Simulation von Gasentladungsprozessen mit Modellen für poröse Medien

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit inneren Teilentladungen als einer Ursache der Degradation von festen Isolierstoffen. Es wird Bezug genommen auf diskrete Schichtdielektrika und poröse Medien als Isolierstoffe. Hierzu werden die Teilentladung sowie deren Entstehung betrachtet.

Die Gasentladungsprozesse von Teilentladungen werden ihren Mechanismen sowie Anwendungsbereichen entsprechend beschrieben. Es wird dazu auf den Townsend- und den Streamer-Mechanismus eingegangen. Auf die grundsätzliche Plasmabeschreibung wird ebenfalls verwiesen.

Zur Simulation von Teilentladungsausbreitungsprozessen wird über Plasmasimulationsmethoden hin zum Particle-In-Cell-Monte-Carlo-Simulationsverfahren geführt. Dies wird zur Betrachtung der Gasentladungsvorgänge an modellhaften Elementarzellen genutzt. Nach einer Vorstellung der Randbedingungen und gewählten Parameter wird das Simulationsprogramm über eine Entladung eines Einzelhohlraums verifiziert. Als weitere wichtige Größe zur Charakterisierung von Teilentladungen wird kurz die wahre Ladung betrachtet.

Die Modellbildung sowie Diskussion der Entladungsvorgänge erfolgt über die vier grundlegenden Elementarzellen für Anordnungen mit zwei Mikrohohlräumen. Hierzu werden in Richtung des elektrischen Feldes parallele sowie serielle Elementarzellen jeweils mit und ohne Verbindungsöffnung untersucht und charakterisiert. Einer Diskussion der Ergebnisse folgt schließlich eine Detektion der kritischen und unkritischen Geometrien anhand der Feldkopplung und Plasmakopplung.