elektrisches Isoliermaterial

Definition

Ein elektrischer Isolierstoff wird als Stoff definiert, der den Stromfluss durch ihn einschränkt. In solchen Materialien bewegen sich elektrische Ladungen nicht frei; stattdessen bieten sie einen hochwiderständigen Pfad, was es extrem schwierig macht, dass elektrischer Strom hindurch fließt. Eine der wichtigsten Anwendungen von elektrischen Isolierstoffen ist in Freileitungen, wo sie zwischen den Masten und den Leitern platziert werden. Ihre Rolle besteht darin, das Ausströmen des elektrischen Stroms von den Leitern zum Boden zu verhindern und die sichere und effiziente Übertragung von elektrischer Energie sicherzustellen.

Eigenschaften von elektrischen Isolierstoffen

Für optimale Leistung sollten elektrische Isolierstoffe die folgenden wesentlichen Eigenschaften aufweisen:

• Hohe mechanische Festigkeit: Das Material muss robust genug sein, um die Spannung und das Gewicht der unterstützten Leiter zu tragen. Dies sichert die strukturelle Integrität des elektrischen Systems und verhindert mechanische Ausfälle, die zu Störungen in der Stromübertragung führen könnten.

• Hohe Dielektrische Festigkeit: Eine hohe Dielektrische Festigkeit ermöglicht es dem Material, hohe elektrische Spannungen ohne Zerfall oder Leitung von Elektrizität zu widerstehen, was die Wirksamkeit der Isolation unter verschiedenen elektrischen Belastungen gewährleistet.

• Hoher elektrischer Widerstand: Um das Ausströmen von Strom von den Leitern zum Boden zu verhindern, sollte der Isolierstoff eine hohe Widerstandsfähigkeit aufweisen. Dies minimiert Energieverluste und verringert das Risiko von elektrischen Unfällen.

• Nicht porös und frei von Verunreinigungen: Porosität und Verunreinigungen können die Isolierungseigenschaften des Materials durch Bereitstellung von Pfaden für Feuchtigkeitseintritt und elektrische Leitung beeinträchtigen. Eine nicht poröse und frei von Verunreinigungen Struktur gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit und konsistente Leistung.

• Thermische Stabilität: Die elektrischen und chemischen Eigenschaften des Isoliermaterials sollten von Temperaturschwankungen unberührt bleiben. Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Isolationsintegrität in verschiedenen Betriebsumgebungen, von extrem kalten bis hin zu hohen Temperaturen.

Typischerweise werden elektrische Isolatoren aus gehärtetem Glas oder hochwertigem Nasspressporzellan hergestellt. Porzellanisolatoren sind oft mit einer braunen Farbe auf ihren exponierten Oberflächen glasiert, obwohl auch cremefarbene Varianten in einigen Anwendungen verwendet werden.

Gehärtetes oder vorbelastetes Glas ist zu einer beliebten Wahl für die Herstellung von Leitungsisolatoren geworden. Die Oberflächenschicht von gehärteten Glasisolatoren befindet sich unter hoher Kompression, was es ihnen ermöglicht, erhebliche mechanische und thermische Belastungen zu überstehen. Der Verhärtungsprozess beinhaltet das Erhitzen des Glases über seine Spannungstemperatur und anschließendes schnelles Abkühlen seiner Oberfläche mit Luft, was einen Zustand interner Spannungen schafft, die seine Festigkeit und Haltbarkeit erhöhen.

Vorteile von gehärteten Glasisolatoren gegenüber Porzellanisolatoren

• Höhere Durchschlagsfestigkeit: Gehärtete Glasisolatoren bieten eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen elektrischen Durchschlag, was die Wahrscheinlichkeit eines Isolationsversagens unter Hochspannungsbedingungen reduziert.

• Erhöhte mechanische Festigkeit: Mit einer höheren mechanischen Festigkeit sind diese Isolatoren weniger anfällig für Brüche während des Transports und der Installation, wodurch Wartungskosten und Stillstandszeiten minimiert werden.

• Hohe thermische Schockresistenz: Ihre Fähigkeit, schnelle Temperaturänderungen zu überstehen, reduziert Schäden durch Stromblitze, was die Gesamtreliabilität des elektrischen Systems verbessert.

• Selbstindizierender Versagensmodus: Im Falle von Schäden durch elektrische oder mechanische Ursachen bricht die äußere Schicht des gehärteten Glasisolators ab und fällt zu Boden. Allerdings bleiben Kappe und Pin stark genug, um den Leiter zu stützen, was eine klare Indikation von Schäden bietet und die fortlaufende Sicherheit der elektrischen Installation gewährleistet.

• Längere Lebensdauer: Gehärtete Glasisolatoren haben im Vergleich zu Porzellanisolatoren eine signifikant längere Nutzungsdauer, was sie langfristig kosteneffektiver macht.

Während gehärtete Glasisolatoren viele Vorteile bieten, haben sie einen Nachteil: Feuchtigkeit kondensiert auf ihren Oberflächen leichter. Jedoch zeigen ihre Leistungen bei der Prüfung der Durchschlagsfestigkeit in Luft mit steilen Frontimpulswellen vergleichbare Ergebnisse wie Porzellanisolatoren.

Polymerisolatoren

Ein weiterer Typ von elektrischem Isoliermaterial ist der Polymerisolator, der aus einer Kombination aus Fiberglas und Epoxidharz, im Gegensatz zu Porzellan, besteht. Polymerisolatoren bieten mehrere deutliche Vorteile:

• Leichtgewichtig: Sie sind etwa 70% leichter als ihre Porzellan-Gegenstücke, was sie einfacher zu handhaben, zu transportieren und zu installieren macht, insbesondere in groß angelegten elektrischen Projekten.

• Durchschlagsfest und hohe mechanische Festigkeit: Polymerisolatoren sind hoch resistent gegen elektrischen Durchschlag und weisen ausgezeichnete mechanische Festigkeit auf, was eine zuverlässige Leistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen sicherstellt.

• Thermische Beständigkeit: Ihre hohe thermische Beständigkeit reduziert Schäden durch Blitze, was die Sicherheit und Haltbarkeit des elektrischen Systems verbessert.

• Überlegene Leistung bei Funkstörspannungen: Polymerisolatoren zeigen eine ausgezeichnete Leistung bei der Minimierung von Funkstörungen, was entscheidend für die Aufrechterhaltung der Integrität von Kommunikationssystemen in der Nähe von elektrischen Anlagen ist.

Verringerte Korrosion von Hardware: Die Eigenschaften des Materials helfen, die Korrosion zugehöriger Hardware zu verhindern, reduzieren Wartungsanforderungen und verlängern die Lebensdauer der elektrischen Komponenten.

Bessere Leistung in verschmutzter Atmosphäre: Polymerisolatoren eignen sich gut für den Einsatz in verschmutzten Umgebungen, da sie weniger von Kontaminanten beeinflusst werden, was eine konsistente Isolierleistung selbst unter harschen Bedingungen sicherstellt.