Materiał izolacyjny elektryczny

Definicja

Materiał izolacyjny elektryczny definiuje się jako substancja, która ogranicza przepływ prądu elektrycznego przez siebie. W takich materiałach ładunki elektryczne nie poruszają się swobodnie; zamiast tego tworzą one bardzo oporny szlak, co czyni przepływ prądu elektrycznego ekstremalnie trudnym. Jednym z głównych zastosowań materiałów izolacyjnych elektrycznych są linie przesyłowe naziemne, gdzie są umieszczane między wieżami i przewodnikami. Ich rolą jest zapobieganie przeciekowi prądu elektrycznego z przewodników do ziemi, zapewniając bezpieczną i efektywną transmisję energii elektrycznej.

Właściwości materiałów izolacyjnych elektrycznych

Aby osiągnąć optymalną wydajność, materiały izolacyjne elektryczne powinny posiadać następujące kluczowe właściwości:

• Wysoka wytrzymałość mechaniczna: Materiał musi być wystarczająco solidny, aby znieść naprężenia i ciężar obsługiwanych przewodników. Zapewnia to integralność strukturalną systemu elektrycznego i zapobiega awariom mechanicznym, które mogłyby prowadzić do zakłóceń w transmisji energii elektrycznej.

• Wysoka siła dielektryczna: Wysoka siła dielektryczna pozwala materiałowi wytrzymać wysokie napięcia elektryczne bez rozpadu lub przewodzenia prądu elektrycznego, gwarantując skuteczność izolacji w różnych warunkach obciążenia elektrycznego.

• Wysoka oporność elektryczna: Aby zapobiec przeciekowi prądu z przewodników do ziemi, materiał izolacyjny powinien cechować się wysoką rezystywnością. To minimalizuje straty energetyczne i zmniejsza ryzyko wypadków elektrycznych.

• Nieporowaty i wolny od domieszków: Porowatość i domieszcze mogą kompromitować właściwości izolacyjne materiału, tworząc ścieżki dla wilgoci i przewodzenia elektrycznego. Struktura nieporowata i wolna od domieszków zapewnia długoterminową niezawodność i spójną wydajność.

• Stabilność termiczna: Właściwości elektryczne i chemiczne materiału izolacyjnego powinny pozostać niewzmocnione przez fluktuacje temperatury. Jest to kluczowe dla utrzymania integralności izolacji w różnorodnych warunkach pracy, od ekstremalnie zimnych do wysokich temperatur.

Typowo, izolatory elektryczne są produkowane z hartowanego szkła lub wysokiej jakości porcelany mokrego procesu. Izolatory porcelanowe często są pokrywane brązową glazurą na ich narażonych powierzchniach, choć stosowane są również warianty z białą glazurą w niektórych zastosowaniach.

Hartowane lub wstępnie sprężone szkło stało się popularnym wyborem do budowy liniowych izolatorów. Warstwa powierzchniowa izolatorów ze hartowanego szkła znajduje się pod wysokim ciśnieniem, umożliwiając im wytrzymanie znacznych obciążeń mechanicznych i termicznych. Proces hartowania polega na nagrzaniu szkła powyżej jego temperatury odkształcenia, a następnie szybkim ochłodzeniu jego powierzchni powietrzem, co tworzy stan wewnętrznego napięcia, wzmacniając jego wytrzymałość i trwałość.

Zalety izolatorów ze hartowanego szkła nad izolatorami porcelanowymi

• Większa wytrzymałość na przebicie: Izolatory ze hartowanego szkła oferują lepszą odporność na elektryczne przebicie, zmniejszając prawdopodobieństwo awarii izolacji w warunkach wysokich napięć.

• Zwiększona wytrzymałość mechaniczna: Z wyższą wytrzymałością mechaniczną te izolatory są mniej narażone na pęknięcie podczas transportu i montażu, minimalizując koszty konserwacji i czas przestoju.

• Wysoka odporność na termiczny szok: Ich zdolność do wytrzymania szybkich zmian temperatur redukuje uszkodzenia spowodowane błyskawicami, poprawiając ogólną niezawodność systemu elektrycznego.

• Samoodznaczający się tryb awarii: W przypadku uszkodzenia z powodu przyczyn elektrycznych lub mechanicznych, zewnętrzna warstwa izolatora ze hartowanego szkła pęka i spada na ziemię. Jednakże, nakładka i pin pozostają wystarczająco mocne, aby wspierać przewodnik, dostarczając jasny sygnał o uszkodzeniu i zapewniając kontynuowanie bezpieczeństwa instalacji elektrycznej.

• Dłuższy okres użytkowania: Izolatory ze hartowanego szkła mają znacznie dłuższy okres użytkowania w porównaniu z izolatorami porcelanowymi, co czyni je bardziej ekonomicznym wyborem w dłuższej perspektywie.

Chociaż izolatory ze hartowanego szkła mają wiele zalet, mają jedną wadę: wilgoć łatwiej kondensuje się na ich powierzchni. Jednak podczas testów na wytrzymałość na przebicie w powietrzu przy użyciu fal impulsowych o stromym frontzie, ich wydajność jest porównywalna z izolatorami porcelanowymi.

Izolatory polimerowe

Innym rodzajem materiału izolacyjnego elektrycznego jest izolator polimerowy, składający się z kombinacji włókna szklanego i polimeru epoksydowego, w przeciwieństwie do porcelany. Izolatory polimerowe oferują kilka unikalnych zalet:

• Lekkie: Są około 70% lżejsze od swoich odpowiedników porcelanowych, co ułatwia ich obsłугу, транспортировку и установку, особенно в крупномасштабных электрических проектах.

• Odporność na przebicie i wysoka wytrzymałość mechaniczna: Izolatory polimerowe są bardzo odpornie na elektryczne przebicie i posiadają doskonałą wytrzymałość mechaniczną, zapewniając niezawodną wydajność w różnych warunkach eksploatacji.

• Odporność termiczna: Ich wysoka odporność termiczna zmniejsza uszkodzenia spowodowane błyskawicami, zwiększając bezpieczeństwo i długość życia systemu elektrycznego.

• Superiorne wydajność w zakresie napięcia interferencji radiowej: Izolatory polimerowe cechują się doskonałą wydajnością w minimalizacji interferencji radiowej, co jest kluczowe dla utrzymania integralności systemów komunikacyjnych w pobliżu instalacji elektrycznych.

Zmniejszona korozja sprzętu: Właściwości materiału pomagają zapobiegać korozji powiązanego sprzętu, zmniejszając wymagania konserwacyjne i przedłużając żywotność elementów elektrycznych.

Lepsza wydajność w zanieczyszczonym atmosferze: Izolatory polimerowe są dobrze przystosowane do użycia w zanieczyszczonych środowiskach, ponieważ są mniej podatne na kontaminacje, zapewniając spójną wydajność izolacji nawet w surowych warunkach.