Aus welchen Materialien bestehen moderne Isolatoren?

Materialien moderner Isolatoren

Heute gibt es überall auf unserem Planeten, an Land und unter Wasser, Stromleitungen. Nur auf dem Gebiet der ehemaligen Sowjetunion ist die Länge aller Stromleitungen um ein Vielfaches größer als die Länge des Äquators. Und keine Freileitung kommt heute ohne den Einsatz von Isolatoren aus. Dank Isolatoren war es möglich, zuverlässige und stabile Energiesysteme mit einer konstanten Betriebsspannung von bis zu 0,5 Megavolt aufzubauen.

Eine Vielzahl verschiedener Isolatoren, von denen jeder zur Lösung seiner eigenen Probleme geeignet ist, sind strukturell unterschiedlich, aber gleichzeitig durchaus funktional. Sie sorgen für eine zuverlässige Isolierung von Hochspannungsleitungen gegenüber leitfähigen Trägern, da die dielektrischen Eigenschaften von Isoliermaterialien dies gewährleisten.

Jeder Abschnitt des Isolators dient wie der Isolator als Ganzes während der gesamten Betriebsdauer der Hochspannungsleitung, daher ist die Hauptanforderung an den Isolator die Haltbarkeit. Und das Material des Isolators muss diese Voraussetzung erfüllen. Die Hauptmaterialien für Isolatoren sind Glas, Porzellan und Polymere.

Das in den Isolatoren verwendete Glas ist nicht gewöhnlich, es besteht aus gehärtetem Glas, das besonders langlebig ist, und die darauf basierenden Hängeisolatoren, die in einer Girlande zusammengebaut sind, haben eine ausgezeichnete Qualität dielektrische Eigenschaften, während der Preis für so wichtige Produkte dieser Art recht niedrig ist.

Unter den herkömmlichen Isoliermaterialien weist Porzellan die höchste Festigkeit auf. Es kann sogar Blitzen schmerzlos standhalten, da die Rohmasse des Porzellans plastisch ist und die Form optimal gewählt werden kann, so dass die Konfiguration des fertigen Isolators selbst für solche Blitze am wenigsten anfällig ist ein großes atmosphärisches Phänomen.

Polymerisolatoren sind die modernste Lösung und werden erst seit relativ kurzer Zeit hergestellt und eingesetzt. Polymerisolatoren für Stromleitungen sind langlebig, haben hervorragende dielektrische Eigenschaften und ihre Herstellung ist nicht mit hohen Materialkosten verbunden. Für Hunderte Kilovolt funktioniert ein Polymerisolator nicht, aber für Dutzende Kilovolt ist ein Polymerisolator genau das, was Sie brauchen. Als nächstes werden wir uns die Materialien moderner Isolatoren im Detail ansehen.

Eine fortschrittlichere Lösung ist die Herstellung von Isolatoren auf Basis von Silikonkautschuk, die sich in den letzten Jahren weiterentwickelt hat.

Silikonkautschuk – das ist es Gummi, der von Natur aus elastisch ist… Aus diesem Grund wird Silikonkautschuk häufig als Isoliermaterial für sehr flexible Kabel verwendet. Generell werden im Energiebereich verschiedene Kautschuke eingesetzt: Styrol-Butadien, Butadien, Silikon-Silizium und Ethylen-Propylen sowie Naturkautschuke. Organosiliciumkautschuk basiert auf Polyorganosiloxanen.

In dieser Formel steht R für organische Reste. Die Art der Radikale bestimmt die Eigenschaften von Silikonkautschuk.Die Hauptkette kann sowohl Silizium und Sauerstoff als auch Stickstoff, Bor und Kohlenstoff enthalten. Dementsprechend entstehen Siloxan-, Borosiloxan- und Silica-Kautschuke.

Organosiliciumkautschuk wird durch Vulkanisation von Kautschuk gewonnen, das heißt, die Moleküle werden in räumlichen Komplexen vernetzt. Eine chemische Bindung wird durch Radikale oder durch terminale OH- und H-Gruppen gebildet. Die Reaktion erfolgt durch Bestrahlung oder durch den Einsatz chemischer Mittel bei hohen Temperaturen. Der Hersteller liefert die vulkanisationsfertige Masse.

Reiner Silikonkautschuk hat keine hohen elektrischen Eigenschaften; Es erweist sich als zerbrechlich und anfällig für Ozon und Licht. Um einen ausreichend zuverlässigen Isolator zu erhalten, ist daher ein Verbundwerkstoff auf Basis von Silikonkautschuk erforderlich. Um eine akzeptable Qualität zu erreichen, wird ein aktiver verstärkender Füllstoff, nämlich Titandioxid und Silica-Nanopulver, zugesetzt. Das Ergebnis ist ein Material mit akzeptablen Eigenschaften. Hier sind die durchschnittlichen Spezifikationen:

• Dichte: 1350 kg/m3;

• Reißfestigkeit: 5 MPa;

• Wärmekapazität: 1350 J/kg-K;

• Wärmeleitfähigkeit: 1,1 W/m-k;

• Spannungsfestigkeit: 21 kV/mm;

• Tangens des dielektrischen Verlusts: 0,00125;

• Spezifischer Oberflächenwiderstand: 50,5 TΩ;

• Bulk-Widerstand: 5,5 TΩ-m.

• Dielektrizitätskonstante: 3,25.

Als Ergebnis lässt sich in Bezug auf Silikonkautschuk feststellen, dass seine elektrophysikalischen Eigenschaften zufriedenstellend sind, die Wärmeleitfähigkeit hoch genug ist und die mechanische Festigkeit zu wünschen übrig lässt. Bemerkenswerte Beständigkeit gegen Licht, Ozon und Öl. Betriebstemperaturen im Bereich von -90°C bis +250°C. Das Material ist wasserdicht, aber ölbeständig und gasdurchlässig.

Porzellan.Apropos Porzellan, Elektroporzellan für Isolatoren: Denken Sie daran, dass es sich um ein künstliches Mineral auf der Basis von Ton, Quarz und Feldspat handelt. Das Endprodukt wird durch Wärmebehandlung mittels Keramiktechnologie erhalten.

Die bemerkenswertesten Eigenschaften von Elektroporzellan sind Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit, Beständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse, elektrische und mechanische Festigkeit sowie niedrige Kosten. Aufgrund dieser Vorteile wird Porzellan zur Herstellung von Isolatoren verwendet. Hier sind die durchschnittlichen Spezifikationen:

• Dichte: 2400 kg/m3;

• Reißfestigkeit: 90 MPa;

• Wärmekapazität: 1350 J/kg-K;

• Wärmeleitfähigkeit: 1,1 W/m-k;

• Elektrische Festigkeit: 27,5 kV/mm;

• Tangens des dielektrischen Verlusts: 0,02;

• Spezifischer Oberflächenwiderstand: 0,5 TΩ;

• Bulk-Widerstand: 0,1 TΩ-m.

• Dielektrizitätskonstante: 7.

Wenn wir Porzellan und Silikonkautschuk vergleichen, dann ist Porzellan im Vergleich zu Gummi zerbrechlich, sehr schwer und hat ein hohes Gewicht dielektrischer Verlustfaktor.

Was das Glas betrifft, so hat elektrotechnisches Glas im Vergleich zu Porzellan eine stabilere Rohstoffbasis, seine Produktionstechnologie ist einfacher, leichter zu automatisieren und vor allem ist es einfach, eine Fehlfunktion oder Beschädigung des Isolators mit dem Auge zu erkennen. Das Zerbrechen einer Reihe von Glasisolatoren führt dazu, dass die dielektrische Schürze zu Boden fällt, und das Zerbrechen von Porzellan beschädigt die Schürze nicht. Beschädigte Glasisolatoren sind sofort sichtbar und für die Diagnose von Porzellan muss auf den Einsatz zusätzlicher Geräte, Nachtsichtgeräte, zurückgegriffen werden.

Chemisch gesehen besteht Elektroglas aus einer Reihe von Oxiden von Natrium, Bor, Kalzium, Silizium, Aluminium usw. Es ist tatsächlich eine sehr, sehr dicke Flüssigkeit.Elektrisches Glas unterscheidet sich von gewöhnlichem Alkaliglas, es ist Glas mit niedrigem Alkaligehalt, es reißt und beschlägt während des Betriebs nicht. Hier sind seine Funktionen:

• Dichte: 2500 kg/m3;

• Reißfestigkeit: 90 MPa;

• Wärmekapazität: 1000 J/kg-K;

• Wärmeleitfähigkeit: 0,92 W/m-k;

• Spannungsfestigkeit: 48 kV/mm;

• Tangens des dielektrischen Verlusts: 0,024;

• Spezifischer Oberflächenwiderstand: 100 TΩ;

• Spezifischer Volumenwiderstand: 1 TOM-m.

• Dielektrizitätskonstante: 7.

Zu den Nachteilen von Glasisolatoren gehört der hohe Energieverbrauch bei der Herstellung von Elektroglas, da dieses lange gekocht werden muss.