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Messtechnische Charakterisierung der berührungslosen Messung elektrostatischer Aufladung mittels Feldmühlen

04.12.2017

Die Zündfähigkeit einer Entladung, ausgehend von einer aufgeladenen Oberfläche, hängt mit der während des Durchbruches der Gasstrecke übertragenen Impulsladung zusammen. Neben der Impulsladung wird unter anderem auch der Oberflächenwiderstand oder die Fläche als Kriterium für die sicherheitstechnische Bewertung verwendet [1], [2]. Inwieweit sich die Messung der elektrischen Feldstärke als Kriterium für die Bewertung der elektrostatischen Ladung eignet muss untersucht werden. Die Messung der elektrischen Feldstärke mittels Feldmühlen kann berührungslos erfolgen, ohne das Untersuchungsobjekt – die Aufladung des Materials – zu stören und ohne eine Entladung zu verursachen [3], [4]. Kann letzteres in jedem Anwendungsfall gewährleistet werden, so wäre das Verfahren gefahrlos in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbar. Dieser Einsatzbereich ist den entladungsprovozierenden Messverfahren (Coulombmeter, Shunt) und Messverfahren die nicht explosionsgeschützt ausführbar sind (Oberflächenwiderstand) grundsätzlich verwehrt [5], [6].
Für die messtechnische Charakterisierung der berührungslosen Messung elektrostatischer Aufladung wurden, im Rahmen der Bachelorarbeit von Carolin Ladda, im ersten Schritt verschiedene Ausführungen von Feldmühlen durch vergleichende Messungen in unterschiedlichen homogenen und inhomogenen E-Feldkonfigurationen untersucht. Der Einflussgrößenanalyse folgte eine Parameterauswahl. Bei experimentellen Untersuchungen wurde der Einfluss der Umge-bungsbedingungen der Luft (Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit) sowie verschiedener Modelle für reale Oberflächengeometrien (Platten-, Winkel-, Vierkant- und Rundprofile) berücksichtigt (Abbildung 1). Zur Sicherstellung eines korrekten und reproduzierbaren Messverfahrens erfolgte die Entwicklung eines Versuchstandes, welcher die zu untersuchenden Randbedingungen einstellt (Abbildung 2). Die Untersuchungsergebnisse dienen als Basis zur Etablierung eines Kalibrierverfahrens für Feldmühlen.

 

Abbildung 1:a) Kreisförmige Platten (d = 10 cm, 40 cm)
b) Vierkantprofil (l = 40 cm; d = 4 cm, 10 cm, 25 cm)
c) Rohrprofil (l = 40 cm; d = 4 cm, 10 cm, 25 cm)
d) Winkelprofil (l = 40 cm; d = 4 cm, 10 cm, 25 cm)

 

Abbildung 2:a) Messaufbau zur messtechnischen Charakterisierung von Feldmühlen
b) Feldmühle EMF58 mit Erdelektrode
c) Feldmühle EM03 mit Erdelektrode


Literatur

[1]    U. v. Pidoll, „Testing products and processes with regard to electrostatic haz-ards at PTB“.
[2]    H. Steen, Handbuch des Explosionsschutzes, Wiley-VCH, 2009.
[3]    G. Lüttgens, Expert Praxislexikon Statische Elektrizität, Expert Verlag, 2000.
[4]    G. Lüttgens, Statische Elektrizität begreifen - beherrschen - anwenden, 4. völ-lig neu bearbeitete Auflage, Expert Verlag, 2002.
[5]    T. Langer, M. Beyer und U. von Pidoll, „Messtechnische Charakterisierung elektrostatischer Entladungen“, Technisches Messen, pp. 516 - 524, 2008.
[6]    A. Küchler, Hochspannungstechnik - Grundlagen - Technologie - Anwen-dungen, 3. neu bearbeitete und erweiterte Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2017.