Elektrisches Feld berechnen

EINGABEN

Spannung (U)

Die Spannung zwischen den beiden Platten oder Leitern in Volt, zum Beispiel 230 V. Bei Wechselspannung gibst du den Effektivwert ein; das Tool rechnet selbst mit dem Scheitelwert.

Abstand zwischen den Platten (d)

Der kürzeste Abstand zwischen den beiden Platten oder Leitern in Millimetern, zum Beispiel 10 mm. Gib einen Wert größer als 0 ein.

Medium zwischen den Platten (εr)

Das Material zwischen den Platten bestimmt die relative Permittivität. Eine höhere Permittivität erhöht die Ladungsdichte bei gleicher Feldstärke.

Spannungsart

Wechselspannung (AC): Du gibst den Effektivwert ein, zum Beispiel 230 V. Für den Durchschlag zählt der Scheitelwert (× √2 = 325 V). Gleichspannung (DC) oder ein Scheitelwert: Das Tool rechnet mit dem eingegebenen Wert.

ERGEBNIS

Elektrische Feldstärke (E): – V/m; E = Spannung / Abstand, mit dem Abstand umgerechnet in Meter. Bei Wechselspannung ist dies der Effektivwert; der Scheitelwert ist √2-mal so hoch.
Elektrische Feldstärke in kV/mm: – kV/mm; Spannung in V geteilt durch Abstand in mm ergibt V/mm; geteilt durch 1000 ergibt kV/mm. Trockene Luft schlägt bei ca. 3 kV/mm durch (Scheitelwert).
Elektrische Feldstärke in kV/m: – kV/m; Feldstärke in V/m geteilt durch 1000.
Elektrische Verschiebungsdichte (D): – nC/m²; D = ε0 × εr × E, mit ε0 = 8,854 × 10⁻¹² F/m, umgerechnet in Nanocoulomb pro m². Ein höheres εr ergibt mehr Ladung bei gleicher Feldstärke.
Durchschlagabstand trockene Luft (ca.): – mm; Scheitelspannung geteilt durch 3 kV/mm: Bei diesem Abstand schlägt trockene Luft zwischen glatten Platten etwa durch. Theoretisches Minimum, kein Bemessungsabstand.
Kriechstrecke und Luftstrecke: –; DIN EN IEC 60664-1 gilt bis 1000 V AC oder 1500 V DC. Kriechstrecke = Abstand über die Isolieroberfläche, Luftstrecke = kürzester Abstand durch die Luft.
Beurteilung Durchschlag: –; Scheitelfeldstärke verglichen mit ca. 3 kV/mm (trockene Luft, glatte Platten, Meereshöhe). Scharfe Kanten, Feuchtigkeit und Schmutz senken die Grenze. Für die Auslegung gelten die Abstände nach DIN EN IEC 60664-1.

Alle Angaben ohne Gewähr. Richtwerte ersetzen keine Fachplanung.

So rechnet der Elektrisches Feld berechnen

Mit diesem Tool berechnest du die elektrische Feldstärke zwischen zwei parallelen Platten oder Leitern: E = Spannung / Abstand. Du gibst die Spannung, die Spannungsart (AC oder DC), den Abstand in Millimetern und das Material dazwischen ein. Du erhältst die Feldstärke in V/m, kV/m und kV/mm, die Verschiebungsdichte D = ε0 × εr × E (ε0 = 8,854 × 10⁻¹² F/m), den Abstand, bei dem trockene Luft etwa durchschlägt, und eine Beurteilung.

Für den Durchschlag zählt der Scheitelwert. Bei Wechselspannung rechnet das Tool daher mit Effektivwert × √2 (230 V wird zu 325 V). Trockene Luft zwischen glatten Platten schlägt auf Meereshöhe bei etwa 3 kV/mm durch (3 MV/m, Quelle: AMS Glossary of Meteorology, dielectric strength). Bei scharfen Kanten oder Spitzen konzentriert sich das Feld, und Feuchtigkeit und Schmutz senken die Grenze. Befindet sich feste Isolierung dazwischen, verwende die Durchschlagfestigkeit aus dem Datenblatt. Die εr-Werte sind Richtwerte: PE 2,3 und FR4 4,5 (Ellingson, Electromagnetics II), Glas 4 bis 10; PVC und Keramik schwanken stark je nach Art.

Diese Berechnung ist eine erste Orientierung. Luftstrecke und Kriechstrecke bestimmst du mit DIN EN IEC 60664-1, die bis 1000 V AC oder 1500 V DC gilt. Darüber verwendest du die Produktnorm oder DIN EN IEC 60071. Prüfe die Isolierung anschließend mit einer Isolationswiderstandsmessung.

Formeln

Scheitelspannung h_piek = if(soort == 'ac', spanning * sqrt(2), spanning)
Elektrische Feldstärke (E) veldsterkte = if(afstand > 0, round(spanning / (afstand / 1000), 2), 0) E = Spannung / Abstand, mit dem Abstand umgerechnet in Meter. Bei Wechselspannung ist dies der Effektivwert; der Scheitelwert ist √2-mal so hoch.
Elektrische Feldstärke in kV/mm veldsterkte_kv_mm = if(afstand > 0, round(spanning / afstand / 1000, 4), 0) Spannung in V geteilt durch Abstand in mm ergibt V/mm; geteilt durch 1000 ergibt kV/mm. Trockene Luft schlägt bei ca. 3 kV/mm durch (Scheitelwert).
Elektrische Feldstärke in kV/m veldsterkte_kv_m = round(veldsterkte / 1000, 4) Feldstärke in V/m geteilt durch 1000.
Elektrische Verschiebungsdichte (D) verschuivingsdichtheid_nc = round(8.854 * medium * veldsterkte / 1000, 2) D = ε0 × εr × E, mit ε0 = 8,854 × 10⁻¹² F/m, umgerechnet in Nanocoulomb pro m². Ein höheres εr ergibt mehr Ladung bei gleicher Feldstärke.
Scheitelfeldstärke kV/mm h_piek_kvmm = if(afstand > 0, h_piek / afstand / 1000, 0)
Durchschlagabstand trockene Luft (ca.) doorslagafstand_lucht = round(abs(h_piek) / 3000, 2) Scheitelspannung geteilt durch 3 kV/mm: Bei diesem Abstand schlägt trockene Luft zwischen glatten Platten etwa durch. Theoretisches Minimum, kein Bemessungsabstand.
Scheitelfeldstärke kV/mm als Text h_kvmm_txt = concat(format(floor(abs(round(h_piek_kvmm, 3))), '0'), ',', if(round((abs(round(h_piek_kvmm, 3)) - floor(abs(round(h_piek_kvmm, 3)))) * 1000, 0) < 10, '00', if(round((abs(round(h_piek_kvmm, 3)) - floor(abs(round(h_piek_kvmm, 3)))) * 1000, 0) < 100, '0', '')), format(round((abs(round(h_piek_kvmm, 3)) - floor(abs(round(h_piek_kvmm, 3)))) * 1000, 0), '0'))
Kriechstrecke und Luftstrecke kruipweg_advies = if((soort == 'ac' && spanning > 1000) || (soort == 'dc' && spanning > 1500), 'Über 1000 V AC / 1500 V DC: außerhalb von DIN EN IEC 60664-1. Verwenden Sie die Produktnorm oder DIN EN IEC 60071 (Isolationskoordination für Hochspannung).', 'Bestimmen Sie die minimale Luftstrecke und Kriechstrecke mit DIN EN IEC 60664-1 (Verschmutzungsgrad und Überspannungskategorie).') DIN EN IEC 60664-1 gilt bis 1000 V AC oder 1500 V DC. Kriechstrecke = Abstand über die Isolieroberfläche, Luftstrecke = kürzester Abstand durch die Luft.
Beurteilung Durchschlag doorslag_lucht = if(afstand <= 0, 'Geben Sie einen Abstand größer als 0 mm ein.', if(medium > 1, concat(h_kvmm_txt, 'kV/mm (Spitzenwert). Prüfen Sie dies gegen die Durchschlagfestigkeit aus dem Datenblatt des Isolationsmaterials.'), concat(if(abs(h_piek_kvmm) >= 3, 'Nicht bestanden:', 'Bestanden:'), h_kvmm_txt, 'kV/mm (Spitzenwert)', if(abs(h_piek_kvmm) >= 3, 'liegt über', 'liegt unter'), 'der Durchschlagfestigkeit von trockener Luft (ca. 3 kV/mm).'))) Scheitelfeldstärke verglichen mit ca. 3 kV/mm (trockene Luft, glatte Platten, Meereshöhe). Scharfe Kanten, Feuchtigkeit und Schmutz senken die Grenze. Für die Auslegung gelten die Abstände nach DIN EN IEC 60664-1.

Häufige Fragen

Wie wird die elektrische Feldstärke zwischen zwei parallelen Platten berechnet?

Die elektrische Feldstärke (E) zwischen zwei parallelen Platten wird mit der Formel E = U / d berechnet, wobei U die Spannung in Volt und d der Abstand in Meter ist.

Was ist die Durchschlagspannung von trockener Luft zwischen glatten Platten?

Die Durchschlagspannung von trockener Luft zwischen glatten Platten beträgt etwa 3 kV/mm (3 MV/m).

Wie beeinflusst das Material zwischen den Platten die elektrische Verschiebungsdichte?

Die elektrische Verschiebungsdichte (D) hängt vom Medium zwischen den Platten ab. Ein Material mit hoher Permittivität, wie Wasser oder Keramik, führt bei gleicher Feldstärke zu einer höheren Ladungsdichte.