Dreiecksbeziehungen sind kompliziert. Da funkt es auch mal schnell. Viele Filme behandeln dieses Thema und wir als Zuschauer amüsieren uns. Im richtigen Leben ist das meist weniger lustig.

Auch in der Hochspannungstechnik gibt es die Dreiecksbeziehung, auch Triplepunkt oder -linie genannt. Wie bei den Menschen ist dies der Ort, an dem es am ehesten funkt. Deswegen ist der Triplepunkt von grosser Bedeutung beim Design von Hochspannungsanlagen oder -systemen.

Der Triplepunkt ist der Ort, wo mindestens drei Materialen zusammenkommen, die unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten besitzen. Meist ist das ein Metall, ein Isolator und Luft. In der Hochspannung-Impulstechnologie ist meist auch Wasser beteiligt.

Wenn die dielektrische Eigenschaft der drei Materialien sehr unterschiedlich ist (beispielsweise Luft mit einer Dielektrizitätszahl von 1, Polyethylen liegt bei 2.25 und bei Metallen kann man von einer unendlich hohen Dielektrizitätszahl ausgehen), wird die elektrische Feldverteilung dadurch stark verformt. Die elektrische Feldstärke ist dann in dem Material mit der geringsten Dielektrizitätszahl erhöht. In dieser Situation braucht es nur noch ein freies Startelektron und schon setzt sich die Lawine in Gang und der Überschlag ist nicht mehr aufzuhalten. Je nach Energie im System wird das Ergebnis fatal sein.

Manchmal ist es nicht möglich, eine Materialkombination zu wählen, die einen geringen Unterschied in den Dielektrizitätskonstanten aufweist. Dann müssen andere Massnahmen ergriffen werden. Ein sorgfältiges Design zur Reduktion der elektrischen Feldstärke ist ein Ansatz. Auch Hilfselektroden oder eine aktive Feldsteuerung sind hilfreich. Um die Kosten für aufwändige Versuche zu reduzieren, ist eine Simulation der Feldverteilung ein guter Weg. Hier können schnell und effektiv einige Design-Iterationen durchgeführt werden, bevor das finale Design in einem Test validiert wird.

Natürlich ist auch eine grosse Erfahrung im Design der Triplepunkte notwendig, um schnell zu einem guten Design zu kommen. Insbesondere, wenn es viele Randbedingungen zu berücksichtigen gilt. Ich beschäftige mich seit über 15 Jahre mit Triplepunkten. Gerne lasse ich Sie von meinem Erfahrungsschatz profitieren, damit Sie beim nächsten Film mit Dreiecksbeziehung entspannt lachen können, ohne besorgt an Ihr Hochspannungssystem zu denken.