Quelltext der Seite Kriechstrom

Als '''Kriechstrom''' bezeichnet man in der [[Elektrotechnik]] einen unkontrollierbaren und unerwünschten [[Elektrischer Strom|Strom]],<ref name="Quelle 2" /> der an der Oberfläche eines [[Isolierstoff]]es<ref name="Quelle 1" /> zwischen zwei [[Leiter_(Physik) #Elektrischer Leiter|Leitern]]<ref name="Quelle 2" /> entlang fließt.<ref name="Quelle 1" /> Der kürzeste Weg, den dieser Strom auf der Isolierstoffoberfläche fließt, wird als Kriechstrecke bezeichnet.<ref name="Quelle 4" /> Durch diese Fehlerströme auf der Isolierstoffoberfläche kommt es im Laufe der Zeit zu Veränderungen des Isolierstoffes.<ref name="Quelle 3" />

== Grundlagen ==
Im [[Idealisierung (Physik)|Idealfall]] leiten elektrische Isolierstoffe keinen elektrischen Strom.<ref name="Quelle 2" /> Insbesondere die inneren Isolationseigenschaften eines Isolierstoffes werden durch seinen [[spezifischer elektrischer Widerstand|spezifischen elektrischen Widerstand]] bestimmt.<ref name="Quelle 1" /> Die Stromleitung an seiner Oberfläche kann wesentlich davon abweichen, auch wenn die [[Durchschlagsfestigkeit]] einer gleich langen Luftstrecke noch nicht erreicht wird.<ref name="Quelle 5" />

Durch Umgebungseinflüsse wie [[Staub]], [[Luftfeuchtigkeit]] und [[korrosiv]]e Gase kommt es im Laufe der Zeit zu z.&nbsp;T. [[Elektrische Leitfähigkeit|leitfähigen]] Ablagerungen<ref group="ANM" name="Anm. Yous." /> auf der Isolierstoffoberfläche und dadurch zur Bildung von Kriechwegen.<ref name="Quelle 6" /> Kommen in den Ablagerungen befindliche [[Salze]] mit Feuchtigkeit in Verbindung, so können dadurch [[Elektrolyt]]e entstehen, die wiederum die Leitfähigkeit der Ablagerungen erhöhen können.<ref name="Quelle 9" /> Dadurch kommt es im Betrieb auf der Oberfläche des Isolators zu kleinen Strömen zwischen den Leitern, den Kriechströmen.<ref name="Quelle 7" />

Diese Ströme sind unkontrollierbare Ströme, die auf der Oberfläche des Isolierstoffs [[Vagabundierender Strom|vagabundieren]].<ref name="Quelle 2" /> Nach dem Abtrocknen verschwindet die Leitfähigkeit der Verunreinigungen wieder.<ref name="Quelle 9" /> Durch sich wiederholendes Befeuchten und Abtrocknen kann es zu einer Aufkonzentration von Verunreinigungen kommen, was wiederum dazu führt, dass sich bereits bei normaler Luftfeuchtigkeit einige Feuchtigkeitsmoleküle auf der Oberfläche befinden und es zu stärkeren Kriechströmen kommt.<ref name="Quelle 11" /> Aber auch durch Beschädigung oder [[Alterung (Chemie)|Alterung]] der Isolierstoffe können Kriechströme über den Isolierstoff fließen.<ref name="Quelle 3" /> Durch die Kriechströme können Kriechspuren verursacht werden, die die Oberfläche des Materials angreifen.<ref name="Quelle 7" /> Im Laufe der Zeit verändert sich dadurch der Isolierstoff, und es kommt zu Verkohlungen der Oberfläche, welche wiederum die Leitfähigkeit erhöhen.<ref name="Quelle 3" />

Auch bei [[Keramik]]en kommt es bei hohen Temperaturen zu einer [[Ionenleitung]], sodass diese bedingt leitfähig werden und es zu Kriechströmen kommt.<ref name="Quelle 14" />

== Schädliche Auswirkungen ==
Durch die ständig auftretenden Kriechströme entsteht [[Wärme]].<ref name="Quelle 6" /> Fließen Kriechströme über einen längeren Zeitraum, so kann dies auf Dauer zu einer Erhitzung des Strompfades führen,<ref name="Quelle 3" /> bis hin zu einem Brand.<ref name="Quelle 6" /> Letztendlich kann auch bei entsprechender Schädigung der Oberfläche ein [[Lichtbogen]] entstehen.<ref name="Quelle 3" /> Manche Isolierstoffe zersetzen sich bei hohen Temperaturen zu leitfähigen Stoffen (z.&nbsp;B. [[Hartpapier]] zu [[Graphit]]) oder besitzen eine hohe [[Wasseraufnahme]]; diese Stoffe weisen in der Regel auch hohe Kriechströme bzw. geringe [[Kriechstromfestigkeit]]en auf.<ref name="Quelle 5" />

Bei [[Leiterplatte]]n kann es durch Kriechströme, bedingt durch die [[Adsorption]] von Luftfeuchtigkeit im Leiterplattenmaterial, bei hoch[[ohm]]igen [[Elektrisches Bauelement|elektronischen Bauteilen]] zu falschen Signalen, den [[Bitkipper]]n, kommen.<ref name="Quelle 11" /> Letztendlich kann es durch ständige Kriechströme zu einer Zerstörung des Isolators kommen.<ref name="Quelle 2" />

Lebensgefährlich können Kriechströme an [[Freileitungsmast]]en aus Holz für Großvögel wie z.&nbsp;B. [[Störche]] werden, wenn sie auf den Masten sitzen und dabei von diesen Strömen elektrisiert<ref group="ANM" name="Anm. Lenzim." /> werden.<ref name="Quelle 12" />

== Abhilfen ==
[[Datei:Kriechstromfestigkeit pcb.jpg|mini|[[Hochspannungskaskade]] aus einem [[Laserdrucker]]. Zur Verringerung von Kriechströmen sind zwischen den [[Leiterbahn]]en und unter den Bauteilen Schlitze in die Leiterplatte [[Fräsen|gefräst]].]]

Eine wichtige Eigenschaft von Isolierstoffen ist die [[Kriechstromfestigkeit]].<ref name="Quelle 2" /> Sie kennzeichnet die Widerstandseigenschaften von Isolierstoffen gegen eine Kriechspurbildung.<ref name="Quelle 7" /> Sie wird u.&nbsp;a. von deren [[Wasseraufnahme]]vermögen und deren Verhalten bei [[Vorentladung]]en bzw. Kriechentladungen (Resistenz gegenüber [[Ultraviolettstrahlung]] und thermischer Belastung) bestimmt.<ref name="Quelle 8" />

Ein weiterer Effekt ist die als [[Hydrophobie]] bezeichnete gute wasserabweisende Wirkung an der Oberfläche einiger Isolierstoffe, die das Verhalten dieser Isolierstoffe bei Belastung durch Fremdstoffe verbessert.<ref name="Quelle 10" /> Kriechströme auf Isolierstoffen lassen sich durch wasserabweisende (hydrophobe) [[Beschichtung]] oder [[Imprägnierung]] z.&nbsp;B. durch [[Silikone]] verringern.<ref name="Quelle 13" />

Gefährdungen von Vögeln lassen sich durch spezielle Mastkonstruktionen mit Isolierschienen verhindern.<ref name="Quelle 12" />

Das Fließen von Kriechströmen kann bei sehr hochohmigen Signalen (z.&nbsp;B. Eingangssignale von [[Ladungsverstärker]]n, [[Instrumentenverstärker]]n, FET-[[Operationsverstärker]]n) durch um die Anschlüsse gelegte Potenzialringe (''guard ring'') verhindert werden, die hierzu auf dem gleichen Potenzial wie das Signal liegen müssen.

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Quelle 1">Günter Springer: ''Fachkunde Elektrotechnik.'' 18. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1989, ISBN 3-8085-3018-9, S. 502–507.</ref>
<ref name="Quelle 2">Hans Fischer: ''Werkstoffe in der Elektrotechnik.'' Aufbau - Eigenschaften - Prüfung - Anwendung. 2. überarbeitete Auflage, Carl Hanser Verlag, München + Wien 1982, ISBN 3-446-13-553-7, S. 320, 321.</ref>
<ref name="Quelle 3">Thomas Erge, Hermann Laukamp, Luis Miguel Diazgranados, Alfons Armbruster, David Fischer: ''Steckerfertige, netzgekoppelte Kleinst - PV - Anlagen.'' Studie für E-Control Austria. Fraunhofer - Institut für Solare Energiesysteme ISE, Version 1.4b, Freiburg 2016, S. 45, 46.</ref>
<ref name="Quelle 4">Theodor Schmelcher: ''Handbuch der Niederspannung, Projektierungshinweise für Schaltgeräte Schaltanlagen und Verteiler.'' 1. Auflage. Siemens Aktiengesellschaft, Berlin/München 1982, ISBN 3-8009-1358-5, S. 336.</ref>
<ref name="Quelle 5">A. Senner: ''Fachkunde Elektrotechnik.'' 4. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel, 1965, S. 400–416.</ref>
<ref name="Quelle 6">Youssef Dahmouni: ''Brandentstehung in Niederspannungsanlagen.'' Dissertation am Fachbereich für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Hannover, Hannover 1999, S. 28, 29, 75, 90.</ref>
<ref name="Quelle 7">Wilfried Plaßmann, Detlef Schulz (Hrsg.): ''Handbuch Elektrotechnik.'' Grundlagen und Anwendungen für Elektrotechniker. 5. korrigierte Auflage, Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0470-9, S. 246, 250.</ref>
<ref name="Quelle 8">Uwe Kaltenborn: ''Die Eignung von Diagnoseverfahren zur Beurteilung der Frühphase der Oberflächenalterung von Epoxidharz-Formstoffen bei simultaner elektrischer und klimatischer Beanspruchung.'' Dissertation am Fachbereich für Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Darmstadt, Darmstadt 2005, S. 6, 62.</ref>
<ref name="Quelle 9">Christian Matzner: ''Konzeption produktspezifischer Lösungen zur Robustheitssteigerung elektronischer Systeme gegen die Betauung im Automobil.'' Bericht aus dem Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik. FAPS, als Dissertation genehmigt von der Technischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Meisenbach Verlag, Bamberg 2010, ISBN 978-3-87525-309-2, S. 26.</ref>
<ref name="Quelle 10">Florian Exl: ''Einflussfaktoren auf die Bewertung der Hydrophobieeigenschaften von Isolierstoffen.'' Dissertation am Fachbereich für Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität München, München 2009, S. 1, 22.</ref>
<ref name="Quelle 11">Patrick Hellwig: ''Untersuchung von wechselnden klimatischen Umgebungsbedingungen und den daraus resultierenden Betauungsphänomenen und elektronische Komponenten.'' Dissertation am Fachbereich Physik der Technischen Universität Kaiserslautern, Kaiserslautern 2007, S. 1, 7, 30.</ref>
<ref name="Quelle 12">Edmund Lenz, Michael Zimmermann: ''Stromschlag und Kriechstrom, zwei tödliche Gefahren für den Storch.'' In: Natur- und Umwelthilfe e. V. Erlangen (Hrsg.). Strohhalm, 2. Ausgabe Nr. 1, Sonderbeilage, S. 6, 9–11.</ref>
<ref name="Quelle 13">Jürgen Pfeiffer, Johann Weis: ''Silicone - Multitalente aus Sand, Eigenschaften und Anwendungen.'' In: CLB Chemie in Labor und Biotechnik (Hrsg.). 53. Jahrgang. Heft 4, D 2046 E, 2002 S. 134.</ref>
<ref name="Quelle 14">Jörg Korp: ''Einfluss ausgewählter Schlackenkomponenten auf den Energieverbrauch beim Elektroschlacke Umschmelzen (ESU).'' Dissertation am Lehrstuhl für Metallurgie der Montanuniversität Leoben, Leoben 2007, S. 83.</ref>
</references>

== Weblinks ==
* [https://www.emf.ethz.ch/fileadmin/redaktion/public/downloads/3_angebot/wissensvermittlung/studien_fachartikel/Kriechstrom.pdf Kriechströme] (abgerufen am 17. April 2020)
* [https://www.flowcad.de/datasheets/FlowCAD_PR_Wenn_der_Strom_auf_dem_Board_andere_Wege_geht.pdf Wenn der Strom auf dem Board andere Wege geht] (abgerufen am 17. April 2020)
* [https://library.e.abb.com/public/b1a307779e3a70bac1256d28003fd9a0/Technische_Anleitung_Nr5.pdf Lagerströme in modernen AC-Antriebssystemen] (abgerufen am 17. April 2020)

== Anmerkungen ==
<references group="ANM">

<ref group="ANM" name="Anm. Yous.">Diese Ablagerung wird als Fremdschicht bezeichnet und besteht aus einem Gemisch aus Elektrolyten, Nichtleitern und Elektronenleitern. Dabei bilden Elektrolyte den wesentlichen Bestandteil in der Fremdschicht. (Quelle: Youssef Dahmouni: ''Brandentstehung in Niederspannungsanlagen.'')</ref>
<ref group="ANM" name="Anm. Lenzim.">Die Stromstärke ist dabei umso höher je kleiner die Kriechstrecke ist. Werden Störche von einem Kriechstrom, der im Milliampere Bereich liegt, elektrisiert, verkrampft sich ihre Muskulatur. Dadurch können sie nicht mehr richtig fliegen und stürzen dann ab. Dabei kommen sie häufig zu Tode. (Quelle: Edmund Lenz, Michael Zimmermann: ''Stromschlag und Kriechstrom, zwei tödliche Gefahren für den Storch.'')</ref>

</references>

[[Kategorie:Elektrischer Strom]]