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Verifizierung der Messung übertragener Ladungen von Büschelentladungen

01.11.2011

In vielen Fällen wird durch Strukturierung von Oberflächen oder vergleichbaren Maßnahmen versucht, die Energie von elektrostatischen Entladungen von isolierenden Oberflächen so zu begrenzen, dass diese nicht mehr zündwirksam werden können. Eine Überprüfung dieser Maßnahme ist nur experimentell möglich. Hierbei wird die zu prüfende Oberfläche unter kritischsten Bedingungen (z.B. Trockenklima und Aufsprühen von Elektronen) möglichst hoch aufgeladen und die übertragene Ladung von provozierten Entladungen zu einer Kugel am Eingang eines Coulombmeters gemessen und mit publizierten Grenzwerten in einschlägigen Normen verglichen.

Beim Annähern der Kugelelektrode an die aufgeladene Fläche entsteht in der Kugelelektrode vor der Entladung eine höhere Influenzladung als nach der Entladung. Diese Differenz führt zu einem Messfehler der übertragenen Ladung. Kürzlich publizierte theoretische Berechnungen ergaben dabei, dass dieser Messfehler zu einer nicht akzeptablen Unterschätzung der gemessenen übertragenen Ladung und damit zu einer Unterschätzung der ausgehenden Zündgefahr führt. In dieser Arbeit wurde daher die induzierte Ladung „A“ kurz vor der Entladung und die während der Entladung übertragene Ladung „B“  sowie die Differenz „C“ der Gesamtladung auf einer aufgeladenen isolierenden Fläche vor und nach einer provozierten Entladung in einem handelsüblichen Faraday Käfig bestimmt.

Abb. 1: Induzierte Ladung „A” (80 nC), während der Entladung übertragene Ladung “B“ (41 nC) und Differenz der Gesamtladung
            „C“ (44 nC) vor und nach einer Entladung in einem Faraday Käfig.

„B” ist identisch mit dem Messwert des Handcoulombmeters. Ein kurzer Blick auf Abb. 1 zeigt, dass der Unterschied zwischen „B“ und „C“ nur gering ist und keinesfalls eine nicht akzeptable Unterschätzung darstellt. Hinzu kommt, dass als Folge beobachteter Ladungsverluste und Mehrfachentladungen „B“ besser mit der Zündwirksamkeit der provozierten Entladung korreliert als „C“.
Die erhaltenen Ergebnisse können für eine korrekte Bestimmung der Zündwirksamkeit einer Entladung zwischen 10 nC
und 90 nC verwendet werden. Es ist nicht notwendig, die existierenden Grenzwerte von 60 nC, 30 nC und 10 nC für die Explosionsgruppen IIA, IIB und IIC, welche derzeit in Regelwerken verwendet werden, zu ändern.

U. von Pidoll, K. Chowdhury, D. Möckel, T. Langer und M. Beyer, Interpretation of charge transfer measurements of brush discharges. 13th International Conference on Electrostatics April 10th to 14th 2011 Bangor, Wales. 2011 J. Phys.: Conf. Ser. 301 012041.


Ansprechpartner

Dr. U. v. Pidoll, FB 3.7, ulrich.v.pidoll(at)ptb.de