DE102004008751A1

DE102004008751A1 - Mittel zur elektrischen Isolierung von Mittel- und Hochspannungskomponenten

Info

Publication number: DE102004008751A1
Application number: DE200410008751
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Hammer; Werner Dr. Hartmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-02-24
Also published as: EP1575061A2; DE102004008751B4; EP1575061A3

Abstract

Insbesondere bei Hochspannungsschaltanlagen werden bisher durchweg elektrische Isolationen aus Stickstoff (N¶2¶) oder Schwefelhexafluorid (SF¶6¶) verwendet. Gemäß der Erfindung wird als Mittel zur Isolierung ein Material (3) mit geeigneten dielektrischen Eigenschaften verwendet, wobei sich in diesem Material gasenthaltende Poren, die eine weitgehend monodisperse Verteilung haben, befinden. Das Material kann ein Polymer, insbesondere eine Polymerschaum, sein. Möglich sind aber auch Schüttungen von diskreten Materialhohlteilchen (40), deren innerer Hohlraum einer Pore entspricht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Mittel zur elektrischen Isolierung von Mittel- und Hochspannungskomponenten.
Schaltgeräte und Schaltanlagen im Mittel- und Hochspannungsbereich müssen zur Senkung der Baugröße und damit auch der Kosten mit speziellen Isoliermedien elektrisch isoliert werden, da die Umgebungsluft für das Erzielen einer kompakten Bauweise eine nicht ausreichende Spannungsfestigkeit aufweist. Hierfür wird ein billiges, umweltverträgliches, schwer entflammbares Isoliermedium mit möglichst hoher dielektrischer Festigkeit benötigt. Um auch komplizierte Bauformen isolieren zu können, sollte das Isoliermedium möglichst in flüssiger oder Gasform eingesetzt werden können. Die Dichte sollte aus Kosten- und Gewichtsgründen möglichst niedrig sein.

In den meisten Fällen wird bei Schaltgeräten und Schaltanlagen insbesondere zur Hochspannungsisolation eine Gasfüllung mit dem Isoliergas Schwefelhexafluorid (SF₆) verwendet, mit dem eine gegenüber der Isolation mit Luft bzw. trockenem Stickstoff rund 3fach höhere Durchbruchfeldstärke erzielt werden kann. Dadurch lässt sich eine erhebliche Verringerung der Baugröße und somit eine wesentliche Kostenersparnis gegenüber dem Einsatz von Stickstoff erzielen. SF₆ hat nicht nur hervorragende elektrische Eigenschaften, sondern ist auch nicht-toxisch und chemisch sehr stabil. Die letztgenannte Eigenschaft führt allerdings zusammen mit dem hohen Absorptionskoeffizienten im infraroten Spektralbereich zu einem extrem hohen Treibhauspotenzial von ca. 22.000 CO₂-Äquivalenten.

Durch Erhöhung des Drucks lässt sich auch in Stickstoffisolierten Anlagen die Spannungsfestigkeit verbessern, jedoch führt der Aufwand für die Gewährleistung der Betriebssicherheit bei höherem Druck zu erheblichen Mehrkosten gegenüber dem Einsatz von SF₆. Alternativen zu dem als hochpotentem Treibhausgas gewerteten SF₆ mit vergleichbaren elektrischen und chemischen Eigenschaften aber einem geringeren Treibhauspotential und geringer Toxizität existieren bis heute nicht.

Bei Transformatoren wird für Isolationszwecke häufig gereinigtes Mineralöl, sog. Transformatorenöl, eingesetzt, was jedoch den Nachteil der Entflammbarkeit, der Umweltschädlichkeit bei Austreten von Isoliermittel und den Nachteil hohen Gewichts und hoher Kosten aufweist. Alternative flüssige Isoliermittel mit geringerer Entflammbarkeit und besserer Umweltverträglichkeit wie z.B. Silikonöl sind sehr teuer und entfallen daher für einen Großteil der Anwendungen.

Der Einsatz von isolierenden, aushärtbaren Vergussmassen wie Kunstharzen ist aufwendig, teuer und wegen des Schwundes beim Aushärten oft nicht oder nur sehr bedingt einsetzbar.

Die bei Kabeln eingesetzten Festkörperisolierstoffe auf Kunststoffbasis, wie z.B. vernetztes Polyethylen PE, sind in Schaltanlagen wegen der komplizierten Geometrie und dem Einsatz bewegter Teile sowie hoher Kosten ebenfalls bisher nicht im Einsatz.

In der Fachliteratur wird auch bereits vorgeschlagen, als Mittel zur elektrischen Isolierung Kunststoffschäume zu verwenden, wozu insbesondere auf die US 2002/0094443 A1 verwiesen wird. Beispielsweise in „Transaction on Electrical Insulation", Vol. 24 (1989), pp. 239 werden Polymethanharzschäume als Isolierung vorgeschlagen, wobei die Struktur eines solchen Schaumes in „Proc, of Nordic Insulation", June 14–16 (1999), pp. 261–268 speziell auf Seite 266 in 7 dargestellt und weiter unten als 1 wiedergegeben ist.

Derartige Schäume haben sich aber in der Praxis nicht bewährt, da es zu Entladungen kommen kann, welche die Wirksamkeit des Schaumes beeinträchtigen.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Mittel für die elektrische Isolierung insbesondere von Hochspannungsschaltern anzugeben und die diesbezügliche Isolierung zu schaffen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Insbesondere die Ansprüche 9 bis 11 beinhalten dabei die Realisierung der Erfindung als sogenannten Mikroporen-Schaum, während die Ansprüche 12 ff. als Alternative die Isolierung mittels einer Schüttung von mikroporenhaltigen Materialteilchen beinhaltet.

Die Erfindung beruht auf dem Einsatz isolierender Werkstoffe, die eine Vielzahl gasgefüllter, dünnwandig geschlossener Hohlräume enthalten, an denen ein substantieller Teil des an der Isolation anliegenden elektrischen Potentials abfällt. Erfindungsgemäß werden dabei deren Abmessungen längs des durch die Anwendung bestimmten elektrischen Feldes einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten. Vorzugsweise liegen dabei die Hohlräume im Bereich zwischen 10 und bis maximal 30 μm und werden als sogenannte Mikroporen bezeichnet.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass die Einhaltung einer Obergrenze bei der Größenverteilung der Poren entscheidend ist. Nur so kann das Auftreten von Entladungen in ansonsten zwar in geringer Wahrscheinlichkeit, aber statistisch durchaus vorhandenen großen Poren verhindert werden, beispielsweise bei Poren > 100 μm, wodurch beim Stand der Technik eine allmähliche Verschlechterung der Isolationseigenschaften erklärbar ist. Bei der Erfindung kann auch eine weitgehend monodisperse Verteilung mit definierter Porengröße < 30 μm vorliegen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen in schematischer Darstellung
1 eine Schaumstruktur gemäß dem Stand der Technik,
2 eine graphische Darstellung der Porengrößenverteilung beim als Isolationsmittel verwendeten Schaum gemäß 1,
3 den Aufbau der neuen geschlossenporigen Isolation im Schnitt,
4 eine mikroskopische Hohlkugel zum Aufbau einer zu 3 gleichwirkenden Isolation, und
5 eine graphische Darstellung zum Vergleich der Erfindung mit nach dem Stand der Technik als Isolationsmittel üblicherweise verwendeten Stickstoff oder SF₆.
Bei Hochspannungsschaltern kommen isolierende Werkstoffe zum Einsatz. Solche Werkstoffe können derart realisiert werden, dass sie das gefüllte, dünnwandig geschlossene Hohlräume mit einer Länge D_Pore enthalten. Dabei bestimmt die Abmessung längs des durch die Anwendung bestimmten elektrischen Feldes einen Maximalwert D_max, der nicht überschritten werden darf.
Schäume sind vom Stand der Technik insbesondere für die Wärmedämmung bekannt. Teilweise werden sie auch für elektrische Isolationszwecke vorgeschlagen.
Beim Stand der Technik mit Schaumporen 11 der Durchschnittsgröße d = 100 μm entsprechend 1 ergibt sich gemäß 2 eine typische Gauß'sche Normalverteilung. Aufgetragen ist dort der relative Größenanteil in % als Funktion der absoluten Porengröße d, wobei gemäß Kennlinie 21 das Maximum der Verteilung bei 100 μm liegt. Dies bedeutet aber, dass statistisch auch einzelne größere Poren, beispielsweise von 150 μm, vorhanden sein können. Wenn es dort zu einer einzelnen Entladung kommt, wird die Schaumwand zerstört und es entsteht ein größerer Hohlraum. Auf diese Weise verschlechtern sich die Isolationseigenschaften und es kann über einen Lawineneffekt plötzlich zu einem Spannungsdurchbruch kommen.
Die Kennlinie 22 beschreibt eine Verteilung mit einem Maximum, das zwischen 10 und 20 μm liegt. Insbesondere sind hier keine Porengrößen > 30 μm vorhanden. Bei den anhand der 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispielen liegen genau definierte Porengrößen vor. Typischerweise liegt der Wert d_Pore im Bereich von 10 μm bis maximal 30 μm.
In der 3 bedeuten 1 ein spannungsführender Leiter, 2 ein geerdeter Leiter, 3 eine geschlossenporige Isolation zwischen den Leitern 2 und 3. Die geschlossenporige Isolation 3 hat gasgefüllte Hohlräume 4, wobei 5 die Ausdehnung des Hohlraumes 4 längs des elektrischen Feldes und 6 die Ausdehnung des Hohlraumes 4 senkrecht zum elektrischen Feld bedeuten. Die Richtung des elektrischen. Feldes ist durch den Doppelpfeil 7 und der Abstand zwischen den gegeneinander zu isolierenden Leitern 1 und 2 durch den Doppelpfeil 8 verdeutlicht. Durch die Abmaße 5 und 6 wird also ein Porendurchmesser d_Pore definiert, der insbesondere bei Verwendung eines Schaumes eine Streubreite gemäß der Gaußverteilung 22 gemäß 2 hat.
Die Länge einer Pore aus 3 kann mit dem Porendurchmesser d_Pore gleichgesetzt werden, ohne dass damit eine kugelförmige Geometrie der Hohlräume zwingend impliziert wird. Vielmehr sind auch Hohlräume vorstellbar, deren Abmessungen längs des elektrischen Feldes in Richtung des Doppelpfeiles kleiner sind als senkrecht dazu. Wie bereits erwähnt, genügen die Porendurchmesser vorteilhafterweise einer Größenverteilung f(d) mit einem Maximum bei 10–20 μm, wobei die Verteilungskurve 23 oberhalb von d_max = 30 μm den Wert 0 annimmt.
Eine Einschränkung auf kleine Porengrößen mit Werten < 150 μm ist aus der Literatur aus der JP 11-9437 A1 bekannt, allerdings nur in Bezug auf wärmedämmende Schäume mit Anforderungen hinsichtlich mechanischer Stabilität. Bei Schäumen für elektrische Isolationszwecke, wie z.B. in der US 2002/94443 A1 beschrieben, ist eine Einschränkung auf sehr kleine Poren < 50 μm bisher nicht bekannt. Schäume mit mittleren Porengrößen von 50 μm bzw. 100 μm und einer weit darüber hinaus reichenden Porengrößenverteilungsfunktion sind in den eingangs zitierten Veröffentlichungen beschrieben, wobei hier die herausragenden Eigenschaften von Mikroporen im Bereich 10 bis 30 μm nicht erkannt werden. Wie nachfolgend im Detail und quantitativ beschrieben, stellen aber gerade Werkstoffe mit Porengrößen < 30 μm eine besonders vorteilhafte Stoffklasse mit überraschenden Eigenschaften in Bezug auf die Durchschlagfestigkeit dar.
Wenn als Pore ein einzelner Hohlraum 4 aus dem Schaum 3 der 3 betrachtet wird, so realisiert diese Pore im Prinzip eine mikroskopische Hohlkugel. Dies ist anhand 4 im Einzelnen verdeutlicht: Es bedeuten hier 40 die Hohlkugel mit einem gasgefüllten Hohlraum 41. Die aus einem Isolator 42 bestehenden Hohlkugel 40 hat einen Porendurchmesser d_Pore und eine Wandstärke d_Wand. Wegen der mikroskopischen Ausbildung wird nachfolgend auch von „Hohlkügelchen" oder „Microballons" gesprochen. Eine Vielzahl von Hohlkügelchen 40 sind in ein Isolationsmaterial 43, insbesondere Gas, eingebettet.
Für einen Werkstoff mit einer relativen Permittivität ε_r genügt die Stärke der die Hohlräume umschließenden Wand d_Wand erfindungsgemäß einer Minimalbedingung für erhöhte Spannungsfestigkeit der Isolierung dWand/εr << dPore. (Gl. 1)
Vorzugsweise ist die Wandstärke kleiner als der Porenradius dWand < dPore/2, (Gl. 2) und weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Wandstärke bei typisch 20 % des halben Porendurchmessers, also des Porenradius liegt.
Bei dieser Betrachtung wurde davon ausgegangen, dass das Isolationsmaterial 13, in das die Mikroporen eingebettet sind, hinsichtlich der elektrisch wirksamen Dicke d_inter/ε_inter mit dem mittleren Abstand d_inter (Wand-zu-Wand) zwischen zwei Hohlkugeln und der relativen Permittivität ε_inter der Einbettung im Vergleich zur Wand der Hohlkugeln vernachlässigt werden kann. Ist das nicht der Fall, so ist die in Gleichung (1) genannte Bedingung folgendermaßen zu modifizieren: dWand/εr + dinter/εinter << dPore (Gl. 1a)
Diese Bedingung hängt unmittelbar damit zusammen, dass an den gasgefüllten Poren ein substantieller Anteil des am Isolator anliegenden elektrischen Potentials abfällt. Da die Wandstärke der Poren, deren Durchmesser und deren Abstand zueinander die Volumenverhältnisse zueinander bestimmen, kann daraus auch eine entsprechende Bedingung für die Volumenverhältnisse abgeleitet werden.
Das vorstehend beschriebene Isolationsmaterial kann den zu isolierenden Hohlraum als geschlossenporiger Schaum ausfüllen oder in Form einer Schüttung vorliegen. Es kann je nach Anwendung aus einem Kunststoff, Glas oder einem anderen glasartigen Material wie Glaskeramik bestehen: Kunststoffe haben gegenüber glasartigen Materialien den Vorteil der Gewichtsersparnis, aber bei Temperaturen über 100°C schnell abnehmende mechanische Stabilität und dielektrische Festigkeit. Verfahren zur Herstellung entsprechender geschlossenporiger Schaumstoffe entsprechen dem Stand der Technik und sind beispielhaft in den beiden oben erwähnten Anmeldungen beschrieben.
Bei Kunststoffen können verschiedenste Kriterien für die Auswahl ausschlaggebend sein: Aus Gründen der Umweltverträglichkeit und der Sicherheit im Brandfall kann die Isolation bevorzugt aus einem Kunststoff gefertigt werden, der weder Halogene noch Schwefel oder Stickstoff enthält. Für besonders hohe dielektrische Festigkeit hingegen kann ein halogenhaltiger Kunststoff oder ein Polyimid ausgewählt werden. Als Beispiel dafür eignet sich ein für Wärmeisolationszwecke neu entwickelter Werkstoff auf Polyimidbasis (SOLREX^®) in Form mikroskopischer Hohlkugeln; in dieser Form lässt sich der Werkstoff wie eine Flüssigkeit gießen und füllt somit alle zugänglichen Hohlräume analog zu flüssigen oder gasförmigen Isolierstoffen. Bei Bedarf lässt sich der Werkstoff durch moderate Hitzeeinwirkung aushärten, so dass ein formschlüssiger, geschlossenporiger, schaumstoffartiger Isolierkörper mit geringer Dichte von < 0,1 g/cm³ entsteht. Ähnliche Werkstoffe werden u.a. von Akzonobel z.B. unter dem Namen Expancel^® angeboten.
Da Partikel mit Durchmessern von typischerweise 10 μm lungengängig sind, ist es vorteilhaft, bei Einsatz der Mikromnikrokügelchen bzw. „Mikroballons" diese mit einem flüssigen Bindemittel zeitweise, d.h. während der Verarbeitung, oder permanent zu binden. Zur temporären Bindung sind Wasser und niedrigsiedende organische Verbindungen wie z.B. Alkohole geeignet, die nachträglich durch Verdampfen wieder beseitigt werden. Zur permanenten Bindung sind flüssige Isoliermittel wie z.B. Transformatoren- oder Silikonöle geeignet, aber auch aushärtbare Flüssigkeiten wie z.B. Kunstharze oder Silikonkautschuk.
Für die Gasfüllung der Poren bzw. „Mikroballons" kann vorteilhafterweise trockene Luft, Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Gemisch von Kohlendioxid und einem der vorstehenden Gase eingesetzt werden. Auch wenn durch die vorliegende Erfindung ein Isolationssystem beschrieben wird, durch das der Einsatz von SF6 oder halogenierten Kohlenwasserstoffen vermieden wer den kann, soll der Einsatz von SF₆ oder ähnlichen Isoliergasen als Füllung der geschlossenen Hohlräume nicht ausgeschlossen werden, da dadurch eine weitere Erhöhung der Spannungsfestigkeit bei gleichem Bauvolumen oder aber eine Verringerung der Isoliergasmenge bei gegebenem Isolationspotential erreicht werden kann.
Wenn mit d_Spalt der Abstand der gegeneinander zu isolierenden Leiter bezeichnet wird und die elektrische Potentialdifferenz zwischen den Leitern mit ΔV, dann ergibt sich die mittlere Feldstärke im Δ-Bereich zwischen den Leitern zu E_aν = ΔV/d_Spalt Nachfolgend wird aufgezeigt, welcher Vorteil in der Isolationsfestigkeit sich durch die Verwendung eines Mikroschaumes statt einer Gasisolation oder eines grobporigen Schaumes ergibt: Mit einer Stickstofffüllung der Hohlräume wird eine zur reinen SF₆-Gasisolation vergleichbare Spannungsfestigkeit des Isolierkörpers erreicht, wenn man die Porengröße auf Werte von typisch 10 μm senkt. Damit kann auch bei Atmosphärendruck Stickstoff als Isoliermedium eingesetzt werden, ohne auf eine kompakte Bauweise verzichten zu müssen. Im Vergleich zu herkömmlichen Schaumwerkstoffen mit Porengrößen von typisch 50 μm bis zu 1 mm steigt die Durchbruchfeldstärke bei dieser sehr kleinen Porengröße um den Faktor 4–10 an, da die zum Einsatz von Teilentladungen notwendige Feldstärke mit abnehmender Porengröße wächst. Durch die Möglichkeit, auf SF₆ zu verzichten, ergibt sich sofort ein großes Potential für umweltverträgliche elektrische Isolationssysteme.
In 5 ist in einer doppellogarithmischen Auftragung die Durchbruchfeldstärke bzw. Durchbruchspannung U_D eines Schaums gemäß 1 in Abhängigkeit von der Porengröße d dargestellt. Die Durchbruchspannung U_D dieses Materials wird mit der Durchbruchfeldstärke von Schwefelhexafluorid (SF₆) und von Stickstoff(N₂), die beide konstante Werte haben, verglichen. Die Kennlinien für SF₆ sind mit 31 und für N₂ mit 32 bezeichnet, die beide abzissenparallele Geraden bilden. Die mit 33 bezeichnete Kennlinie des Mikroschaums hat eine mit der Porengröße d abfallende Charakteristik. Als Randbedingung dient ein 1 mm-Spalt einer Schaltanordnung.
Aus der 5 ergibt sich von einem Wert d < 30 μm für den Schaum eine Verbesserung gegenüber bekannten Gasisolierungen und weiterhin bei Werten unterhalb von 30 μm eine ansteigende, deutlich verbesserte Durchbruchfeldstärke gegenüber den bisher verwendeten Mitteln. Dabei ist die Durchbruchspannung mit der Porengröße insofern gekoppelt, als dass das Produkt von Durchbruchfeldstärke und Porengröße konstant bleibt.
Aus dem Vergleich der Kennlinien 31 bis 33 ergibt sich die vorteilhafte Verwertbarkeit des neuen Isolationsmittels, und zwar Schäume oder Schüttungen, insbesondere als Ersatz für SF₆.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die besonderen Vorteile vorliegender Erfindung insbesondere in folgenden Eigenschaften liegen:

– hohe Durchbruchfeldstärke, die mit sinkendem Porendurchmesser ansteigt und bei 30 μm bereits 3fach höher als die des trockenen Stickstoffs und damit vergleichbar der von SF₆ ist
– Formschlüssigkeit
– schaumstoffartiger Isolierkörper mit mikroskopischer geschlossenporiger Porenstruktur
– geringe Dichte/verringerte Kosten
– gute Umweltverträglichkeit
– einfache Verarbeitbarkeit (Gießen und bei moderater Temperatur aushärten)
– bei Auswahl geeigneter Isolationsmaterialien schwer entflammbar.

Claims

Mittel zur elektrischen Isolierung von Mittel- und Hochspannungskomponenten, Schaltgeräten und/oder -anlagen, oder andere hochspannungsführende elektrische Betriebsmittel, gekennzeichnet durch ein Isolationsmaterial mit geeigneten dielektrischen Eigenschaften und durch im Material befindliche, Gas enthaltende Poren, wobei die Poren eine Größenverteilung mit vorgegebener Obergrenze haben und mindestens 10 % des Gesamtvolumens beanspruchen.
Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d_Pore) der Poren (40) die vorgegebene Größenverteilung (f(d)) mit einem Maximum zwischen 10 μm und 20 μm hat und dass die Größenverteilung oberhalb von d_max = 30 μm den Wert 0 annimmt.
Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (40) eine weitgehend monodisperse Größenverteilung haben.
Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial (42, 43) ein Polymer ist.
Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial (42, 43) Glas oder Keramik ist.
Isolation nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Porenfüllgas aus einem Schwefelhexafluorid-freien (SF₆) Gas oder Gasgemisch besteht.
Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Porenfüllgas aus trockenem Stickstoff (N₂) oder trockener Luft besteht.
Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Porenfüllgas aus einem niedrigsiedenden Kohlenwasserstoff besteht.
Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Isolationsmaterial ein geschlossenporiger Mikroporen-Schaum (3) verwendet wird mit einem maximalen Porendurchmesser von 30 μm.
Isolierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei gegebenen Porenabmessungen (d_Pore) ein elektrisches Feld vorgegebener Größe nicht überschritten wird.
Isolierung nach Anspruch 9 oder 10 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum ein geschlossenporiger Polymerschaum (3) ist.
Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schüttung von diskreten, porenhaltigen Materialteilchen (40) verwendet wird.
Isolierung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung aus monodispersen geschlossenen Materialhohlkörpern („Mikrokugeln") besteht, wobei deren Innenvolumen einer Pore (40) entspricht.
Isolierung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der einzelnen Materialhohlkörper (40) aus Porendurchmesser (d_Pore) und beidseitiger Wandstärke (2∙d_wand) höchstens 30 μm ist.
Isolierung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wandstärke der Hohlkörper (40) gilt: dWand/εr << dPore. (Gl. 1), wobei ε_r die relative elektrische Permittivität des Materials, d_Pore der innere (Poren-)Durchmesser des Hohlkörpers (40) und d_Wand die Wandstärke des Hohlkörpers (40) bedeuten.
Isolierung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke kleiner als der (Poren-)Radius 1/2d_pon des Hohlkörpers ist, vorzugsweise bei etwa 10 % (d_Wand = 1/10 r_Pore) liegt.
Isolierung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttmaterial der Hohlkörper (40) aus Kunststoff, Glas oder einem glasartigen Material, wie insbesondere Glaskeramik, besteht.
Isolierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbruchspannung mit der Porengröße (d_pore+2d_wand) gekoppelt ist.