виды, назначение и область применения

Вы, наверное, замечали, что провода ЛЭП закреплены на опорах на гирляндах из фарфоровых или керамических тарелок. Эти тарелки называется изоляторами. Они несут как изолирующую, так и монтажную роль механического крепления. Изоляторы воздушных линий электропередач бывают разными, в зависимости от расположения, места применения и напряжения линии, которую они держат. В этой статье мы рассмотрим виды электрических изоляторов и их назначение.

• Характеристики изоляторов
• Конструкция
• Различие по материалу исполнения
• Типы по конструкции и назначению

Характеристики изоляторов

Электрический изолятор – это изделие, предназначенное для крепления провода, кабеля или шины на несущей конструкции линии электропередач и предотвращения её пробоя на землю. Они бывают разных видов и изготавливаются из диэлектрических материалов – фарфора, стекла и полимеров.

Так как электрическое предназначение изоляторов – обеспечить изоляцию проводника от несущей конструкции, то основными характеристиками являются:

• Сухоразрядное напряжение – напряжение, при котором наступает искровой разряд по поверхности в сухом её состоянии при нормальных условиях окружающей среды.
• Мокроразрядное напряжение – то же самое, но под дождем, если его струи попадают на изолятор под углом в 45 градусов. Сила дождя при этом равна 5 мм/мин, удельное объемное сопротивление воды — 9500-10500 Ом*см (при 20°С). Так как вода проводит электрический ток – мокроразрядное напряжение всегда ниже сухоразрядного.
• Пробивное напряжение – напряжение, при котором наступает пробой тела изолятора между стержнем и шапкой (для подвесных изделий). Стержень и шапка при этом являются электродами.

Конструкция

Конструктивно все электрические изоляторы различаются способами крепления к несущей конструкции и крепления кабеля. Главной задачей этого изделия является предотвращение электрических разрядов, для этого они выполняются в виде тарелок или стержней с ребрами. Эти ребра нужны для того, чтобы разряд развивался под углом к силовым линиям поля. На рисунке ниже вы видите примеры типовых изделий разных форм и конструкций:

Различие по материалу исполнения

Чтобы рассмотреть классификацию видов и типов изоляторов нужно сначала разобраться, как их различают. Итак, в первую очередь они классифицируются по материалу изготовления:

1. Фарфоровые.
2. Стеклянные.
3. Полимерные.

Фарфоровые можно назвать классикой, такие применялись раньше даже при наружной проводке в домах. Обычно они белого цвета, но могут быть и других цветов. Такие можно увидеть на разных электроустановках. Достоинством является то, что они выдерживают большие нагрузки на сжатие, обладают хорошими диэлектрическими свойствами.

Однако они бьются и ломаются. Отсюда возникает необходимость регулярной проверки их целостности, а часто для этого приходится отключать электроустановку и вытирать с них масло, пыль и другие загрязнения. Также проблемой является их большой вес.

Стеклянные, хоть и боятся ударов, но для контроля их целостности достаточно визуального осмотра, что можно провести и без отключения напряжения. В настоящее время в воздушных линиях электропередач, в качестве подвесных изоляторах они вытесняют керамику, в том числе и потому что меньше весят, а также в производстве дешевле.

Полимерные используются в помещении, на улице редко, в качестве исключения. Можно иногда увидеть опорные изоляторы из полимеров на ВЛ 10 кВ или других напряжений средней величины, но редко, или на неответственных линиях. Это обусловлено тем, что с течением времени и под действием УФ-излучений они стареют, внутренняя структура распадается и ухудшаются их электрические и механические характеристики.

Однако для оборудования, которое доступно для регулярного обслуживания и ремонта они применяются часто. Например, это могут быть опорные изоляторы шин в трансформаторных подстанциях и распределителях.

Типы по конструкции и назначению

По конструкции выделяют три основных разновидности изоляторов ВЛ:

• штыревые;
• подвесные линейные;
• опорные и проходные.

Штыревые относятся к линейным изоляторам. Используются в ЛЭП до 35 кВ. В том числе на линиях 0,4 кВ. Этот тип исполнения цельный, на нем есть канавка для закрепления провода и отверстия для установки на траверсы, крюки, штыри.

Интересно: на ВЛ от 6 до 10 кВ используют одноэлементные изоляторы, а на 20-35 – из двух элементов.

Подвесные используются на высоковольтных воздушных линиях напряжением 35 кВ и больше. Они бывают двух типов поддерживающими (стержневыми) и натяжными.

Натяжные тарельчатые изоляторы работают на растяжение и удерживают линию на опоре, монтируются под углом. Конструктивно они выполнены в виде фарфоровой или стеклянной тарелки. В нижней части обычно выступает стержень с расширяющейся шляпкой. Сверху расположена металлическая крышка с отверстием специальной формы, такой чтобы в ней можно было закрепить нижний стержень. Таким образом происходит унификация и вы можете набрать в гирлянду столько изоляторов, сколько нужно для достижения нужных номинальных напряжений пробоя. Такая гирлянда получается гибкой, она удерживает линии электропередач на опоре.

На промежуточных опорах устанавливают подвесные стержневые изоляторы. Они выполнены в виде опорного стержня, на его концах металлические части для крепления к опоре и проводам. Они устанавливаются вертикально и провод ложится на них – это и есть основное отличие от предыдущих. Также они отличаются тем, что натяжные изоляторы выдерживают больший вес, поэтому могут использоваться на опорах, расположенных дальше друг от друга.

Интересно: на ответственных участках и для повышения надежности монтажа ЛЭП могут использоваться сдвоенные гирлянды натяжных изоляторов.

Опорные и проходные изоляторы уже являются станционными, а не линейными. Этот вид так называется потому что используется внутри электростанций и трансформаторных подстанций. Изготовляются из полимеров или фарфора. Опорные используют для крепления токопроводящих шин к заземленным конструкциям, например, корпусу трансформаторов или внутри вводных и распределительных электрощитов.

Маркировка изоляторов всех разновидностей подобная, обычно она содержит сведения о типе изделия и номинального напряжения линии, например:

Для того чтобы провести кабель или шину через стену используются проходные изоляторы. Эта разновидность изделий с полым телом, в котором расположена токоведущая часть. Для повышения изолирующих свойств может иметь дополнительно масляный барьер или маслобумажную прокладку. Такой тип изоляторов позволяет прокладывать линию до 110 кВ. Бывают и другого типа – без токопровода внутри, просто диэлектрический полый цилиндр с отверстием, который надевается на кабель.

На это мы и заканчиваем нашу статью. Теперь вы знаете, какие бывают изоляторы для воздушных линий электропередач и где применяется каждый вариант исполнения!

Материалы по теме:

• Как установить электрический столб на участке
• Монтаж электропроводки в ретро-стиле
• Как изолировать провода
• Арматура для монтажа СИП кабеля

Электрические изоляторы: назначение, виды, конструкция, классификация

Обязательным условием для передачи электрической энергии является проводниковый материал, необходимый для протекания тока. Но для исключения возможности попадания потенциала на несущие конструкции и другие элементы устанавливаются электрические изоляторы. В современной электротехнике невозможно представить себе работу каких-либо силовых устройств без изоляторов.

Что из себя представляют электрические изоляторы?

Электрические изоляторы представляют собой диэлектрический элемент электроустановки, конструктивно выполняемый из изоляционного материала и армирующих деталей. Диэлектрик предназначен для электрического отделения, а металлические конструкции позволяют зафиксировать как сам изолятор, так и проводники на нем. В качестве диэлектрического материала используется стекло, полимер или керамика.

Назначение

Электрические изоляторы предназначены для крепления шин, проводов, тралеи и прочих токоведущих элементов к корпусу электроустановки, консолям опор и прочим конструкциям. Помимо этого они изолируют проводники при прохождении через стены, позволяют отделить электроустановки друг от друга и прочие несущие функции.

В зависимости от места установки их подразделяют на внутренней и наружной. Также немаловажное значение играет класс напряжения, на который рассчитан тот или иной изолятор. Из-за чего будет отличаться его конструктивное исполнение и определенные технические характеристики, определяющие возможность их применения в тех или иных электроустановках [ 1 ].

Основные технические характеристики

В соответствии с требованиями нормативных документов, для электрических изоляторов регламентируются такие характеристики:

• Сухоразрядное напряжение – это  такая величина, при которой произойдет электрический разряд в условиях сухого состояния поверхности.
  Перекрытие изолятора
• Мокроразрядное напряжение – определяет такую же величину, как и предыдущий параметр, но при условии попадания дождя на поверхность. При этом рассматривается такой вариант, когда направление струй располагается под углом 45°.

Рис. 2. Изолятор под дождем

При таком потоке струй под углом 45°, которые обозначены на рисунке 2 буквой А, обеспечивается максимальное обтекание поверхности Б, и, как следствие, обеспечивается минимальное сопротивление электрическому току – от 9,5 до 10,5 кОм*см. Этот параметр всегда ниже сухоразрядного.

• Напряжение пробоя – представляет собой такую величину, при которой произойдет пробой между двумя полюсами. В зависимости от конструкции, полюса могут быть представлены стержнем и шапкой либо шиной и фланцем.
• Механическая прочность – проверяется нагрузкой на изгиб, разрыв или срез головки. При этом конструкцию жестко закрепляют и прикладывают к ней усилие, плавно повышаемое до такого уровня высочайшего напряжения в материале, которое приводит к разрушению.
• Термическая устойчивость – испытывается посредством попеременного нагревания и резкого охлаждения. Состоит из двух-трех циклов, в зависимости от материала и конструкции. После чего прикладывается электрический потенциал, создающий множественные разряды.

Проверка технических характеристик.

Следует отметить, что испытательные процедуры не являются обязательными для всех изоляторов, выпускаемых на заводе. Электрическим, термическим и механическим воздействиям подвергаются только 0,5% от партии. Обязательной для всех изоляторов  является проверка напряжением перекрытия в течении трех минут, при котором на изоляторе возникают искровые разряды.

У подвесных изоляторов обязательно проверяется механическая характеристика. Для этого в течении минуты к нему прикладывается механическая нагрузка, которую регламентируют заводские или государственные нормы.

Такие испытания обеспечивают нормальную работу электрических изоляторов при номинальных токах и номинальных напряжениях в сети. А также, достаточный уровень надежности. Кроме этого, некоторые модели подвергаются периодической проверке в ходе эксплуатации. По результатам периодических осмотров и испытаний они могут проходить очистку, выбраковку и замену.

Типовая конструкция

Для начала разберем пример типовой конструкции на эскизе штыревого изолятора.

Рис. 3. Изолятор в разрезе

Как видите на рисунке 3, в конструкции предусмотрены ребра А и Б. Которые позволяют увеличить электрическую прочность за счет удлинения пути для тока утечки по поверхности. В связи с различными углами уклона ребер обеспечивается возможность защиты от выпадающих осадков. Так ребра А имеют меньший уклон, поэтому они наиболее актуальны для твердых осадков – снега, грязи и т.д. Потому что влага может подлизываться под низ и значительно сокращать величину разрядного напряжения.

В отличии от них, юбки Б позволяют полностью исключить возможность попадания влаги при дождливой погоде. Это обеспечивает постоянный запас сопротивления, которое и гарантирует величину напряжения пробоя. Помимо этого, юбки Б не боятся намерзания гололеда и могут обеспечивать нормальную работу высоковольтных линий в случае сложной метеорологической ситуации.

Для крепления головки стержня предусмотрена резьба В, которая позволяет закрепить конструкцию на консоли или армирующих крюках. В верхней части находится желоб Г для фиксации провода. Дополнительно провод увязывается проволокой для более надежного крепления воздушных ЛЭП.

Рис. 4. Конструкция проходного изолятора

Проходной изолятор имеет немного иную конструкцию, так как его задача не только изолировать токоведущую шину от стены, но и обеспечить нормальное протекание тока внутри самого изолятора. Посмотрите, шина обжимается с обеих сторон алюминиевой крышкой для ее надежного закрепления снаружи. Внутри механическое крепление осуществляется за счет герметика, который помимо этого предотвращает попадание загрязнителей и агрессивных веществ. Также для удобства крепления проводов или шин может устанавливаться дополнительный лепесток на самой крышке, как показано на рисунке 4.

Защитная оболочка из кремнийорганической резины препятствует электрическому пробою по поверхности от шины до фланца. Изоляция от пробоя внутренних элементов выполняется посредством стеклопластиковой трубы, которая помещается внутрь ребристой рубашки. Более детальную информацию о параметрах можно почерпнуть из обозначения модели.

Обозначения изоляторов

В маркировке каждого изделия содержится информация о его типе, материале и прочих характеристиках. Посмотрите пример маркировки для изолятора НСПКр 120 – 3/0,6 – Б.

• Первая буква Н указывает на назначение модели, в данном случае Н – натяжной. Также может быть К – консольный, Ф – фиксаторный, П – подвесной.
• С – обозначает, что это стержневой изолятор.
• П – изоляционный материал, в данном случае П – полимер.
• К – наружное покрытие, в данном случае кремнийорганическая резина.
• р – индекс, обозначающий, что защитная оболочка ребристая цельнолитая.
• 120 – показатель нормированного разрушающего усилия в кН.
• 3 – класс напряжения проводов ВЛ, для которого применяется.
• 0,6 – обозначает длину пути тока утечки, измеряемую в метрах.
• Б – обозначает вид зацепления.

Классификация

Для обеспечения надежного электроснабжения и соблюдения максимального уровня безопасности в каждом конкретном случае в электроустановках должны применяться изоляторы соответствующего типа и конструкции. В зависимости от критерия выделяют несколько параметров их классификации.

По назначению

В зависимости от назначения выделяют такие виды изоляторов:

• Стационарные – применяют для механического крепления токоведущих стержней или ошиновки в распределительных устройствах. В зависимости от назначения стационарные изоляторы дополнительно подразделяются на опорные и проходные. Так опорные изоляторы выступают в роли основания, на которое крепятся шины в ячейках или несущих конструкциях. Проходные изоляторы позволяют провести токоведущий элемент сквозь стену или перекрытие помещения.
• Аппаратные – имеют схожее назначение со стационарными, но применительно к каким-либо аппаратам. К примеру, аппаратные изоляторы нашли широкое применение в выпрямительных установках, силовых приборах, комплектных подстанциях, установках аппаратов высокого напряжения и прочих агрегатах. Посмотрите на рисунок 5, здесь представлен пример его использования, где он имеет обозначение АИ.
  Рис. 5. Пример аппаратных изоляторов
• Линейные – используются для наружной установки под высоковольтные линии или ошиновку открытых распредустройств. Отличительной чертой линейных изоляторов является наличие широких ребер или юбок, предназначенных для увеличения пути поверхностного пробоя в случае выпадения осадков.

По материалу исполнения

В зависимости от применяемого диэлектрика выделяют такие виды изоляторов:

• С фарфоровым корпусом – отличаются высокой механической прочностью на сжатие, но боятся динамических воздействий. Для предотвращения появления проводящих каналов, из-за оседания пыли и грязи на поверхности, керамический материал покрывается глазурью.
• Полимерные изоляторы – подразделяются на модели, которые имеют упругую деформацию и монолитные. Отличаются куда большим удельным сопротивлением материала, чем фарфоровые. Но мягкая поверхность в большей мере подвержена загрязнению, чем покрытый глазурью фарфор. Помимо этого из-за воздействия ультрафиолета полимер разрушается и утрачивает свойства, поэтому их применяют для внутренней установки.
• Стеклянные электрические изоляторы – отличаются не такой высокой прочностью, подвержены сколам при динамических воздействиях. Но в отличии от других материалов не подвержены воздействию агрессивных реагентов. Обладают меньшим весом и более просты в обслуживании, чем фарфоровые.

По способу крепления на опоре

В зависимости от способа крепления бывают:

Классификация по способу крепления

• Штыревого типа (а) – крепятся посредством металлической арматуры и выступают в роли опоры воздушных ЛЭП, откуда и возникло название опорно-штыревые изоляторы.
• Подвесные (б) – выполняются тарельчатыми изоляторами, которые собираются в гирлянды, в зависимости от класса напряжения присоединенных к ним электрических аппаратов.
• Стержневые (в) – имеют форму сплошного стержня, который устанавливается в качестве опорного или подвешивается за элементы арматуры в качестве натяжного. Опорно-стержневые изоляторы устанавливается в распредустройствах для изоляции шин. На их краях посредством чугунных крыльев крепятся токоведущие части.

Видео в дополнение темы

Обзор электрических изоляторов типа “ПС”:

Список литературы

• Костюков Н.С., Минаков Н.В., Князев В.А. «Электрические изоляторы» 1984
• С. Трубачев, В. Пак «Новые материалы и системы изоляции высоковольтных электрических машин» 2007
• И. Н. Орлов  «Электротехнические изделия и устройства») 1986

изолятор

| физика | Британика

изоляция

Посмотреть все носители

Похожие темы:

диэлектрик
широкозонный изолятор
электрическая проводимость

См. все связанные материалы →

изолятор , любое из различных веществ, блокирующих или замедляющих прохождение электрических или тепловых токов.

Хотя электрический изолятор обычно считается непроводящим материалом, на самом деле его лучше описывать как плохой проводник или вещество с высоким сопротивлением прохождению электрического тока. В этом отношении различные изоляционные и проводящие материалы сравниваются друг с другом с помощью постоянной материала, известной как удельное сопротивление. См. также полупроводник.

Викторина «Британника»

Электричество: короткие замыкания и постоянные токи

В чем разница между электрическим проводником и изолятором? Кто изобрел аккумулятор? Почувствуйте, как ваши клетки горят, пока вы перезаряжаете свою умственную батарею, отвечая на вопросы этой викторины.

Электрические изоляторы используются для удержания проводников на месте, отделяя их друг от друга и от окружающих конструкций. Они образуют барьер между частями электрической цепи, находящимися под напряжением, и ограничивают поток тока по проводам или другим проводящим путям по желанию. Изоляция электрических цепей является необходимым требованием для успешной работы всех электрических и электронных устройств. В качестве электрических изоляторов используются различные типы материалов, причем выбор делается, прежде всего, на основе конкретных требований каждого применения. Медные проводники, используемые в электропроводке жилых домов и промышленных предприятий, изолированы друг от друга и от здания резиной или пластмассой. Воздушные линии электропередач опираются на фарфоровые изоляторы, не подверженные воздействию внешней среды. Большие электрические генераторы и двигатели, работающие при высоких напряжениях и высоких температурах, часто изолируют слюдой. В некоторых случаях твердая изоляция используется в сочетании с жидкой или газообразной изоляцией. В высоковольтных трансформаторах, например, твердая изоляция обеспечивает механическую жесткость, а масло или другие жидкие вещества способствуют повышению прочности изоляции и служат для отвода тепла от оборудования. В микроскопических структурах интегральных схем могут использоваться изоляционные материалы, такие как нитрид кремния, толщиной до микрона.

Теплоизоляционные материалы включают стекловолокно, пробку и минеральную вату, минеральную вату, которая производится путем продувки струей пара через расплавленную кремнистую породу или известняк или через шлак. Эти и другие вещества с низкой теплопроводностью замедляют скорость теплового потока. Они нарушают путь теплового потока своей непрозрачностью для лучистого тепла и наличием многочисленных воздушных пространств. Теплопроводность обычно непостоянна для любого данного материала, а зависит от температуры. Проводимость уменьшается с повышением температуры в большинстве металлов и других кристаллических твердых тел, но увеличивается в аморфных веществах, таких как стекло.

Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена ​​​​Ричардом Палларди.

Изолятор (электрический) — Энциклопедия Нового Света

Токопроводящий медный провод, изолированный наружным слоем полиэтилена.

Изолятор , , также называемый диэлектриком , или непроводником , — это материал, препятствующий прохождению электрического тока. Этот тип материала используется в частях электрооборудования, предназначенных для поддержки или разделения электрических проводников без пропускания тока через себя. Этот термин также используется более конкретно для обозначения изолирующих опор, которые прикрепляют провода передачи электроэнергии к опорам или пилонам.

Содержание

• 1 Физика проводимости в твердых телах
• 2 Некоторые изоляционные/непроводящие материалы
• 3 Пробой непроводников
• 4 Изоляторы для телеграфа и электропередач
  • 4.1 История
  • 4.2 Материал
  • 4.3 Дизайн
  • 4.4 Колпачковые и штыревые изоляторы
• 5 Изоляция антенн
• 6 Изоляция в электрических аппаратах
  • 6.1 Изоляция класса 1 и класса 2
• 7 видов использования
• 8 См. также
• 9 Примечания
• 10 Каталожные номера
• 11 Внешние ссылки
• 12 кредитов

Некоторые материалы, такие как стекло или тефлон, являются очень хорошими электрическими изоляторами. Гораздо более широкий класс материалов, например резиноподобные полимеры и большинство пластиков, по-прежнему «достаточно хорош» для изоляции электрических проводов и кабелей, даже если они могут иметь более низкое объемное сопротивление. Эти материалы могут служить практичными и безопасными изоляторами для низких и средних напряжений (сотни или даже тысячи вольт).

Физика проводимости в твердых телах

Электрическая изоляция – это отсутствие электропроводности. Изолирующий материал имеет атомы с прочно связанными валентными электронами. Согласно теории электронных зон (раздел физики), заряд будет протекать через материал всякий раз, когда существуют доступные состояния, в которые могут быть возбуждены электроны в материале. Это позволяет им набирать энергию и тем самым двигаться по проводнику (обычно металлическому). Если таких состояний нет, материал является изолятором.

Большинство (хотя и не все) изоляторов характеризуются большой шириной запрещенной зоны. Это происходит потому, что «валентная» зона, содержащая электроны с наивысшей энергией, заполнена, и большая энергетическая щель отделяет эту зону от следующей зоны над ней. Всегда существует некоторое напряжение (называемое напряжением пробоя), которое даст электронам достаточно энергии для возбуждения в эту полосу. Как только это напряжение превышено, материал перестает быть изолятором, и через него начинает проходить заряд. Однако это обычно сопровождается физическими или химическими изменениями, которые необратимо ухудшают изоляционные свойства материала.

Материалы, в которых отсутствует электронная проводимость, также не должны иметь других мобильных зарядов. Например, если жидкость или газ содержат ионы, то ионы можно заставить течь как электрический ток, а материал является проводником. Электролиты и плазма содержат ионы и будут действовать как проводники, независимо от того, задействован поток электронов или нет.

Некоторые изоляционные/непроводящие материалы

• Пластмассы и отвержденные смолы
• Резина и силиконы
• Стекло и керамика
• Оксиды большинства металлов
• Большинство минералов и кристаллов
• холодные неионизированные газы (включая воздух)
• Масло
• Вакуум
• Вода очищенная и деионизированная
• Зона истощения в полупроводнике

Пробой непроводников

Непроводники страдают от явления электрического пробоя. Когда любое напряжение, приложенное к непроводнику по длине, превышает пороговое значение поля пробоя для этого вещества, непроводник внезапно превращается в резистор, что иногда приводит к катастрофическим последствиям. Во время электрического пробоя любой свободный носитель заряда, ускоряемый сильным электронным полем, будет иметь достаточную скорость, чтобы выбить (ионизировать) электроны из любого атома, с которым он сталкивается. Эти освобожденные электроны и ионы, в свою очередь, ускоряются. Один носитель создает два, которые создают четыре, и т. д. Непроводник быстро заполняется подвижными носителями, и его сопротивление падает до низкого уровня. В воздухе вспышка проводимости называется «коронный разряд» или «искра». Подобный пробой может произойти в любом непроводнике, даже в объеме материала. Даже вакуум может подвергнуться своего рода пробою, но в этом случае пробой или вакуумная дуга включает в себя заряды, выбрасываемые с поверхности металлических электродов, а не создаваемые самим вакуумом.

Изоляторы телеграфные и ЛЭП

Керамический изолятор 110 кВ с навесами.

Подвесные провода для передачи электроэнергии неизолированные, кроме присоединения к жилым домам, с изоляцией от окружающего воздуха. Изоляторы необходимы в точках, в которых они поддерживаются опорами или пилонами. Изоляторы также необходимы там, где провод входит в здания или электрические устройства, такие как трансформаторы или [автоматические выключатели], чтобы изолировать провод от корпуса. Эти полые изоляторы с проводником внутри называются втулками.

История

Первыми электрическими системами, в которых использовались изоляторы, были телеграфные линии; Было обнаружено, что прямое крепление проводов к деревянным столбам дает очень плохие результаты, особенно в сырую погоду.

Первые стеклянные изоляторы, использовавшиеся в больших количествах, имели точечное отверстие без резьбы. Эти кусочки стекла располагались на коническом деревянном штифте, вертикально идущем вверх от траверсы столба (обычно только два изолятора к столбу и, возможно, один сверху самого столба). Естественное сжатие и расширение проводов, привязанных к этим «безрезьбовым изоляторам», приводило к тому, что изоляторы выпадали из своих штырей, что требовало повторной установки вручную.

Одними из первых, кто начал производить керамические изоляторы, были компании в Соединенном Королевстве: Stiff и Doulton использовали керамические изделия с середины 1840-х годов, Joseph Bourne (позже переименованный в Denby) производил их примерно с 1860 года, а Bullers с 1868 года. Патент на полезную модель ^[1] был выдан Луи А. Кове 25 июля 1865 г. за процесс производства изоляторов с резьбовым отверстием. По сей день штыревые изоляторы все еще имеют отверстия с резьбой.

Изобретение подвесных изоляторов сделало возможным высоковольтную передачу электроэнергии. Изоляторы штыревого типа были неудовлетворительными при напряжении более 60 000 вольт.

Произведено большое разнообразие телефонных, телеграфных и силовых изоляторов. Для некоторых они стали предметами коллекционирования.

Материал

Изоляторы, используемые для передачи электроэнергии высокого напряжения, изготавливаются из стекла, фарфора или композитных полимерных материалов. Фарфоровые изоляторы сделаны из глины, кварца или глинозема и полевого шпата и покрыты гладкой глазурью для удаления грязи. Изоляторы из фарфора с высоким содержанием оксида алюминия используются там, где критерием является высокая механическая прочность. Фарфор имеет диэлектрическую прочность около 4-10 кВ/мм. ^[2] Стекло имеет более высокую диэлектрическую прочность, но оно притягивает конденсат, а толстые неправильные формы, необходимые для изоляторов, трудно отливать без внутренних напряжений. ^[3] Некоторые производители изоляторов прекратили выпуск стеклянных изоляторов в конце 1960-х годов, перейдя на керамические материалы.

В последнее время некоторые электроэнергетики начали переход на полимерные композиционные материалы для некоторых типов изоляторов. Обычно они состоят из центрального стержня из армированного волокном пластика и внешнего навеса из силиконового каучука или EPDM. Композитные изоляторы дешевле, легче по весу и обладают отличными гидрофобными свойствами. Это сочетание делает их идеальными для эксплуатации в загрязненных районах. Однако эти материалы еще не обладают таким длительным проверенным сроком службы, как стекло и фарфор.

Конструкция

Колпачковая и штыревая колонна изолятора (вертикальная колонна дисков) на опоре подвески 275 кВ.

Электрический пробой изолятора из-за чрезмерного напряжения может произойти одним из двух способов:

• Напряжение пробоя — это напряжение на изоляторе (при его нормальной установке), которое вызывает пробой и проводимость внутри изолятора. Тепло, возникающее в результате пробоя дуги, обычно непоправимо повреждает изолятор.
• Напряжение пробоя — это напряжение, при котором воздух вокруг или вдоль поверхности изолятора разрушается и проводит ток, вызывая дугу «пробоя» снаружи изолятора. Обычно они рассчитаны на то, чтобы выдерживать это без повреждений.

Высоковольтные изоляторы рассчитаны на более низкое напряжение пробоя, чем напряжение пробоя, поэтому они будут пробиваться до пробоя, чтобы избежать повреждений.

Грязь, загрязнение, соль и особенно вода на поверхности высоковольтного изолятора могут создавать токопроводящие пути через него, вызывая токи утечки и пробои. Напряжение пробоя может быть более чем на 50 % ниже, когда изолятор влажный. Изоляторы высокого напряжения для наружного применения имеют такую ​​форму, чтобы максимизировать длину пути утечки вдоль поверхности от одного конца до другого, называемую длиной пути утечки, чтобы свести к минимуму эти токи утечки. ^[4] Для этого поверхность формуется в виде серии гофр или концентрических дисков. Обычно они включают один или несколько навесов ; обращенные вниз чашеобразные поверхности, которые действуют как зонтики, чтобы гарантировать, что часть пути утечки поверхности под «чашкой» останется сухой в сырую погоду. Минимальные пути утечки составляют 20-25 мм/кВ, но должны быть увеличены в районах с высоким уровнем загрязнения или повышенным содержанием морской соли в воздухе. ^[5]

Колпачковые и штыревые изоляторы

Линии электропередачи высокого напряжения используют модульные 9Колпачок 0041 и изолятор штифта (см. рисунок выше). Провода подвешены к «струне» из одинаковых дискообразных изоляторов, которые крепятся друг к другу с помощью металлического штифта с головкой под ключ или шаровых и гнездовых звеньев. Преимущество этой конструкции состоит в том, что гирлянды изоляторов с разным напряжением пробоя для использования с разным линейным напряжением могут быть построены с использованием разного количества основных блоков. Кроме того, в случае поломки одного из изоляционных блоков в гирлянде его можно заменить, не выбрасывая всю гирлянду. Стандартные дисковые изоляторы имеют диаметр 10 дюймов (25,4 см) и длину 5 3/4 дюйма (14,6 см), могут выдерживать нагрузку 75 Н (15 килофунт-сил) и рассчитаны на рабочее напряжение 10–12 кВ. . ^[6] Однако напряжение пробоя струны меньше суммы составляющих ее дисков, потому что электрическое поле распределено неравномерно, а является самым сильным на ближайшем к проводнику диске, который перекроет первым. Вокруг самого нижнего диска иногда добавляют металлические выравнивающие кольца , чтобы уменьшить электрическое поле на этом диске и улучшить напряжение пробоя.

Изоляция антенн

Яйцевидный тензометрический изолятор

Часто радиовещательная антенна строится как мачтовый излучатель, что означает, что вся конструкция мачты находится под высоким напряжением и должна быть изолирована от земли. Используются стеатитовые крепления. Они должны выдерживать не только напряжение мачтового излучателя относительно земли, которое на некоторых антеннах может достигать значений до 400 кВ, но и вес конструкции мачты и динамические нагрузки. Дуговые рожки и разрядники необходимы, потому что удары молнии в мачту являются обычным явлением.

Растяжки, поддерживающие антенные мачты, обычно имеют изоляторы натяжения, вставленные в кабельную трассу, чтобы предохранить антенну от короткого замыкания на землю или создать опасность поражения электрическим током. Часто оттяжки имеют несколько изоляторов, размещенных для разделения кабеля на отрезки, не кратные длине волны передачи, чтобы избежать нежелательных электрических резонансов в оттяжке. Эти изоляторы обычно керамические и имеют цилиндрическую или яйцевидную форму (см. рисунок). Эта конструкция имеет то преимущество, что керамика находится под сжатием, а не растяжением, поэтому она может выдерживать большую нагрузку, и что, если изолятор сломается, концы кабеля все равно будут связаны.

Эти изоляторы также должны быть оснащены оборудованием для защиты от перенапряжения. Что касается размеров изоляции оттяжек, необходимо учитывать статические заряды на оттяжках, на высоких мачтах они могут быть намного выше, чем напряжение, вызванное передатчиком, требующим оттяжек, разделенных изоляторами на несколько секций на самых высоких мачтах. В этом случае лучшим выбором будут оттяжки, заземленные на анкерных основаниях через катушку или, если возможно, напрямую.

Фидерные линии, соединяющие антенны с радиооборудованием, особенно двухпроводного типа, часто должны прокладываться на расстоянии от металлических конструкций. Утепленные опоры, применяемые для этой цели, называются опорные изоляторы .

Изоляция электрических аппаратов

Самым важным изоляционным материалом является воздух. Различные твердые, жидкие и газообразные изоляторы также используются в электрических устройствах. В небольших трансформаторах, генераторах и электродвигателях изоляция катушек проводов состоит из до четырех тонких слоев пленки полимерного лака. Магнитопровод с пленочной изоляцией позволяет производителю получить максимальное количество витков в доступном пространстве. Обмотки, в которых используются более толстые проводники, часто оборачивают дополнительной изоляционной лентой из стекловолокна. Обмотки также могут быть пропитаны изоляционными лаками для предотвращения электрического коронного разряда и уменьшения вибрации проводов, вызванной магнитным полем. Обмотки больших силовых трансформаторов по-прежнему в основном изолируются бумагой, деревом, лаком и минеральным маслом; хотя эти материалы используются уже более 100 лет, они по-прежнему обеспечивают хороший баланс экономичности и адекватных характеристик. Шины и автоматические выключатели в распределительных устройствах могут быть изолированы стеклопластиковой изоляцией, обработанной для уменьшения распространения пламени и предотвращения протекания тока по материалу.

В более старых аппаратах, изготовленных до начала 1970-х годов, можно найти плиты из прессованного асбеста; хотя это адекватный изолятор на промышленных частотах, обращение с асбестовым материалом или ремонт асбестового материала приведет к выбросу в воздух опасных волокон, и его следует выполнять с осторожностью. Распределительные щиты под напряжением до начала двадцатого века изготавливались из сланца или мрамора.

Некоторое высоковольтное оборудование предназначено для работы с изолирующим газом под высоким давлением, таким как гексафторид серы.

Изоляционные материалы, которые хорошо работают на высоких и низких частотах, могут быть неудовлетворительными на радиочастотах из-за нагрева из-за чрезмерных диэлектрических потерь.

Электрические провода могут быть изолированы полиэтиленом, сшитым полиэтиленом (электронно-лучевой обработкой или химическим сшиванием), ПВХ, резиноподобными полимерами, бумагой, пропитанной маслом, тефлоном, силиконом или модифицированным этилентетрафторэтиленом (ЭТФЭ). В силовых кабелях большего размера может использоваться прессованный неорганический порошок, в зависимости от применения.

Гибкие изоляционные материалы, такие как ПВХ (поливинилхлорид), используются для изоляции цепи и предотвращения контакта человека с «находящимся под напряжением» проводом, имеющим напряжение 600 вольт или менее. Альтернативные материалы, вероятно, будут все чаще использоваться из-за того, что законодательство ЕС о безопасности и охране окружающей среды делает ПВХ менее экономичным.

Изоляция класса 1 и класса 2

Все портативные или ручные электрические устройства изолированы для защиты пользователя от опасного поражения электрическим током.

Изоляция класса 1 требует, чтобы металлический корпус и другие открытые металлические части устройства были соединены с землей через «заземляющий» провод, который заземляется на главной сервисной панели; но необходима только базовая изоляция проводников. Это оборудование легко узнать по третьему контакту на вилке питания для заземления.

Изоляция класса 2 означает, что устройство имеет двойную изоляцию . Это используется в некоторых приборах, таких как электробритвы, фены и портативные электроинструменты. Двойная изоляция требует, чтобы устройства имели как основную, так и дополнительную изоляцию, каждая из которых достаточна для предотвращения поражения электрическим током. Все внутренние компоненты, находящиеся под напряжением, полностью заключены в изолированный корпус, что предотвращает любой контакт с частями, находящимися под напряжением. Их можно узнать, потому что их вилки питания имеют два контакта, а в трехконтактных вилках третий (заземляющий) контакт сделан из пластика, а не из металла. В ЕС все приборы с двойной изоляцией маркируются символом в виде двух квадратов, расположенных один внутри другого.

Применение

Изоляторы обычно используются в качестве гибкого покрытия на электрических проводах и кабелях. Поскольку воздух не является проводником, никакое другое вещество не требуется, чтобы «удерживать электричество внутри проводов». Однако провода, которые соприкасаются друг с другом, создают перекрестные соединения, короткие замыкания и опасность возгорания. В коаксиальном кабеле центральный проводник должен поддерживаться точно посередине полого экрана, чтобы предотвратить отражение электромагнитных волн. А любые провода с напряжением выше 60 В могут привести к поражению человека электрическим током или поражению электрическим током. Непроводящие покрытия предотвращают все эти проблемы.

В электронных системах печатные платы изготавливаются из эпоксидного пластика и стекловолокна. Непроводящие платы поддерживают слои проводников из медной фольги. В электронных устройствах крошечные и хрупкие активные компоненты встроены в непроводящие эпоксидные или фенольные пластмассы, или в закаленное стекло или керамические покрытия.

В компонентах микроэлектроники, таких как транзисторы и интегральные схемы, кремниевый материал обычно является проводником из-за легирования, но его можно легко избирательно преобразовать в хороший изолятор путем применения тепла и кислорода. Окисленный кремний – это кварц, т.е. диоксид кремния.

В высоковольтных системах, содержащих трансформаторы и конденсаторы, жидкие непроводящие масла являются типичным методом, используемым для предотвращения искрения. Масло заменяет воздух в любых помещениях, которые должны выдерживать значительное напряжение без электрического пробоя.

См. также

• Диэлектрик
• Электропроводность
• Электрическое сопротивление
• Электричество
• Майкл Фарадей

Примечания

1. ↑ Номер патента 48,906. Справочная информация об изоляторах. Проверено 16 февраля 2009 г.
2. ↑ Электрические фарфоровые изоляторы. Universal Clay Products, Ltd. Проверено 16 февраля 2009 г.
3. ↑ «Использование изолятора, информация об изоляторе AC Walker». in Cotton, H. 1958. Передача и распределение электроэнергии . Лондон, Великобритания: English Univ. Нажимать. Проверено 16 февраля 2009 г.
4. ↑ Holtzhausen, J. P. Высоковольтные изоляторы. ИДК Технологии. Проверено 16 февраля 2009 г.
5. ↑ Адам Джунид, Изолятор воздушных линий. Кнол. Проверено 16 февраля 2009 г.
6. ↑ Леонард Л. Григсби, Справочник по электроэнергетике (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 2001, ISBN 0849385784).

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

• Giancoli, Douglas. 2007. Физика для ученых и инженеров с современной физикой, , 4-е изд. Серия «Овладение физикой». Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-холл. ISBN 978-0136139263.
• Гибилиско, Стан. 2005. Демистификация электричества. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 0071439250.
• Типлер, Пол Аллен и Джин Моска. 2004. Физика для ученых и инженеров, Том 2: Электричество и магнетизм, Свет, Современная физика, , 5-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WH Фримен. ISBN 0716708108.
• Янг, Хью Д. и Роджер А. Фридман. 2003. Физика для ученых и инженеров, 11-е изд. Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон. ISBN 080538684X.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 3 марта 2018 г.

• Справочный сайт стеклянных изоляторов США.
• Национальная ассоциация изоляторов — сайт США.
• Teleramics — специализируется на телеграфных изоляторах Великобритании с железнодорожным уклоном.
• Справочная библиотека патентов на изолятор. Содержит более 2800 патентов США, касающихся электрических изоляторов и связанных с ними элементов.
• Онлайн-музей изделий Hemingray Glass Company.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света автора и редактора переписали и дополнили статью Википедии
в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа.