مادة عازلة كهربائية

التعريف

يُعرَف المادّة العازلة الكهربائية بأنها مادة تحد من مرور التيار الكهربائي عبرها. في هذه المواد، لا تتحرك الشحنات الكهربائية بحرية؛ بل توفر مسارًا مقاومًا للغاية، مما يجعل من الصعب للغاية مرور التيار الكهربائي. أحد التطبيقات الرئيسية للمواد العازلة الكهربائية هو في خطوط نقل الطاقة الجوية، حيث يتم وضعها بين أبراج الخطوط والموصلات. دورها هنا هو منع تسرب التيار الكهربائي من الموصلات إلى الأرض، مما يضمن نقل الطاقة الكهربائية بأمان وكفاءة.

خصائص المواد العازلة الكهربائية

للحصول على أداء مثالي، يجب أن تمتلك المواد العازلة الكهربائية الخصائص الرئيسية التالية:

• قوة ميكانيكية عالية: يجب أن تكون المادة قوية بما يكفي لتحمل التوتر والوزن الذي تحمله الموصلات. هذا يضمن سلامة الهيكل الكهربائي ويمنع الفشل الميكانيكي الذي قد يؤدي إلى انقطاع في نقل الطاقة.

• قوة عازلة عالية: تسمح القوة العازلة العالية للمادة بالتحمل أمام الجهد الكهربائي العالي دون الانهيار أو التوصيل الكهربائي، مما يحمي فعالية العزل تحت ظروف الضغط الكهربائي المختلفة.

• مقاومة كهربائية عالية: للوقاية من تسرب التيار من الموصلات إلى الأرض، يجب أن تظهر المادة العازلة مقاومة عالية. هذا يقلل من خسائر الطاقة ويخفف من مخاطر الحوادث الكهربائية.

• غير مسامية وخالية من الشوائب: يمكن أن تؤدي المسامية والشوائب إلى تدهور خصائص العزل عن طريق توفير مسارات للرطوبة والوصول إلى التوصيل الكهربائي. التركيب غير المسامي وخالٍ من الشوائب يضمن الثقة طويلة الأمد والأداء المستقر.

• استقرار حراري: يجب أن تبقى الخصائص الكهربائية والكيميائية للمادة العازلة غير متأثرة بالتقلبات الحرارية. هذا أمر حاسم لحفظ سلامة العزل في بيئات التشغيل المختلفة، من درجات الحرارة المنخفضة جدًا إلى المرتفعة.

عادة ما يتم تصنيع العوازل الكهربائية من الزجاج المعزز أو الفينيان الصيني عالي الجودة. غالبًا ما يتم طلاء سطوح العوازل الفينيان باللون البني، رغم أن الأنواع ذات اللون الكريمي تستخدم أيضًا في بعض التطبيقات.

أصبح الزجاج المعزز أو المجهز مسبقًا خيارًا شائعًا لبناء العوازل الخطية. الطبقة السطحية للعوازل الزجاجية المعززة تحت ضغط عالٍ، مما يمكّنها من تحمل الإجهاد الميكانيكي والحراري بشكل كبير. تتضمن عملية التعزيز تسخين الزجاج فوق درجة حرارة التشوه ثم تبريده السريع مع الهواء، مما يخلق حالة من الإجهاد الداخلي تعزز قوته ومقاومته.

مزايا العوازل الزجاجية المعززة مقارنة بالعوازل الفينيان

• قوة ثقب أعلى: تقدم العوازل الزجاجية المعززة مقاومة أفضل للثقب الكهربائي، مما يقلل من احتمالية فشل العزل تحت ظروف الجهد العالي.

• قوة ميكانيكية محسنة: بفضل قوتها الميكانيكية الأعلى، تكون هذه العوازل أقل عرضة للكسر أثناء النقل والتثبيت، مما يقلل من تكاليف الصيانة والفترة الزمنية للصيانة.

• مقاومة عالية للتغير الحراري السريع: قدرتها على تحمل التغييرات السريعة في درجة الحرارة تقلل من الأضرار الناتجة عن الوميض الكهربائي، مما يحسن موثوقية النظام الكهربائي بشكل عام.

• نمط فشل ذاتي: في حالة حدوث تلف بسبب الأسباب الكهربائية أو الميكانيكية، تنكسر الغلاف الخارجي للعازل الزجاجي المعزز ويسقط على الأرض. ومع ذلك، فإن الغطاء والدبوس يظلان قويين بما يكفي لدعم الموصل، مما يوفر إشارة واضحة للتلف ويضمن استمرار سلامة التركيب الكهربائي.

• عمر خدمة أطول: تتمتع العوازل الزجاجية المعززة بعمر خدمة أطول بكثير مقارنة بالعوازل الفينيان، مما يجعلها خيارًا أكثر فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل.

بينما تتمتع العوازل الزجاجية المعززة بعدة مزايا، إلا أنها تواجه عيبًا واحدًا: يميل الرطوب إلى التكاثف على سطوحها بشكل أكبر. ومع ذلك، عند اختبار قوة الثقب في الهواء باستخدام موجات الصدمة ذات المنحدرات الحادة، يكون أداؤها مماثلًا لأداء العوازل الفينيان.

العوازل البوليمرية

نوع آخر من المواد العازلة الكهربائية هو العازل البوليمري، والذي يتكون من مزيج من الألياف الزجاجية والبوليمر الايبوكسي بدلاً من الفينيان. تقدم العوازل البوليمرية العديد من المزايا المميزة:

• خفيفة الوزن: هي حوالي 70٪ أخف من نظيراتها الفينيان، مما يجعلها أسهل في التعامل والنقل والتثبيت، خاصة في المشاريع الكهربائية الكبيرة.

• مقاومة للثقب وقوة ميكانيكية عالية: العوازل البوليمرية مقاومة للغاية للثقب الكهربائي ولديها قوة ميكانيكية ممتازة، مما يضمن أداءً موثوقًا به تحت ظروف تشغيل مختلفة.

• مقاومة حرارية عالية: مقاومتها الحرارية العالية تقلل من الأضرار الناتجة عن الوميض الكهربائي، مما يعزز السلامة والطول العمر للنظام الكهربائي.

• أداء ممتاز في الجهد المؤثر على الإذاعة: تتميز العوازل البوليمرية بأداء ممتاز في تقليل التداخل الإذاعي، وهو أمر حاسم لحفظ سلامة أنظمة الاتصالات في محيط التركيبات الكهربائية.

تخفيض تآكل المعدات: خصائص المادة تساعد في منع تآكل المعدات المرتبطة، مما يقلل من متطلبات الصيانة ويزيد من عمر المكونات الكهربائية.

أداء أفضل في البيئات الملوثة: العوازل البوليمرية مناسبة للاستخدام في البيئات الملوثة، حيث تتأثر بشكل أقل بالملوثات، مما يضمن أداء العزل المستقر حتى في الظروف القاسية.