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Ein Hochspannungs-Kondensator HK mit einem geschichteten Dielektrikum aus Kunststoff-Folien (Index K) und ölimprägnierten Papier (Index P) wird durch ein vereinfachtes Modell nachgebildet, an dem der Nachladeeffekt erläutert werden soll.
Bild B3.1 Anordnung für t < 0
Bild B3.2 Anordnung für 0  t  t0
Bild B3.3 Anordnung für t   t0

Der Kondensator wird zunächst solange an Gleichspannung geladen, bis die Spannungen UK, UP ihren stationären Endwert erreicht haben (Bild B3.1). Anschließend wird der Kondensator von der Quelle getrennt und gleichzeitig kurzgeschlossen, um Gefährdungen beim Berühren des aufgeladenen Kondensators zu vermeiden (Bild B3.2).
Wird der Schalter S aber nach kurzer Zeit  t0 wieder geöffnet (Bild B3.3), entsteht durch den Nachladeeffekt die sogenannte wiederkehrende Spannung u(t).

Parameter:
Uq = 20 kV, RV = 1 MΩ, CK = 300 pF, RK = 1012 Ω, CP = 600 pF, RP = 1010 Ω, t0 = 3 s

  1. Welche Spannungen UK, UP stellen sich gemäß Bild B3.1 im stationären Zustand ein?
  2. Der Zeitverlauf der Spannungen uK(t), uP(t) gemäß Bild B3.2 ist für t 0 zu berechnen.
  3. Zum Zeitpunkt t0 wird der Schalter S geöffnet (Bild B3.3). Welche Spannung u(t) entsteht nun zwischen den Klemmen des Kondensators? Das Maximum Umax dieser Spannung ist zu berechnen