Was ist ein elektrischer Leiter

Definition

Ein elektrischer Isolierstoff wird definiert als ein Material, das den Stromfluss durch sich hindurch einschränkt. In solchen Materialien bewegen sich elektrische Ladungen nicht frei; stattdessen bieten sie einen hochwiderständigen Pfad, was den Durchgang von elektrischem Strom extrem erschwert. Eine der wichtigsten Anwendungen von elektrischen Isolierstoffen sind Freileitungen, bei denen sie zwischen den Masten und Leitern angebracht werden. Ihre Aufgabe besteht darin, das Ausleiten von elektrischem Strom von den Leitern zum Boden zu verhindern und eine sichere und effiziente Übertragung von elektrischer Energie sicherzustellen.

Eigenschaften von elektrischen Isolierstoffen

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

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

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

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

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

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

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

Gehärtetes oder vorgespanntes Glas hat sich als beliebte Wahl für die Herstellung von Leitungsisolatoren etabliert. Die Oberflächenschicht von gehärteten Glasisolatoren befindet sich unter hoher Kompression, was es ihnen ermöglicht, erhebliche mechanische und thermische Belastungen zu ertragen. Der Härtungsprozess beinhaltet das Erhitzen des Glases über seine Dehngrenze und anschließendes schnelles Abkühlen seiner Oberfläche mit Luft, was einen Zustand innerer 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 das Risiko eines Isolationsausfalls unter Hochspannung reduziert.

• Erhöhte mechanische Festigkeit: Mit höherer mechanischer Festigkeit sind diese Isolatoren weniger anfällig für Brüche während des Transports und der Montage, was Wartungskosten und Stillstandszeiten reduziert.

• Hohe thermische Schockbeständigkeit: Ihre Fähigkeit, schnelle Temperaturänderungen zu überstehen, reduziert Schäden durch Spannungsspitzen, was die Gesamtzuverlässigkeit des elektrischen Systems verbessert.

• Selbstindizierender Fehlermodus: Im Falle von Schäden durch elektrische oder mechanische Ursachen bricht die äußere Schicht des gehärteten Glasisolators ab und fällt zu Boden. Der Kopf und die Pinne bleiben jedoch 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 kostengünstiger macht.

Während gehärtete Glasisolatoren viele Vorteile bieten, haben sie einen Nachteil: Feuchtigkeit kondensiert auf ihren Oberflächen leichter. Allerdings zeigt sich bei Prüfungen der Durchschlagsfestigkeit in Luft mit steilen Impulswellen, dass ihre Leistung vergleichbar mit der von Porzellanisolatoren ist.

Polymerisolatoren

Eine weitere Art von elektrischem Isoliermaterial ist der Polymerisolator, der aus einer Kombination aus Fiberglas und Epoxidharz besteht, im Gegensatz zu Porzellan. 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 bei großangelegten elektrotechnischen Projekten.

• Durchschlagsicher 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 Spannungsspitzen, was die Sicherheit und Langlebigkeit des elektrischen Systems erhöht.

• Überlegene Radio-Störspannungsleistung: Polymerisolatoren zeigen eine exzellente Leistung bei der Minimierung von Radiostörungen, was entscheidend für die Integrität von Kommunikationssystemen in der Nähe von elektrischen Anlagen ist.

• Reduzierte Korrosion von Hardware: Die Eigenschaften des Materials helfen, die Korrosion verbundener Hardware zu verhindern, was die Wartungsanforderungen reduziert und die Lebensdauer der elektrischen Bauteile verlängert.

• Bessere Leistung in verschmutzter Atmosphäre: Polymerisolatoren eignen sich gut für die Verwendung in verschmutzten Umgebungen, da sie weniger von Kontaminanten beeinflusst werden, was eine konsistente Isolationsleistung auch unter harschen Bedingungen sicherstellt.