ماده عایق برقی

تعریف

مواد عایق الکتریکی به ماده‌ای اطلاق می‌شود که جریان برق را در آن محدود می‌کند. در این مواد، بارهای الکتریکی آزادانه حرکت نمی‌کنند؛ بلکه مسیری با مقاومت بسیار بالا ارائه می‌دهند که انتقال جریان الکتریکی را بسیار دشوار می‌کند. یکی از کاربردهای اصلی مواد عایق الکتریکی در خطوط انتقال هوایی است، جایی که بین برج‌ها و هادی‌ها قرار می‌گیرند. نقش آنها در اینجا جلوگیری از تеч خروجی الکتریکی از هادی‌ها به زمین است، تا انتقال ایمن و مؤثر انرژی الکتریکی تضمین شود.

ویژگی‌های مواد عایق الکتریکی

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

• مقاومت مکانیکی بالا: ماده باید به اندازه کافی محکم باشد تا تنش و وزن هادی‌هایی که پشتیبانی می‌کند را تحمل کند. این امر باعث حفظ تمامیت ساختاری سیستم الکتریکی و جلوگیری از خرابی‌های مکانیکی می‌شود که می‌تواند منجر به اختلال در انتقال برق شود.

• مقاومت دی‌الکتریک بالا: مقاومت دی‌الکتریک بالا به ماده اجازه می‌دهد تا ولتاژهای الکتریکی بالا را بدون فرسودگی یا هدایت برق تحمل کند، که مؤثریت عایق را در شرایط مختلف تنش الکتریکی محافظت می‌کند.

• مقاومت الکتریکی بالا: برای جلوگیری از تеч جریان از هادی‌ها به زمین، ماده عایق باید مقاومت الکتریکی بالایی داشته باشد. این امر باعث کاهش ضایعات انرژی و کاهش خطر حوادث الکتریکی می‌شود.

• بی‌پروازی و بدون آلودگی: پروازی بودن و آلودگی می‌تواند ویژگی‌های عایقی ماده را با فراهم کردن مسیرهایی برای ورود رطوبت و هدایت برق تضعیف کند. ساختار بی‌پرواز و بدون آلودگی باعث می‌شود که قابلیت اطمینان بلندمدت و عملکرد ثابت تضمین شود.

• ثبات حرارتی: ویژگی‌های الکتریکی و شیمیایی ماده عایق باید تحت تغییرات دما تأثیر نپذیرد. این امر برای حفظ تمامیت عایق در محیط‌های عملیاتی متنوع، از دمای بسیار سرد تا دمای بالا، بسیار مهم است.

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

شیشه تقویت شده یا پیش‌تنش شده به عنوان یک گزینه 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 بالاتر از دمای تنش آن و سپس سرد کردن سریع سطح آن با هوا است که حالتی از تنش داخلی ایجاد می‌کند که قدرت و طول عمر آن را افزایش می‌دهد.

مزایای عایقات شیشه تقویت شده نسبت به عایقات سرامیکی

• مقاومت سوراخ کنندگی بالاتر: عایقات شیشه تقویت شده مقاومت به سوراخ کنندگی الکتریکی بسیار بالاتری دارند که احتمال شکست عایق در شرایط ولتاژ بالا را کاهش می‌دهد.

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

• مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی: توانایی تحمل تغییرات سریع دما آسیب‌های ناشی از فلش‌اور برق را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان کلی سیستم الکتریکی را افزایش می‌دهد.

• حالت شکست خودنمایانه: در صورت آسیب‌دیدگی به دلایل الکتریکی یا مکانیکی، لایه بیرونی عایق شیشه تقویت شده شکسته و به زمین می‌افتد. با این حال، کلاهک و پین به اندازه کافی محکم هستند تا هادی را پشتیبانی کنند و نشان دهنده آسیب واضحی باشند و ایمنی نصب الکتریکی را تضمین کنند.

• طول عمر طولانی‌تر: عایقات شیشه تقویت شده طول عمر خدماتی بسیار طولانی‌تری نسبت به عایقات سرامیکی دارند، که آنها را به یک گزینه اقتصادی‌تر در بلندمدت تبدیل می‌کند.

با وجود مزایای بسیاری که عایقات شیشه تقویت شده دارند، یک نقطه ضعف دارند: رطوبت به راحتی روی سطوح آنها تكثيف می‌شود. با این حال، هنگام آزمون مقاومت سوراخ کنندگی در هوا با امواج ضربه‌ای با شیب تند، عملکرد آنها مشابه عایقات سرامیکی است.

عایقات پلیمری

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

• وزن کم: آنها حدود ۷۰٪ کمتر از نظر وزن نسبت به همتایان سرامیکی خود هستند، که آنها را برای حمل، حمل و نقل و نصب آسان‌تر می‌کند، به ویژه در پروژه‌های الکتریکی بزرگ مقیاس.

• مقاومت به سوراخ کنندگی و مقاومت مکانیکی بالا: عایقات پلیمری مقاومت بسیار بالایی به سوراخ کنندگی الکتریکی دارند و مقاومت مکانیکی عالی دارند که عملکرد قابل اعتماد را در شرایط عملیاتی مختلف تضمین می‌کنند.

• مقاومت حرارتی بالا: مقاومت حرارتی بالا آنها آسیب‌های ناشی از فلش‌اور برق را کاهش می‌دهد و ایمنی و طول عمر سیستم الکتریکی را افزایش می‌دهد.

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

کاهش فرسودگی سخت‌افزار: ویژگی‌های ماده به جلوگیری از فرسودگی سخت‌افزار مرتبط کمک می‌کند، که نیاز به نگهداری را کاهش می‌دهد و طول عمر مولفه‌های الکتریکی را افزایش می‌دهد.

عملکرد بهتر در محیط‌های آلوده: عایقات پلیمری برای استفاده در محیط‌های آلوده مناسب هستند، زیرا کمتر تحت تأثیر آلودگی‌ها قرار می‌گیرند و عملکرد عایقی یکنواخت حتی در شرایط سخت را تضمین می‌کنند.