Isolationsmaterialien und Spannungsfestigkeit

Isolationsmaterial

Typische Analysen für die Standardqualität MgO sowie für die hochreinen Qualitäten von MgO und AI₂O₃.

	MgO (97%) (Standard)	MgO (hochrein)	AI₂O₃ (hochrein)
MgO	>97,0	>99,4	0,08
AI₂O₃	0,15	0,019	99,8
CaO	0,7	0,02	0,004
Fe₂O₃	0,09	0,018	0,009
5iO2₂	2,0	0,02	0,08
B, Cd, S	>10 ppm	>10 ppm	>10 ppm
C *	10 ppm	50 ppm	20 ppm
*) Kann durch besondere Vorkehrungen bei Bedarf (Strahlenbelastung) vor dem Einsatz weiter reduziert werden.

Physikalische Eigenschaften der Isolationsmaterialien

	MgO	AI₂O₃	Einheit
Dichte (Kristall)	3,65	3,98	g/cm3
Dichte in MIL	3,0	2,9	g/cm3
Schmelzpunkt	2800	3000	°C
Specific Heat (20-300°C)	1,03	0,95	J/gK
Ausdehnung Koeff. 20-200°C	11,3	6,55	10^-6/K
Ausdehnung Koeff. 20-600°C	13,2	7,62	10^-6/K
Widerstand 20°C	5x10¹⁶	1x10¹⁴	Ω x m
Widerstand 400°C	1x10¹³	1x10¹²	Ω x m
Widerstand 800°C	5x10⁸	2x10⁸	Ω x m
Dielektrizitätskonst. 20°C	5	9	-
Härte nach Knoop	3700	21000	N/mm²
E-Modul 20°C	3x10⁵	3,6x10⁵	N/mm²

Isolationswiderstand

Die folgenden Abbildungen zeigen typische Verläufe von Isolationswiderständen.

Isolationswiderstand in Abhängigkeit zur
Temperatur gemessen an ISOMIL-
Leitungen mit 20V DC.

Isolationswiderstand von MgO in Abhängigkeit zur Temperatur gemessen an ISOMIL-Leitungen mit 500V AC / 50 Hz.

Sowohl für mineralisolierte Thermoelemente als auch für mineralisolierte Heizkabel sehen die Normen (z.B. ASTM E 420 / 71, VDE 0284) Gleichspannungsmessungen vor. Da infolge der Polarisationsströme eine zeitliche Zunahme des Isolationswiderstandes nach Anlegen der Gleichspannung festzustellen ist, wird der Messwert nach 60 ± 3s abgelesen.

Die Verschiebungsströme führen vor allem im Temperaturbereich unterhalb 600°C zu deutlich tieferen Isolationswiderständen. Im Hinblick auf die Absicherung durch FI-Schalter ist bei der Auslegung von Anlagen mit Mantelheizkabeln diesem Punkt besondere Bedeutung beizumessen.

Spannungsfestigkeit - Biegeradius

Mineralisolierte Kabel lassen sich problemlos spiralisieren. Der minimale Biegeradius liegt je nach Mantelstärke bei dem 3- bis 5fachen des Außendurchmessers. Bei der Biegung erfährt das unter der äußeren Kante des Mantels liegende Isolationsmaterial eine Dichteabnahme und zwar um so mehr, je kleiner der Biegeradius ist. Damit verbunden ist eine Abnahme der Spannungsfestigkeit Ader / Mantel, die vor allem bei der Ausführungsform ISOMIL-H von Bedeutung sein kann.

Abhängigkeit der Spannungsfestigkeit vom Biegeradius
gemessen mit Wechselspannung (50 Hz)

Sorgfältige Messungen haben ergeben, dass die Spannungsfestigkeit bis hinauf zu 800°C als nahezu temperaturunabhängig bezeichnet werden kann.

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