Durchschlagspannung (und Durchschlagsfestigkeit)

Die grundlegende Aufgabe einer Kabelisolierung ist es, den Strom im Leiter zu halten und die Umgebung vor der elektrischen Spannung zu schützen. Doch kein Isolator der Welt ist absolut perfekt.

Die Durchschlagspannung (angegeben in Volt oder Kilovolt) ist der exakte physikalische Grenzwert, bei dem ein isolierendes Material dem Druck des elektrischen Feldes nicht mehr standhalten kann. Wird diese Spannungsgrenze überschritten, wird der eigentlich isolierende Kunststoff (wie PVC) schlagartig elektrisch leitfähig. Ein Lichtbogen (Funke) schießt durch das Material, was zu einem sofortigen Kurzschluss führt.

Achtung Fachbegriffe: Durchschlagspannung vs. Durchschlagsfestigkeit

In der Praxis werden diese beiden Begriffe oft verwechselt, obwohl sie physikalisch zwei unterschiedliche Dinge beschreiben:

• Die Durchschlagspannung (Einheit: kV): Bezieht sich immer auf ein konkretes, fertiges Bauteil (z. B. ein spezifisches Kabel). Sie gibt an, bei welcher absoluten Spannung genau dieses eine Kabel durchschlägt. Sie ist abhängig von der Dicke der Isolierung.

• Die Durchschlagsfestigkeit (Einheit: kV/mm): Dies ist eine reine Materialeigenschaft. Sie beschreibt, wie viel Spannung ein exakt ein Millimeter dickes Stück eines bestimmten Kunststoffs aushalten kann, bevor es versagt.

Ein Praxisbeispiel: Ein Isolierkunststoff hat eine Durchschlagsfestigkeit von 20 kV/mm. Wenn KBE Elektrotechnik nun ein Kabel mit einer Wandstärke von 2 Millimetern aus diesem Kunststoff fertigt, liegt die theoretische Durchschlagspannung dieses Kabels bei 40 kV.

Was passiert bei einem elektrischen Durchschlag?

Ein elektrischer Durchschlag in einem Kunststoffkabel ist ein irreversibler (nicht umkehrbarer) Vorgang. Der extrem heiße Lichtbogen verbrennt den Kunststoff an der Durchschlagstelle sofort zu Ruß (Kohlenstoff). Da Kohlenstoff ein hervorragender Stromleiter ist, bleibt das Kabel an dieser Stelle dauerhaft leitfähig – selbst wenn die Spannung danach wieder gesenkt wird. Die Leitung ist unbrauchbar und muss zwingend ausgetauscht werden.

Wovon hängt die Durchschlagspannung eines Kabels ab?

Um eine normgerechte Sicherheit zu gewährleisten, müssen Anlagenplaner bei der Kabelauswahl folgende Faktoren berücksichtigen:

1. Das Isolationsmaterial: Hochwertige vernetzte Kunststoffe wie XLPE oder spezielle TPE-Mischungen haben eine deutlich höhere Durchschlagsfestigkeit als einfaches Standard-PVC.

2. Die Wandstärke: Je dicker die Isolierschicht um den Kupferleiter, desto höher ist die Spannung, die das Kabel blockieren kann.

3. Alterung und Umgebung: Feuchtigkeit, extreme Hitze oder Mikrorisse durch UV-Strahlung setzen die Isolationsfähigkeit im Laufe der Jahre herab. Auch Leckströme können das Material langfristig schwächen und einen Durchschlag begünstigen.

KBE Elektrotechnik: 100 % geprüfte Sicherheit (Spark-Test)

Besonders bei gewerblichen PV-Anlagen, die heutzutage mit enormen Systemspannungen von bis zu 1.500 V DC arbeiten, wäre ein Kabeldurchschlag auf dem Dach katastrophal. Um dies absolut auszuschließen, durchläuft bei KBE Elektrotechnik jeder einzelne Zentimeter Kabel während der Produktion den sogenannten Spark-Test (Hochspannungsprüfung im Durchlauf). Dabei wird die Kabelisolierung mit einer extremen Prüfspannung (die ein Vielfaches der späteren Betriebsspannung beträgt) auf mikroskopische Fehler abgetastet. Nur Kabel, die diesen Stresstest ohne den geringsten Durchschlag bestehen, verlassen unser Werk.