachrechnbar keine Rolle. Nie gemacht?)
Dabei geht es um Durchschläge: Erst isolierend (kein Strom), dann
*Peng*. Bei Schalter fließt aber schon Strom, der bricht beim Öffnen
nicht ab und braucht deswegen auch nicht neu zu zünden.
Oszillographier einfach Strom und Spannung, dann siehst Du es: Der
Spannungsanstieg kommt lange vor dem ersten Stromabriß.
Weil der auch erstmal um die Kurve muß: Der hat nämlich anfangs die
Wahl zwischen null Volt und null Volt, sieht aber eine Induktivität,
die ihm "Eile mit Weile" sagt. Warum fließt der Strom eigentlich nicht
bei geschlossenem Schalter in den ungeladenen Kondensator? Weil der
dafür nämlich gar nicht hinreichend ungeladen ist, sondern gerade
soviel Spannung hat, daß es für den Strom durch den Schalter "bergab"
geht.
Das große W behauptet unter Alltagsbedingungen für das
Spannungsminimum 340 V bei ca. 7 µm*bar, das wären ca. 50 MV/m
gegenüber den 1 MV/m aus den 10 kV/cm. Wenn ich mir mal die Funktion
x/ln(x) hernehme, dann hat die bei e ein Minimum von e. Bei 10 e
kommen da aber ca. 3,03e heraus, d. h. da ist die
Durchschlagsfeldstärke schon wieder auf ein Drittel gefallen. Bei 0,1
mm käme ich auf ca. 13 MV/m - so weit ist das von den 1 MV/m dann aber
auch nicht mehr weg.
Und außerdem glaube ich das sowieso nicht und bestreite schlicht die
Anwendbarkeit: Im RL hat man keine polierten Meßelektroden, sondern
irgendwelche Spitzenentladungen, deren Feldstärke durch den Radius der
sich davor bildenden Raumladungskugeln begrenzt wird - bei realen
Anordnungen kann man keine 300 V an 10 µm anlegen, wenn man noch alle
Tassen im Schrank hat.
Diese Paschen-Messungen sollte man schlicht mal nachkochen, mit
modernen Meßmethoden und genau kontrollierten Bedingungen, ob das
überhaupt so stimmt. Ich habe dabei einen ziemlichen Legendenverdacht.
Gut, die Townsend-Bedingung ist natürlich theoretisch ganz gut
verstanden, aber die beschreibt eben nur die Voraussetzungen für einen
spontanen Durchschlag - die Teilentladungen (Glimm- und
Koronaentladungen) setzen aber schon bei niedrigeren Feldstärken ein,
können sich dann aber doch auch ziemlich spontan zu Streamern
auswachsen.
Na, das sind aus geometrischen Gründen Mikro-Henrys, mehr ist da
nicht, bei Kreiswiderständen von wenigstens einigen zehn Milliohm.
Und wirkt damit der Funkenbildung entgegen: Ja eben, die
Induktivitäten spielen gar nicht die Rolle dabei, sondern werden durch
die Kapazitäten sogar kompensiert, und trotzdem funkt es sichtbar.
Sag ich doch: Der Strom läßt sich nicht "schlagartig" abschalten,
erstens, weil sich der Abschaltimpuls von der Kontaktstelle aus auch
nur mit (ca. halber) Lichtgeschwindigkeit ausbreitet (aber immerhin!)
und der Leiter "außerhalb" deswegen noch gar nicht weiß, daß das jetzt
kein Strom mehr fließt, und zweitens, weil es der Schalter sichtbar
nicht kann, denn der Strom fließt einfach weiter - in deutlich
längeren Zeiten, als sich durch den elektromagnetischen
Ausgleichsvorgang (Wellenausbreitung auf dem Leiter) ergibt. (1 ns
sind 30 cm, Schaltkontakte brauchen Millisekunden oder hunderte
Kilometer.)
Hm, das müßte man wirklich mal nachrechnen, aber das "wirklich groß"
möchte ich doch arg bezweifeln: Die Kapazität zweier
gegenüberliegender Würfelflächen ist proportional zur Kantenlänge,
verschwindet also mit verschwindender Würfelgröße.
Done.
Nee.
Ganz klar: Je breiter, desto Peng. Isolationsfestigkeit ist nämlich
wie Zugfestigkeit eine statistische Größe: Wie zugfest ein Seil ist,
hängt auch davon ab, wie lange die Prüflast dranhängt. Die
Paschen-Annahmen sind ja gut und schön, aber real werden Durchschläge
u. a. durch ionisierende Strahlung usw. getriggert. (Deshalb isoliert
feuchte Luft besser: weniger Keime, mehr Ionenfänger.)
Auch falsch: Die thermische Zeitkonstante geht quadratisch mit den
charakteristischen Abmessungen, also in kleinen Bereich gegen null
(während dort die Stromdichte gegen unendlich geht) - die sind also
"sofort" glühheiß, daher kann man ja auch mit Taschenlampenbatterien
"funken", obwohl die gar nicht genug Spannung für Ionisierungen haben.
Du hast bei jeder Schalteröffnung, bei der vorher wenigstens ein
bißchen "richtiger Strom" fließt (also nicht nur ein Milliampère),
Lichtbogenfunken aufgrund von Glühemission, und wenn dahinter auch
noch "richtige" Spannungen sind, dann gehen die auch nicht "von
alleine" aus.
Das stimmt auch.
Nein, eben nicht.
Das hat mit der Induktivität nichts zu tun, die wird dafür nicht
gebraucht.
Die Kapazität könnte es vermasseln.
Das wäre eine interessante Frage, ob jemand das Löschverhalten von
Kleinkontakten schonmal "ex principiis" simuliert hat. Ich vermute,
daß da mehr nach Versuch und Irrtum konstruiert wird, weil man
praktisch zu viele Dreckeffekte und äußere Einflüsse hat.
Gruß aus Bremen
Ralf
--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
Klar. Nur halte ich den technischen Mehraufwand für recht groß -
überflüssig groß. Man muss Aufwand und Kosten mit der
Alternative vergleichen, den Kondensator einfach nur etwas
größer zu machen.
Wenn der Nulldurchgang langsam genug geht. Ein richtig großer
Lichtbogen bei 50Hz Hochspannung brennt auch munter über den
Nulldurchgang hinaus weiter. Ich nehme an, dass das dann
passiert, wenn der Lichtbogen so heiß ist, dass er sich in der
kurzen Zeit nicht hinreichend abkühlen kann. Jedenfalls haben
Anregungszustände, Ionisation und sowas in Luft bei
Atmosphärendruck nicht die nötige Lebensdauer.
Na gut. 3V-Batterie, sagen wir 1A im Kurzschluss und ein Draht
von 10cm Länge.
Induktivität des Kabels (Achtung, jetzt nur Überschlagsrechnung,
weil eigentlich haben wir einen Kapazitäts- und
Induktivitätsbelag): L=1,26e-7H
Wenn da 1A durch fließen, hat das Magnetfeld eine Energie von:
El=1/2*L*I^2 = 6,3e-8J
Energie eines Kondensators: Ec=1/2*c*U^2
Kapazität von 10cm Kabel: kann man nur Schätzen, kommt auf die
Umgebung an. Sagen wir mal rund 1pF.
Wenn also die Energie aus dem Magnetfeld in das Elektrische Feld
umgesetzt wurde, also Ec=El, dann ist:
U=sqrt(2/c*El) = sqrt(2/1e-12*8,3e-8) = ~400V
So, und jetzt kommst du:-) Mag ja sein, dass man zum Zünden eine
so hohe Spannung gar nicht braucht, aber sie ist _da_ .
Klar, wenn du das als ähnlich ansiehst.
laber laber.... ich habe mal nach echten Zahlenwerten für die
Paschenkurve gesucht, und bin dabei auch dauernd auf diese
blöden Kommentare gestoßen, dass das alles ja garnicht so
stimmt, weil ja die Elektrodenform auch wichtig ist und anders
ist und spitz ist und so - nervig....
Ist mir doch alles bekannt. Deswegen rechnet man ja auch das
elektrische Feld so aus, wie es wirklich ist und nimmt nicht
einfach Spannung/Elektrodenabstand.
Es stimmt im Großen und Ganzen schon. Nur dass es noch allerlei
Randbedingungen gibt, die auch noch mit reinspielen. Aber an dem
grundsätzlichen Ergebnis, dass die Zündspannung bei einem
gewissen Abstand ein Minimum hat, steht fest. Das kann man auch
mit einem sehr verblüffenden Experiment demonstrieren:
http://www.physics.csbsju.edu/tk/370/jcalvert/dischg.htm.html
zeigt irgendwo links eine Skizze von einem Versuchsaufbau mit
einem Glasrohr in etwa in der Form:
____
| |
------------
Bei bestimmtem Druck nimmt die Entladung den langen Weg anstatt
dem kurzen. Das ginge wohl kaum, wenn es in der Paschenkurve
kein Minimum gäbe.
Richtig, Townsend-Mechanismus ist nicht alles.
Rechnung siehe oben. Die Spannungen sind nicht vernachlässigbar,
genausowenig wie die Induktivitäten und Kapazitäten.
Sicher, wenn du mit abnehmendem Abstand der Elektroden auch
gleich ihre Fläche verkleinerst, dann ja. Aber mal ernsthaft:
10um Abstand und 1mm^2 Fläche macht ein C von
C= (oh, verblüffung) 8,8e-12F -> runde 9pF.
Oben hatte ich mit 1pF gerechnet. Die Kapazität der
Kontaktflächen spielt also u.U. sogar eine entscheidende Rolle.
Paschenformel und so gehen davon aus, dass ionisierende Strahlung
vorhanden ist. Die Bedingung beschreibt nur, ab welcher
Feldstärke sich eine einzelne Ionisierung zu einem Lichtbogen
ausweiten kann
Und sofort wieder kalt, die Zeitkonstante wirkt in beide
Richtungen.
Wenn du mit einem halbwegs kurzpulsigen Laser auf Alu schießt,
verdampft das Material auch nicht unbedingt.
Selbst mal gemacht: 8mJ in einem Puls von 15ns Dauer macht eine
Peakleistung von 500kW. diese auf eine Fläche von rund
(0,2mm)^2. Also eine Flächenleistung von 1,25MW/cm^2.
Die ersten paar Pulse schießen das Aluminiumoxid weg (mit
sichtbarem Plasma), aber dann passiert nichts mehr. Klar, das
Material schmilzt und erstarrt und es bildet sich ein Krater.
Aber auch nach mehreren Minuten Dauerfeuer fehlt nichts an
Material, es reicht einfach nicht zum Verdampfen.
Nun kann man sich aber einfach vorstellen, was passiert, wenn man
1MW auf eine Fläche von 1cm^2 bringt.
Mit den Zahlen aus meiner Rechnung oben, kann man ja mal
weiterspinnen und abschätzen, wie viel Energie (steht oben) in
welcher Zeit umgesetzt wird.
Bei kleinen Spannungen und Strömen ist die Funkenbildung wohl
praktisch egal. Der Schalter einer Taschenlampe wird wohl kaum
1e6 Schaltzyklen vertragen können müssen.
CU Rollo
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Roland Damm schrieb:
Ok, gekauft.
Auch richtig. Andererseits haben es Bahnstromschalter nicht unbedingt
leichter als "normale", denn sie müssen evtl. dreimal so lange auf den
Nulldurchgang warten (können in der Zeit aber auch das Maul deutlich
weiter aufreißen).
Natürlich nicht: 0,1 µH und 1 pF gibt 500 MHz - wie willst Du denn in
1 ns den Strom abschalten? (Mit etwas realistischeren Zahlen wird das
auch nicht besser: Alle Zeitkonstanten im µs-Bereich kannst Du
vergessen, jeder Schalter prellt mehrere ms lang.)
Ja, stimmt aber doch, oder?
Das Problem ist doch: Man /weiß/ nicht, wie es wirklich ist. Man kann
nur rechnen.
Naja, sollte man annehmen.
Jo, nicht schlecht.
Das ist immer noch nicht trivial: Wenn der Durchschlag gezündet hat,
sind Ladungsträger in Massen da. Warum wird die Entladung nicht
anschließend auf dem kurzen Weg kurzgeschlossen?
Glaubichnich...
Du bist ja schon wieder im ns-Bereich.
Das einzelne Ionisationsereignis macht es auch nicht, einzelne Ionen
sind sowieso "immer da". Die Frage ist halt, was mit Schauern ist, z.
B. wenn jemand ein el. Blitzlicht (mit UV-Anteil) zündet, dann müßte
es nämlich ggf. sofort krachen.
Schon, aber wenn's gezündet hat, wird ja gleich nachgeheizt.
Dieses "Dauerfeuer" hat ein kleines Tastverhältnis. Ist eben der
Punkt: Es wird nicht nachgeheizt.
Bei der Impulslänge: Das gleiche.
Klar.
Beim OP das Relais auch nicht. Der Punkt ist: Der Zündmechanismus ist
halt da - um den Rest kümmern sich dann die 500 V, oder was es waren.
Gruß aus Bremen
Ralf
--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
Und? Irgendein Ausschaltvorgang wird der letzte gewesen sein,
egal wie viele es vorher gegeben hat.
Klar stimmt das. Es nervt nur, wenn du auf die Frage nach der
richtigen Temperatur für ein Spiegelei in der Bratpfanne als
Antwort bekommst, dass man das so einfach nicht sagen kann, es
kommt darauf an, ob der Herd 5 oder 7 Schaltstufen hat, ob er
mit Gas oder Elekro geheizt wird,.... Hallo? Ich habe nach der
Temperatur gefragt. Wie ich diese Temperatur erreiche ist dann
mein Problem. Genauso hier: Natürlich spielt die
Elektrodengeometrie eine Rolle.
Wie? Man kann das elektrische Feld errechnen und dann kennt man
es.
Gute Frage. Würde sagen, da wo es ein mal gezündet hat, ist das
Gas noch angeregt, hier ist der weitere Durchschlag einfacher.
Anderer Punkt: Nachdem sich eine erste Entladung gebildet hat,
entstehen diverse komische Schichten an den Elektroden, habe das
auch nicht ganz verstanden. Eventuell fällt die
Potentialdifferenz gar nicht mehr an der kürzesten Stelle ab,
sondern dicht vor der einen oder anderen Elektrode.
Und? Probleme mit kleinen Zahlen? Jede Entladung fängt mal klein
an:-)
Na ja... Spontan entstandene Ionen/Elektronen leben nicht lange
(vereinigen sich wider), wenn es kein Feld gibt. Nun ist die
Frage, wie lange es braucht, bis das Feld aufgebaut ist. Ein wie
starkes Feld kann man in der Zeit zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Ionisationen aufbauen? Das ist ein
interessantes Thema. 'Nen Kollege bastelst gerade an einem
Netzteil, welches innerhalb weniger als 20ns 10kV aufbauen kann.
Weniger als... weil die Messtechnik bei diesen kurzen Zeiten
nicht ganz einfach ist. Da passieren eventuell lustige Effekte.
Irgendwer hat mal was gemessen in Sachen kurze Pulse, da kam
heraus, dass man mit solch steilflankigen Pulsen Streamer
erzeugen kann, die sich mit 1/3 Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.
Ganz im Gegenteil zu normalen Hochspannungspulsen, die sich
deutlich langsamer ausbreiten. Da passiert noch was...
Und, wie lange heizt denn die Taschenlampenbatterie nach, und
weswegen sollte sie das tun?
Also angenommen, die Kontakte wären kurz vorm Schalter-öffnen
wirklich heiß. Wie heiß? Austrittsarbeit bei Kupfer liegt in der
Größenordnung von 5eV (geschätzt). Für den äußeren
photoelektrischen Effekt brauchst du schon UV. Die Elektronen im
Kupfer haben diese Energie erst (im Mittel), wenn das Kupfer
50000K heiß ist. No Way. Also muss sich der Prozess mit den
wenigen Elektronen zufrieden geben, die trotz deutlich
geringerer Temperatur genügend Energie haben. Gibt's ja.
Nur jetzt der Trick: Diese Elektronen dampfen ab, sie kühlen das
verbleibende Kupfer also.
Das heißt: Glühemission gibt es zwar, aber sie kühlt das
Material.
Aber gut, angenommen es treten Elektronen aus. Und dann? Dann
treffen sie auf die Anode, die Kathode wird kälter, irgendwann
treten keine Elektronen mehr aus. Ende.
Es sei denn: Die Elektonen können ihrerseits Ionen aus der Anode
herausschalgen. Dann können diese nämlich wieder auf der Kathode
einschalgen und so weiter. Aber genau das ist der
Townsend-Prozess.
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Roland Damm schrieb:
Da fließt dann aber nicht mehr der anfängliche Strom.
Ich habe nur darauf hingewiesen, daß die Temperatur in der Bratpfanne
nicht die ist, die auf dem Schalter draufsteht.
Nein, dafür muß man die Spannung(sverteilung) kennen.
Das mit den Schichten ist klar: Die Elektronen brauchen für
unelastische Stöße immer eine gewisse Mindestenergie, d. h. sie
brauchen halt ein paar Volt Anlaufstrecke und können erst dann
Gasatome ionisieren und dadurch zum Leuchten anregen. Danach ist ihre
Energie wieder weg, und sie brauchen einen neuen Anlauf. Das
stabilisiert sich wahrscheinlich, weil in den leuchtenden Zonen das
Feld wegen der höheren Leitfähigkeit zusammenbricht, so daß man den
beschleunigenden Feldraum immer nur in den Dunkelschichten hat.
Sie hat dann aber nicht genug Zeit dafür. Nach der Halbschwingung ist
sie nämlich wieder aus.
Rein ekeltronisch? Alle Achtung! (Naja, UKW-Sendeendstufe im
Pulsbetrieb und hochtransformieren - geht schon. Zum transformieren
einfach eine offene lambda-Viertel-Leitung nehmen, vorne Strompuls
reinknallen, hinten Bumm. Und Späher auf dem Dach postieren, der nach
den BNA-Autos Ausschau hält ...)
Wanderwellenröhre. Ach so, zu teuer.
Naja, da dürften Verschiebungsströme mit dem Gas wechselwirken. Noch
ein paar Magnetfelder dazu, dann wird das noch deutlich lustiger.
Die Taschenlampenbatterie hat ein Tastverhältnis von eins: Da fließt
der Strom, bis er aus ist.
10 kK
Ja.
Jein.
Nein: Die Energie geht im Schaltkontaktspalt gar nicht verloren. Zwar
kühlt sich die Kathode in sehr dünner Schicht durch die Emission ab,
aber die Elektronen liefern die Energie gleich wieder auf der anderen
Seite ab, und die strahlt dann thermisch und wirft sie als Photonen
wieder zurück. Da bildet sich ein wachsender Plasmaball von mehreren µ
Durchmesser.
Die Idee ist gar nicht so blöd. Hau mal Euren Glasbläser an:
Reedkontakt anbohren, wässern, wieder zuschmelzen (zum Testen erst
einmal mit Heißkleber oder auch gar nicht, einfach im Wasser
drinlassen). Der hat danach wahrscheinlich fabulöse
Ausschaltleistungen. Isoliert aber nicht? Macht nichts, das tun
Hochspannungsleistungsschalter auch nicht, dafür baut man da noch
Trenner dran.
Gruß aus Bremen
Ralf
--
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