imported>Herrgott am 1. März 2025 um 20:28 Uhr

2025-03-01T20:28:45Z

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Die '''dielektrische Absorption''' ({{laS|absorbere}} „absaugen, aufsaugen“) beschreibt den Effekt eines [[Dielektrikum]]s, im [[Elektrisches Feld|elektrischen Feld]] Relaxationseffekte im Zeitbereich von Sekunden und Minuten zu zeigen.

In [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensatoren]] zeigt sich der Effekt einerseits als eine nach dem Entladen (Kurzschließen) wiederkehrende Spannung im Kondensator (Nachladeeffekt) und in einem langsamen, oft über eine Zeit von mehreren Minuten, abnehmendem Leckstrom bei frisch angelegter konstanter Spannung. Besonders bei Elektrolytkondensatoren kann dieser Effekt beobachtet werden; hier kann er auch elektrochemische Ursachen haben.<ref name="AVX">{{Literatur |Autor=R. W. Franklin |Titel=Analysis of solid tantalum capacitor leakage current |Datum=1996 |Sprache=en |Online=https://www.kyocera-avx.com/docs/techinfo/Tantalum-NiobiumCapacitors/soltant.pdf |Format=PDF |KBytes=183 |Abruf=2025-01-15}}</ref>

In [[Timer]]n oder [[Sample-and-Hold-Schaltung]]en kann dies zu Fehlern führen.<ref>K. Kundert: [http://www.designers-guide.org/Modeling/da.pdf ''Modeling Dielectric Absorption in Capacitors.''] (PDF; 340 kB).</ref>

Der Nachladeeffekt kann bei Folienkondensatoren zu Gefahren führen, da die Spannung und die Energie lebensgefährlich sein können. Kondensatoren für höhere Nennspannungen werden daher stets kurzgeschlossen transportiert und gehandhabt.

Die Bestimmung der dielektrischen Absorption von Kondensatoren ist im Standard MIL-C-19978 D beschrieben.

== Erklärung ==
[[Datei:Dipole im elektrischen Feld.svg|mini|Die ungerichteten permanenten molekularen Dipole in einem Dielektrikum (oben) richten sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes aus (unten)]]
[[Datei:Dielektrische Absorption.svg|mini|Schaltungsmodell zur Erklärung eines zeitverzögerten Spannungsaufbaus durch parallel geschaltete RC-Zeitglieder]]

In einem realen Dielektrikum kann die Polarisation nicht sofort einem veränderlichen, elektrischen Feld folgen. So erfordert es eine gewisse Zeit, bis permanente [[Elektrischer Dipol|elektrische Dipole]] im Dielektrikum durch [[Polarisation]] ihre mittlere Ausrichtung an ein verändertes Feld anpassen. Die dielektrische Absorption deponiert Energie in langsam relaxierender Polarisation.

Dielektrische Absorption ist an sich dem dielektrischen Verlustfaktor zuzuordnen, meint jedoch ausschließlich die sich sehr langsam auf- und abbauende Polarisation. Sie ist insofern vom [[Verlustfaktor]] bzw. dem [[Gütefaktor]] des Kondensators zu unterscheiden.

Materialabhängige große Relaxations-Zeitkonstanten bewirken, dass nach einem vollständigen Entladen eines Kondensators eine materialabhängige Anzahl molekularer Dipole in Feldrichtung polarisiert sind, ohne dass zunächst noch eine Spannung an den Anschlüssen messbar ist. Die verbleibende Polarisation im Dielektrikum relaxiert im Laufe der Zeit, wodurch dann an den Elektroden des Kondensators wieder eine Spannung in der Polarität der vorher angelegten Spannung entsteht. Die dielektrische Absorption führt zu einem '''Nachladeeffekt'''.

Die Spannung durch den Nachladeeffekt baut sich langsam auf, ähnlich einer Exponentialfunktion.<ref>{{Internetquelle |autor=Rod Elliott |url=http://sound.westhost.com/articles/capacitors.htm#s21 |titel=2.1 – Dielectric Absorption |werk=Capacitor Characteristics |datum=2005-09-24 |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20131202143400/http://sound.westhost.com/articles/capacitors.htm#s21 |archiv-datum=2013-12-02 |abruf=2013-11-24}}</ref> Bis zum selbsttätigen Entladen des Kondensator kann es bei hohen Isolationswiderständen der Kondensatorfolie Tage, Wochen oder sogar Monate dauern. Das Entladen mit anschließender Nachladung lässt sich mehrfach wiederholen.

Bei [[Doppelschichtkondensator]]en tritt ein ähnlicher Effekt spontaner Wiederkehr der Spannung nach dem Entladen auf und wird mit der Umverteilung von Ladungen in der Elektrodenstruktur erklärt und wird hier auch ''Memory-Effekt'' genannt.<ref>Andrzej Lewandowski, Pawel Jakobczyk, Maciej Galinski, Marcin Biegun: [https://www.researchgate.net/profile/Pawel_Jakobczyk/publication/236614714_Self-discharge_of_electrochemical_double_layer_capacitors/links/0a85e531f341cc61e5000000.pdf ''Self-discharge of electrochemical doublelayer capacitors''], in Phys.Chem.Chem.Phys. 2013 (Jg. 15), Seite 8692–8699, [[doi:10.1039/c3cp44612c]].</ref>

== Messung ==
Ein Messverfahren für den Nachladeeffekt bzw. die dielektrische Absorption wird in [[Europäische Norm|EN]] 60384-1 festgelegt: Der Kondensator wird 60 Minuten mit Nennspannung geladen, dann über einen Widerstand von 5 Ohm für 10 Sekunden entladen. Nach MIL-C-19978 D beträgt die Ladezeit 15 Minuten und der Ladestrom darf 50 mA nicht überschreiten. Der Entladewiderstand beträgt 50 Ω, die Entladung 10 s.<ref name="wima">[https://www.wima.de/de/service/knowledge-base/grundlagen-der-kondensatorentechnologie/ Grundlagen der Kondensatoren-Technologie], ''knowledge base'' des Kondensatorherstellers WIMA, abgerufen am 18. NOV. 2020.</ref>

Nach Entfernen des Entladewiderstandes wird nach beiden Standards nach einer 15-minütigen Wartezeit die entstandene Spannung gemessen. Die Größe der durch die dielektrische Absorption entstehenden Spannung wird im Verhältnis zur ursprünglich angelegten Spannung in Prozent angegeben. Sie wird bei vielen Herstellern in den Datenblättern angegeben.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.wima.de/EN/characteristics.htm |text=WIMA, Characteristics of Metallized Film Capacitors in Comparison with Other Dielectrics |wayback=20121105021659}}</ref><ref>{{Webarchiv |url=http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/Capacitors/FilmCapacitors/PDF/PDF__GeneralTechnicalInformation,property=Data__en.pdf;/PDF_GeneralTechnicalInformation.pdf |text=Film Capacitors, TDK Epcos, General technical information |wayback=20120201110951}} (PDF; 1,4 MB)</ref><ref>[http://www.avx.com/docs/techinfo/General/dielectr.pdf AVX, Dielectric Comparison Chart] (PDF; 161 kB)</ref><ref>[http://www.holystoneeurope.com/PDF/TechNotes/201401161441070.Capdielectriccomp3.pdf Holystone, Capacitor Dielectric Comparison, Technical Note 3] (PDF; 64 kB).</ref>

{| class="wikitable centered"
|- style="background:#ABCDEF"
! Kondensatortyp
! Dielektrische Absorption
|-
| Luft- und Vakuumkondensatoren || nicht messbar
|-
| Klasse-1-[[Keramikkondensator]]en, NP0 || 0,6 %
|-
| Klasse-2-Keramikkondensatoren, X7R || 0,6 bis 1 %<ref name="wima" />
|-
| Klasse-2-Keramikkondensatoren, Z5U || 2 bis 2,5 %<ref name="wima" />
|-
| Polypropylen-[[Folienkondensator]]en (PP) || 0,05 bis 0,1 %<ref name="wima" />
|-
| Polyester-Folienkondensatoren (PET) || 0,2 bis 0,25 %<ref name="wima" />
|-
| Polyphenylensulfid-Folienkondensatoren (PPS) || 0,05 bis 0,1 %
|-
| Polyethylennaphthalat-Folienkondensatoren (PEN) || 1,0 bis 1,2 %
|-
| [[Tantal-Elektrolytkondensator]]en mit festem Elektrolyten || 1 bis 5 %<ref>Hardware Design Techniques - Analog Devices, HARDWARE DESIGN TECHNIQUES, 9.1 PASSIVE COMPONENTS, Dielectric Absorption, Page 9.4 [http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-06/Chapter%209%20Hardware%20Design%20Techniques%20F.pdf PDF]</ref>, 10 %<ref name="AVX" />
|-
| Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten || etwa 10 %<ref>CDE, Aluminum Electrolytic Capacitor Application Guide [http://www.cde.com/catalogs/AEappGUIDE.pdf cde.com] (PDF; 1,4 MB).</ref>
|}

== Auswirkungen ==
Die durch die dielektrische Absorption entstehende Spannung an den Anschlüssen kann in Analogschaltungen wie beispielsweise [[Sample-and-Hold-Schaltung]]en, [[Operationsverstärker#Integrierer|Integrierern]] oder [[Messverstärker]]n zu Problemen führen. Es werden daher dort eher Klasse-1-Keramik- oder Polypropylen-Kondensatoren anstatt Klasse-2-Keramikkondensatoren, Polyester-Folienkondensatoren oder Elkos eingesetzt.

Bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren kann die durch den Nachladeeffekt entstehende Spannung für noch nicht eingebaute Bauelemente z. B. während des Einbaus eine Gefährdung sein.<ref>[http://www.keith-snook.info/capacitor-soakage.html Gefährdung durch Dielektrische Absorption] (englisch).</ref> Es können durch diese Spannung, die bei 400-V-Elkos durchaus 50 V betragen kann, beim Einbau in die Schaltung Schäden an Halbleitern oder weiteren Bauelementen verursacht werden.

Hochspannungs- und [[Leistungskondensator]]en werden kurzgeschlossen transportiert und gehandhabt; hier sind die Nachlade-Spannungen unter Umständen lebensgefährlich.

Der Reststromverlauf unter anderem von Elektrolytkondensatoren zeigt ein Zeitverhalten, nach dem der Strom zunächst größer als der eigentliche Langzeitwert des Reststromes ist.<ref name="AVX" />

Dielektrische Absorption tritt auch bei der [[Isolationsprüfung]] von [[Transformator]]en, Kabeln und [[Elektrische Maschine|elektrischen Maschinen]] in Erscheinung und indiziert je nach Verlauf eine eher gute oder eine eher schlechte Prognose: sinkt der gemessene Isolationswiderstand oder es stellt sich schnell ein geringer Wert ein, ist eher mit einem Ausfall zu rechnen. Steigt er jedoch von anfangs schlechten Werten an, gilt dies als normal und nicht besorgniserregend.<ref>[https://www.rekirsch.at/user_html/1282834349/pix/user_img/pdfs/Center_Losungen/Isolationsprufung.pdf Isolationsprüfungen], Mitteilung der Firma CHAUVIN ARNOUX Ges.m.b.H, abgerufen am 19. Nov. 2020.</ref>

Die Abnahme eines anfangs sehr hohen Reststromes kann bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren auch auf dem Effekt des Nachformierens beruhen und hat dann chemische Ursachen.

== Siehe auch ==
* [[Dielektrische Spektroskopie]]

== Weblinks ==
* Paul Falstad: [http://www.falstad.com/circuit/#%24+1+5.0E-6+10.20027730826997+50+5.0+50%0Ac+288+144+288+192+0+1.9999999999999998E-5+1.7264781026323446%0Ac+352+144+352+192+0+2.9999999999999997E-5+1.700142159226915%0Ac+416+144+416+192+0+3.9999999999999996E-5+1.674377436769057%0Ac+480+144+480+192+0+4.9999999999999996E-5+1.74667957928016%0Ac+544+144+544+192+0+5.9999999999999995E-5+1.9247249279676366%0Ac+240+144+240+192+0+1.0E-5+1.7338489907138075%0Ar+240+192+240+256+0+100.0%0Ar+288+192+288+256+0+200.0%0Ar+352+192+352+256+0+300.0%0Ar+416+192+416+256+0+400.0%0Ar+480+192+480+256+0+500.0%0Ar+544+192+544+256+0+600.0%0Aw+544+144+480+144+0%0Aw+480+144+416+144+0%0Aw+416+144+352+144+0%0Aw+352+144+288+144+0%0Aw+288+144+240+144+0%0Aw+240+144+160+144+0%0Aw+544+256+480+256+0%0Aw+480+256+416+256+0%0Aw+416+256+352+256+0%0Aw+352+256+288+256+0%0Aw+288+256+240+256+0%0AS+96+128+160+128+0+0+false+0%0Aw+240+256+176+256+0%0AR+48+144+48+96+0+0+40.0+5.0+0.0+0.0+0.5%0Aw+48+144+96+128+0%0Aw+544+144+608+144+0%0Aw+544+256+608+256+0%0Ap+608+144+608+256+0%0AS+176+256+112+256+0+1+false+0%0Ag+112+384+112+416+0%0Aw+112+384+112+272+0%0As+96+208+160+208+0+1+true%0Aw+160+160+160+144+0%0Aw+96+240+96+208+0%0Aw+96+240+112+240+0%0Ar+160+160+160+208+0+10.0%0Ao+29+64+0+34+8.183476519740355+9.765625000000001E-155+0+-1%0A+ ''Circuit Simulator Applet.''] (Java-Applet) falstad.com (Schaltungssimulator mit einer Simulation eines Beispiels für den Nachladeeffekt eines Kondensators).
* [http://www.iequalscdvdt.com/ Introduction to Capacitors]

== Fußnoten und Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Kondensator (Elektrotechnik)]]
[[Kategorie:Elektrodynamik]]

Dielektrische Absorption - Versionsgeschichte

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