ماده عایق برقی

تعریف

ماده عایق الکتریکی به عنوان ماده‌ای تعریف می‌شود که جریان برق را از طریق خود محدود می‌کند. در این مواد، شارژ‌های الکتریکی آزادانه حرکت نمی‌کنند؛ بلکه مسیری با مقاومت بالا ارائه می‌دهند که این امر انتقال جریان الکتریکی را بسیار دشوار می‌سازد. یکی از کاربردهای اصلی مواد عایق الکتریکی در خطوط انتقال هوایی است که بین برج‌ها و هادی‌ها قرار می‌گیرند. نقش آن‌ها در اینجا جلوگیری از نشت جریان الکتریکی از هادی‌ها به زمین است، به منظور اطمینان از انتقال ایمن و کارآمد انرژی الکتریکی.

ویژگی‌های مواد عایق الکتریکی

برای عملکرد بهینه، مواد عایق الکتریکی باید دارای ویژگی‌های کلیدی زیر باشند:

• مقاومت مکانیکی بالا: ماده باید پایداری کافی برای تحمل تنش و وزن هادی‌هایی که حمایت می‌کند داشته باشد. این امر اطمینان از تمامیت ساختاری سیستم الکتریکی را فراهم می‌کند و از شکست‌های مکانیکی که می‌تواند منجر به اختلال در انتقال برق شود، جلوگیری می‌کند.

• مقاومت دی‌الکتریک بالا: مقاومت دی‌الکتریک بالا به ماده اجازه می‌دهد تا ولتاژ‌های الکتریکی بالا را بدون شکست یا هدایت برق تحمل کند، این امر مؤثریت عایق‌بندی را در شرایط مختلف تنش الکتریکی حفظ می‌کند.

• مقاومت الکتریکی بالا: برای جلوگیری از جریان نشتی از هادی‌ها به زمین، ماده عایق باید مقاومت بالایی داشته باشد. این موضوع از کاهش ضایعات انرژی و کاهش خطر حوادث الکتریکی جلوگیری می‌کند.

• غیرچروکدار و بدون آلودگی: وجود چروک و آلودگی می‌تواند خصوصیات عایق‌بندی ماده را با ایجاد مسیر برای نفوذ رطوبت و هدایت الکتریکی تحت تأثیر قرار دهد. ساختار غیرچروکدار و بدون آلودگی اطمینان از قابلیت اعتماد بلندمدت و عملکرد ثابت را فراهم می‌کند.

• پایداری حرارتی: خصوصیات الکتریکی و شیمیایی ماده عایق باید تحت تأثیر تغییرات دما تغییر نکند. این موضوع برای حفظ تمامیت عایق‌بندی در محیط‌های عملیاتی متنوع، از دمای بسیار سرد تا دمای بالا، بسیار مهم است.

معمولاً عایقات الکتریکی از شیشه تقویت شده یا پورسلن با کیفیت بالا ساخته می‌شوند. عایقات پورسلن غالباً روی سطوح ظاهری خود رنگ قهوه‌ای دارند، اگرچه نسخه‌های رنگ شده کرم نیز در برخی کاربردها استفاده می‌شوند.

شیشه تقویت شده یا پیش تنش گرفته شده به عنوان یک انتخاب محبوب برای ساخت عایقات خطی شده است. لایه سطحی عایقات شیشه تقویت شده تحت فشار بالا قرار دارد، که به آن‌ها اجازه می‌دهد تنش‌های مکانیکی و حرارتی قابل توجهی را تحمل کنند. فرآیند تقویت شامل گرم کردن شیشه بالای دمای تنش و سپس سرد کردن سریع سطح آن با هوا است که حالتی از تنش داخلی ایجاد می‌کند که قدرت و دوام آن را افزایش می‌دهد.

مزایای عایقات شیشه تقویت شده نسبت به عایقات پورسلن

• مقاومت نفوذ بالاتر: عایقات شیشه تقویت شده مقاومت بالاتری نسبت به نفوذ الکتریکی دارند که احتمال شکست عایق‌بندی را در شرایط ولتاژ بالا کاهش می‌دهد.

• مقاومت مکانیکی بالاتر: با مقاومت مکانیکی بالاتر، این عایقات کمتر در حین حمل و نصب شکسته می‌شوند، که هزینه‌های نگهداری و توقف را کاهش می‌دهد.

• مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی: توانایی آن‌ها در تحمل تغییرات سریع دما آسیب ناشی از فلاشر برق را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان کلی سیستم الکتریکی را بهبود می‌بخشد.

• نحوه شکست خودنمایانه: در صورت آسیب از دلایل الکتریکی یا مکانیکی، لایه بیرونی عایق شیشه تقویت شده شکسته و به زمین می‌افتد. با این حال، دسته و پین همچنان قوی به حدی هستند که هادی را حمایت کنند، این امر یک نشانه واضح از آسیب است و اطمینان از ایمنی نصب الکتریکی را فراهم می‌کند.

• عمر مفید طولانی‌تر: عایقات شیشه تقویت شده عمر مفید طولانی‌تری نسبت به عایقات پورسلن دارند، که آن‌ها را در بلندمدت یک گزینه اقتصادی‌تر می‌کند.

هرچند عایقات شیشه تقویت شده مزایای زیادی دارند، اما یک نقطه ضعف دارند: رطوبت بیشتر روی سطح آن‌ها تجمع می‌یابد. با این حال، وقتی که مقاومت نفوذ آن‌ها در هوا با امواج ضربه‌ای با شیب تند آزمایش می‌شود، عملکرد آن‌ها مشابه عایقات پورسلن است.

عایقات پلیمری

نوع دیگری از مواد عایق الکتریکی عایقات پلیمری است که از ترکیب فیبر شیشه و پلیمر اپوکسی تشکیل شده‌اند، در مقابل پورسلن. عایقات پلیمری مزایای متمایزی ارائه می‌دهند:

• وزن کم: آن‌ها تقریباً ۷۰٪ کمتر از نظر وزن نسبت به معادل‌های پورسلن خود هستند، که آن‌ها را برای دسته‌بندی، حمل و نصب، به ویژه در پروژه‌های الکتریکی در مقیاس بزرگ، آسان‌تر می‌کند.

• مقاومت در برابر نفوذ و مقاومت مکانیکی بالا: عایقات پلیمری مقاومت بالایی نسبت به نفوذ الکتریکی دارند و مقاومت مکانیکی عالی ارائه می‌دهند، که اطمینان از عملکرد قابل اعتماد در شرایط عملیاتی متنوع را فراهم می‌کند.

• مقاومت حرارتی: مقاومت حرارتی بالای آن‌ها آسیب ناشی از فلاشر برق را کاهش می‌دهد و ایمنی و طول عمر سیستم الکتریکی را افزایش می‌دهد.

• عملکرد بهتر ولتاژ تداخل رادیویی: عایقات پلیمری عملکرد عالی در کاهش تداخل رادیویی ارائه می‌دهند، که برای حفظ تمامیت سیستم‌های ارتباطی در نزدیکی نصب‌های الکتریکی بسیار مهم است.

کاهش فرسایش سخت‌افزار: خصوصیات ماده به کاهش فرسایش سخت‌افزار مرتبط کمک می‌کند، که نیاز به نگهداری را کاهش می‌دهد و طول عمر قطعات الکتریکی را افزایش می‌دهد.

عملکرد بهتر در جو آلوده: عایقات پلیمری برای استفاده در محیط‌های آلوده مناسب هستند، زیرا کمتر تحت تأثیر آلودگی‌ها قرار می‌گیرند و اطمینان از عملکرد ثابت عایق‌بندی حتی در شرایط سخت را فراهم می‌کنند.