Willkommen auf der Dielektrikaseite der

German Tesla List (GTL)

der German Speaking Tesla Coilers - den GSTCs

Auf dieser Seite gibts
folgendes zu lesen:
Weitere Seiten der GSTCs:

Diese Seite entstand nach einem sehr ausführlichen Thread auf der GTL im Januar'99. Die Texte sind z.T. direkt aus den mails übernommen.


Allgemeines zum Thema Dielektrika in Kondensatoren:


Berechnung der nötigen Spannungsfestigkeit von kommerziellen Kondensatoren für den Einsatz in TCs:
aktuelleres und genaueres dazu auf der MMC-Seite!!
Derating DC -> 50Hz-AC:
Eben nicht nur U/SQR(2), sondern u.U. weit geringere AC-Festigkeit nach Herstellerangaben (wegen Teilentladungen, s.u.).
Derating 50Hz-AC -> HF (CW):
Auch dafür gibt es Kurven vom Hersteller (je nach Cap verschieden, sogar für verschiedene Kapazitaetswerte der gleichen Baureihe).
Derating DC -> TC:
Das ist die alles entscheidende Frage. Man muss entweder den Hersteller fragen, oder man probiert es aus. Die dritte Alternative ist, zu versuchen anhand der DC->AC und 50HzAC->HF(CW) über die Abschätzung des Duty-Cycle zu einem vernuenftigen Gesamt-Derating-Wert zu kommen.
Das Teilentladungsphaenomen:
MD(12.1.99)> Der Faktor, um welchen man die Betriebsspannung (HV-Trafospannung) zurückschrauben muß hängt von vielen Faktoren ab, u.a. vom Dielektrikum, der Frequenz, der therm. Belastung (Stromwärme und dielektr. Erwärmung) und der gewünschten Lebenserwartung. Ich hab da in Hochspannungstechnik-Fachbüchern nachgelesen und mal den Professor fuer Hochspannungstechnik an unserer Hochschule gefragt. Hier das wesentliche:
Kunstofffoliencaps mit PP, PS oder PE als Dielektrikum unterliegen im Betrieb mit AC-Hochspannung dem "Teilentladungsphänomen". Diese Teilentladungen (kurz: TE oder auf engl.: "partial discharges" ) sind mit kleinen lokalen Koronaentladungen vergleichbar und tauchen in fast jedem Isolator (egal ob HV-Kabelisolation oder Kondensatorfolie) auf, da man stets mit Materialinhomogenitäten, Verunreinigungen und kleinsten Gaseinschlüssen und Hohlräumen (Lunkerstellen) rechnen muss. Diese TE zerstören langsam aber sicher die molekulare Struktur der Kunststoffe (Aufspaltung der Polymerketten und /oder Oxydation durch Ozon, Stickoxide welche bei den TE entstehen). Diese "Zerstörungen" im Kunststoffgefüge breiten sich baumförmig aus, deswegen spricht man auch von "treeing". Inerhalb dieser Zonen ist der Isolationswiderstand stark herabgesetzt und wenn sich diese Kanäle durch das Dielektrikum "durchgefressen" haben kommt's zum Durchschlag. Wärme begünstigt diese langsame Zerstörung des Isolationsmaterials, besonders bei Kunststoffen (Erwärmung durch RF!) Die Problematik der TE ist übrigens eines der wichtigsten Forschungsgebiete in der heutigen Hochspannungstechnik, denn es geht darum Hochspannungskabel zuverlässiger, langlebiger, kostengünstiger bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebsspannung zu machen. TE kommen in jedem Polycap vor und die einzige praktische Lösung im Betrieb ist Spannungsreduktion. Feldstärkeerhöhung durch unregelmäßige oder spitze, kantige Metalloberflächen im cap begünstigen die TE. Um die TE-Bildung im HV-RF-Betrieb zu vermindern, muss man einen hohen Sicherheitsfaktor wählen, da im HF-Betrieb die dielektrischen Verluste noch viel stärker zur TE-Bildung beitragen. Wenn z.B. ein PP-cap 1000 Volt DC-Nennspannung hat, dann darf man ihn bei 50 Hz theoret. noch fast mit 1000 Volt durch Wurzel2 = 700 Volt AC betreiben. Bei 50 kHz duerften es noch etwa 150-200 Volt AC. sein, wenn man von einer akzeptablen Lebenserwartung ausgehen möchte. (Diese Daten stammen aus einem Philips-Datenbuch). Ihr seht, dass ein Sicherheitsfaktor (VDC/VAC bzw VTC) von 4 bis 6 durchaus sinnvoll ist bei Kunststoffcaps.
Ein schönes Bild vom 'treeing' gibts auf dieser englischen Kondensatorseite.
Die Durchbruchsfeldstärke bei Folien hängt von Ihrer Dicke ab. Dünne Schichten weisen höhere Werte auf (kleine Weglänge bei dünnen Folien behindert die Entwicklung von Ladungsträgerlawinen, gleichzeitig bessere Wärmeableitung). (3)

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Recycling-Nummern (für Plastikflaschen-SW-Caps):
1 PETP
2 HDPE
3 PVC
4 LDPE
5 PP
6 PS
7 sonstige


Materialeigenschaften für die wichtigsten Werkstoffe im Kondensatorbau:

Quellen:
(1) Internet (nicht überprüfbar)
(2) Nührmann, Dieter (Das große Werkbuch Elektronik)
(3) Taschenbuch Elektrotechnik (Eugen Philippow)
(4) Saechtling: Kunststoff-Taschenbuch
(5) Eigenes Wissen (ist mehr tendenzmäßig zu sehen :-)

e = rel. Epsilon (Luft =1), Zahl bedeutet Frequenz in Hz
d = tan delta = Verlustfaktor (Wirkleistung/Blindleistung) in 1e-4, Zahl bedeutet Frequenz in Hz
D = Durchbruchfeldstärke (kV/mm) bei Foliendicke in (mm)
Ohm.cm = spez. Durchgangswiderstand
Ohm = Oberflächenwiderstand
F = dieser Wert gilt für Folie

Name e0 /50/100 e1M d50 /100 d1k d1M D Ohm.cm Ohm Bemerkung
Polypropylen = PP = MKP 2.27 (3) 2.25 (3) <4 (3)(4)
7F (3)
8F (2) <5 (3)(4) 50-65 (3)
30F (3)

24 (1)
50/65 (4)
1e17F (2)
>1e17 (3)(4)

1e13 (3)(4)
SUPER für TC (5)
Polyetylen = PE 2.3 (2) 2.2 (2) 2 (2)
0.2 (2)
2F (1)
2F (1) 2 (2)
0.2 (2)
2F (1)
50(2) 1e16 (2)
- sehr gut für TC, quillt aber etwas in Öl (5)
LDPE 2.29 (3)(4)
2.3 (4)
2.28 (3)(4) 1.5 (3)(4)
2-2.4 (4)
- 0.8 (3)(4) 37 (1)
30-40 (4)
>1e17 (3)(4) 1e14 (3)
>1e13 (4)
-
HDPE 2.35 (3)(4)
ca. 2.4 (4)
2.34 (3)(4) 2.4 (3)(4)
1-2 (4)
- 2 (3)(4) 30-40 (4) >1e17 (3)(4) 1e14 (3)(4)
>1e13 (4)
zu hart zum rollen!
Glas 3-14 (2) 6-16 (2)
5-9 (3)
50 (2) - 80 (2)
10-100 (3)
20-50 (2)(3) 1e14 (2)
1e11-1e13 (3)
- hohe Verluste (5)
Mylar = PET = PETP = MKT
= Polyäthylenen- terephthalat
= Hostaphan = Polyester
3.1F (2)
3.3F (3)

3.5F (1)
4 (1)(4)
3.3F (1)
4 (1)(4)
20F (2)(3)
24F (1)
20 (1)(4)
50F (2)
55F (1)
160F (1)
200 (1)(4)
160F (2)
30F (3)

42 (1)(4)
1e17F (2)(3)
1e16 (4)
1e16 (4) nur für DC geeignet,
da sehr hohe Verluste,
siehe Abschätzung der
Verlustleistung im TC
Trafoöl 2.4 (2) 2.4 (2) 1 (2) - 2 (2) 10-20 (2) 1e18 (2) - -
Mineralöl 2.15 (2)
2.2 (3)
2.16 (1) 0.8 (1) 0.8 (1)
<10 (3)
<3 (1) 20-30 (3) 1e12-1e15 (3) - -
Silikonöl 2.8 (2)
2.7 (3)
2.8 (2) 1 (2)
0.8 (1)
<4 (3)
0.8 (1)
1 (2) 50 (2)
15 (3)
1e14 (2)
1e13-1e15 (3)
- -
Keramik Typ 1 niedrig (<100) - - 3-5 (2) niedrig - - - gut für TC (2)
Keramik Typ 2 hoch
90 (2)
120 (2)
250 (2)
1600 (2)
4000 (2)
10000 (2)
- - sehr hoch
40 (2)
60 (2)
75 (2)
100 (2)
150 (2)
200 (2)
sehr hoch - - - schlecht für TC (2)
Preßspan (= Spanplatte) 4 (2) 4 (2) 300 (2) - 500 (2) 6-11 (2) 1e9 (2) - -
Holz 2.5-6.8 (2) - - - - - - - enthält Wasser => schlecht
Polymethylmethacrylat
= PMMA = Plexiglas
3.6 (2)
3.3-3.9 (3)(4)
4 (1)
2.8 (2)
2.2-3.2 (3)(4)
600 (2)
400-600 (3)
400 (4)
- 200 (2)
40-400 (3)
30-45 (2)
30-40 (3)
14-40 (1)
1e15 (2)
>1e15 (3)
>1e15 (4) -

Name e0 /50/100 e1M d50 /100 d1k d1M D Ohm.cm Ohm Bemerkung
Acetylnitril- Butadien- Styrol
= ABS
2.4-5 (3) 2.4-3.8 (3) 38 (3)
30-80 (1)
- 20-150 (3) 35-50 (3) >1e15 (3) >1e13 (3) -
Polystyrol = PS
Polystyren = Styroflex
2.5 (3)(4)
2.5F (3)

2.5-3.1 (1)
2.5 (3)(4)
2.5-2.8 (1)
2 (2)
1-4 (3)(4)
3-100 (1)
2F (1)
<2F (2) 3 (2)
0.5-4 (3)(4)
3-100 (1)
2F (1)
50 (2)
30-70 (3)(4)
20-55 (1)
1e14 (2)
1e17F (2)
>1e16 (3)(4)
>1e13 (3)(4)
>1e14 (1)
nicht ölbeständig! (5)
PC = Polycarbonat
= Lexan = Makrolon
3 (2)(3)
2.8-3.1F (2)
2.9 (2)(3)
10 (2)
30F (2)
7 (3)(4)
- 100 (3)(4) 25 (2)
170F (2)

38 (3)
>1e17(4) >1e15(4) -
Polytetrafluoro- ethylen
= PTFE = Teflon (PFA)
= Hostaflon TF
2-2.1 (2)
<2.1 (3)(4)
<2.1F (3)
2.1 (2)
<2.1 (3)(4)
2-2.1 (1)
5 (2)
<2 (3)(4)
3F (3)
- 5 (2)
<2 (3)(4)
20-50 (2)
48 (3)(4)
10F (3)
1e18 (2)(4)
1e17F (3)

>1e16 (1)
1e17 (3) -
Perflouräthylen- propylen
= FEP = PFEP = Teflon
2.1 (3) 2.1 (3)
2-2.1 (1)
<2 (3) - <7 (3)
2 (1)
55 (3) >1e18 (3) 1e17 -
Polyvinylchlorid PVC (hart) 3.3-4.1 (2)
3.5 (3)
3.3F (1)
2.9-3.3 (2)
3.0 (3)
2.88F (1) 
130-140 (2)
110 (3)
200 (1)
130F (1)
185F (1) 180-220 (2)
150 (3)
160F (1)
40-90 (2)
35-50 (3)
40-100 (1)
1e13 (2)
>1e15 (3)
1e13 (3) -
Polyphenylsulfid = PPS 3.1 (3)
3.9-4.8 (4)
3.2 (3) 4 (3)
10-20 (4)
- 7 (3) 59.5 (3)
20-30 (4)
>1e16 (3)
>1e15 (4)
>1e14 (4) -
Papier paraffingetränkt 3 (2)
3.5-4 (1)
2.9 (2) 40-70 (2)
30 (1)
- 380 (2) 60 (2) 1e15 (2) - nicht alleine verwenden (5)
Elektroisolierpapier 2.4 (2) - 20 (2) - - 8 (2) - - -
Hartpapier 3.5-6 (2) - 800 (2) - 800 (2) 20-30 (2) 1e10 (2) - -
Hartpapier IV 4.5 (2) 4.5 (2) 300 (2) - 40 (2) 10-20 (2) 1e12 (2) - -
Pertinax 3.5-5.5 (2) 3.5-5.5 (2) 600 (2) - 900 (2) 10-20 (2) 1e10 (2) - -
Hartgewebe 5 (2) - 400 (2) 50-80 (2) 250 (2) 40-50 (2) 1e11 (2) - -
Paraffin (fest) 2 (2) 2 (2) 40 (2) - 90 (2) 15-35 (2) - - -
Paraffinöl 3 (2)
(vermutlich eher 2.2!)
- - - - - - - -
Silikongummi 6 (2) - 10 (2) - 30 (2) 20-30 (2) 1e13 (2) - -
Porzellan 4.2-6.5 (2) 4.2-6.5 (2) 150 (2) - 100 (2) 30-35 (2) 1e15 (2) - -
Hartporzellan 5-10 (2) 5-10 (2) 200 (2) - 100 (2) 30-35 (2) 1e12 (2) - -
Epoxydharz (Vergußmasse
/ Kleber) = EP
3.3-3.6 (2)
3.5-5 (3)(4)
3.4-3.7 (2)
3.5-5 (3)(4)
60 (2)
10 (3)(4)
35-90 (1)
- 150 (2)
100 (3)(4)
150-200 (1)
15-40 (2)
30-40 (3)
25-45 (1)
1e16 (2)
>1e14 (3)(4)
>1e12 (3)(4) -
Polyurethan- Giessharz
= PUR
3.6 (3)(4) 3.4 (3)(4) 500 (3)(4) - 500 (3)(4) 24 (3)(4)
20 (1)
1e16 (3) 1e14 (3) -
Polyesterharz- gießstoff 3.4 (2) - 60 (2) - - 25 (2) - - -


Bezeichnung und Verlustfaktor verschiedener kommerzieller Kondensatortypen (in 1e-4): (2)
Name d1k d10k d100k Technologie
MP 60-100 - - Metall Papier (metal foil/paper)
MKL 120-150 - - -
MKS 65 - - Polyester / Aluminium metallisiert
MKT = MKH = MKS
(no difference)
50-70 <150 <300 Polyester / metallisiert (metallized PET foil)
MKC 10-30 <75 - Polycarbonat / Aluminium metallisiert (metallized PC foil)
MKP 1-3 - - Polypropylen / Aluminium metallisiert (metallized or metal foil and PP)
(KP = MKP, except the tolerance class is very low (~2.5-3%))
MKY 5 - - -
KS 1-3 <5-10 <5-15 Polystyrolfolie / Metall (Styroflex)
KP/FKP 1-3 <10 <10-25 Polypropylen/Alufolie
Glimmer 1-5 - - -
Alu-Elko (600-1500)* - - *bei 100Hz!
Tantal-Elko (50-80)** - - **bei 120 Hz!
FKC 15 - - Polycarbonat / Metallfolie (see MKC, except they use metal foil)
FKS 55 - - Polyester / Metallfolie
KT 40 - - Polyester / Metall
PKP 10 - - Papier und Polypropylenfolie / Metall
PKT 45 - - Papier und Polyesterfolie / Metall
ALE Aluminium Elektrolyt = polarized (DC) electrolytic cap
TAP Tantal = polarized tantalum caps (the ones that go boom right away, if connected backwards ;o])
FKP see MKP, except they are definately built with metal foil.
FKT (rare) = MKT except they are made with metal foil
MKI Metallisierter Kunststoff (polyphenylensulfid) = metallized PPS
MKK/MKV Compensation caps made from different materials for HV AC usage (too expensive for our purposes, tho)

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Abschätzung der im Cap deponierten Verlustleistung im Teslabetrieb anhand des Verlustfaktors und der TC-Betriebsdaten:

In der Argumentation zum Mylar-thread fehlt noch ein Beispiel. Sonst könnte man nämlich sagen, daß das 200fache von 'absolut vernachlässigbar' immer noch 'vernachlässigbar' sei....

Annahmen (mein 4"-System von 8'97, ich hatte aber SW-Caps):

Wenn wir nun PET als Dielektrikum nähmen, wären das dann ca. 650W, die im Cap als Verlustleistung deponiert werden würden!!! Klar daß das die Folie nicht lang mitmachen würde. Abgesehen davon blieben für den TC von den 2.6kW Eingangsleistung nur 1.9kW übrig...

Bei Glas liegt tand wohl zwischen 10e-4 und 100e-4, genaue Angaben für Flaschen- oder Fensterglas lassen sich hier schwer finden (interessiert ja auch keinen außer uns Coilern). Da Glasflaschencaps (Salzwassercaps) in der Regel sehr groß sind (etwa 1nF pro Literflasche), ist die Verlustwärme so weit verteilt, daß keine Probleme auftreten (außer daß diese Leistung halt verloren ist). Stapelt man Flachglas, dann gibts wieder Wärmeprobleme, die zum Zerspringen der einzelnen Scheiben durch thermische Spannungen führen.

FAZIT: Die Verwendung von MKT-Caps (=PET=Polyester=Mylar, klein aber verlustreich) in TCs führt wegen der hohen Verluste, die den Cap aufheizen, recht bald zur Zerstörung des Caps (Wärmedurchschlag). MKP-Caps (=Polypropylen) haben viel kleinere Verluste (mindestens um den Faktor 50), werden also bei ausreichender Spannungsfestigkeit den TC-Betrieb überleben.


Hinweise zu Eigenbau-Kondensatoren gibts hier (auf englisch).

Die interessanteste Alternative zu einem großen kommerziellem Cap oder der Eigenbauvariante aus Glas oder Folie sind viele kleinere kommerzielle Caps (MKP!) in Parallel/Serien-Schaltung, genannt MMC. Infos dazu finden sich ebenfalls hier


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