Z jakich materiałów wykonane są nowoczesne izolatory?

Materiały nowoczesnych izolatorów

Dziś wszędzie na naszej planecie, na lądzie i pod wodą, są linie wysokiego napięcia. Tylko na terenie byłego Związku Radzieckiego długość wszystkich linii energetycznych jest taka, że ​​jest wielokrotnie większa niż długość równika. A żadna napowietrzna linia energetyczna nie może się dziś obejść bez użycia izolatorów. Dzięki izolatorom możliwe stało się zbudowanie niezawodnych i stabilnych systemów energetycznych o stałym napięciu roboczym do 0,5 megawolta.

Duża liczba różnych izolatorów, z których każdy nadaje się do rozwiązywania własnych problemów, różni się strukturalnie, ale jednocześnie jest dość funkcjonalna. Zapewniają niezawodną izolację linii elektroenergetycznych wysokiego napięcia od przewodzących nośników, ponieważ zapewniają to właściwości dielektryczne materiałów izolacyjnych.

Każdy z odcinków izolatora, podobnie jak izolator jako całość, służy przez cały okres eksploatacji linii wysokiego napięcia, dlatego głównym wymaganiem dla izolatora jest trwałość. A materiał izolatora jest zobowiązany do zapewnienia tego warunku. Głównymi materiałami izolatorów są szkło, porcelana i polimery.

Szkło użyte w izolatorach nie jest zwykłe, jest wykonane ze szkła hartowanego, które jest szczególnie trwałe, a oparte na nim izolatory podwieszane, montowane w girlandzie, mają doskonałe właściwości dielektryczne, podczas gdy cena jest dość niska jak na tak ważne produkty tego rodzaju.

Porcelana ma najwyższą wytrzymałość spośród tradycyjnych materiałów izolacyjnych. Jest w stanie bezboleśnie wytrzymać nawet piorun, dzięki temu, że surowa masa porcelany jest plastyczna, a kształt można nadać najbardziej optymalny, tak aby konfiguracja gotowego izolatora okazała się najmniej narażona nawet na takie wielkie zjawisko atmosferyczne.

Izolatory polimerowe — najnowocześniejsze rozwiązanie, zaczęto je wytwarzać i stosować stosunkowo niedawno. Izolatory polimerowe do linii elektroenergetycznych są trwałe, posiadają doskonałe właściwości dielektryczne, a ich produkcja nie wiąże się z dużymi kosztami materiałowymi. Dla setek kilowoltów izolator polimerowy nie zadziała, ale dla dziesiątek kilowoltów izolator polimerowy jest dokładnie tym, czego potrzebujesz. Następnie przyjrzymy się szczegółowo materiałom nowoczesnych izolatorów.

Bardziej postępowym rozwiązaniem jest rozwijająca się w ostatnich latach produkcja izolatorów na bazie kauczuku silikonowego.

Kauczuk silikonowy — to wszystko guma, która jest elastyczna… Z tego powodu kauczuk silikonowy jest szeroko stosowany jako materiał izolacyjny do bardzo elastycznych kabli. Generalnie w energetyce stosowane są różne kauczuki: styrenowo-butadienowe, butadienowe, krzemowo-krzemowe i etylenowo-propylenowe, a także naturalne. Kauczuk krzemoorganiczny oparty jest na poliorganosiloksanach.

W tym wzorze R oznacza rodniki organiczne. Rodzaj rodników determinuje właściwości kauczuku silikonowego.Główny łańcuch może zawierać zarówno krzem i tlen, jak i azot, bor i węgiel. Odpowiednio, spowoduje to powstanie kauczuków siloksanowych, borosiloksanowych i krzemionkowych.

Kauczuk krzemoorganiczny otrzymuje się przez wulkanizację kauczuku, czyli cząsteczki są usieciowane w kompleksy przestrzenne. Wiązanie chemiczne tworzą rodniki lub końcowe grupy OH i H. Reakcję prowadzi się poprzez narażenie na promieniowanie lub przy użyciu środków chemicznych w wysokich temperaturach.Producent dostarcza masę gotową do wulkanizacji.

Kauczuk silikonowy z czystego silikonu nie ma wysokich właściwości elektrycznych; okazuje się kruchy, podatny na działanie ozonu i światła. Dlatego, aby uzyskać wystarczająco niezawodny izolator, potrzebny jest materiał kompozytowy na bazie kauczuku krzemowo-krzemowego. Dla uzyskania akceptowalnej jakości dodaje się aktywny wypełniacz wzmacniający, jakim jest dwutlenek tytanu oraz nanoproszki krzemionki. Rezultatem jest materiał o akceptowalnych właściwościach. Oto średnia specyfikacja:

• Gęstość: 1350kg/m3;

• Wytrzymałość na rozdarcie: 5 MPa;

• Pojemność cieplna: 1350 J/kg-K;

• Przewodność cieplna: 1,1 W/m-k;

• Wytrzymałość elektryczna: 21 kV/mm;

• Tangens strat dielektrycznych: 0,00125;

• Specyficzna rezystancja powierzchniowa: 50,5 TΩ;

• Rezystancja masowa: 5,5 TΩ-m.

• Stała dielektryczna: 3,25.

W rezultacie w odniesieniu do kauczuku silikonowego można stwierdzić, że jego właściwości elektrofizyczne są zadowalające, przewodność cieplna jest wystarczająco wysoka, wytrzymałość mechaniczna pozostawia wiele do życzenia. Niezwykła odporność na światło, ozon, olej. Temperatury pracy w zakresie od -90°C do +250°C. Materiał jest wodoodporny, ale olejoodporny i przepuszczalny dla gazów.

Porcelana.Mówiąc o porcelanie, elektrycznej porcelanie na izolatory, pamiętaj, że jest to sztuczny minerał na bazie gliny, kwarcu i skalenia. Produkt finalny uzyskuje się poprzez obróbkę cieplną z wykorzystaniem technologii ceramicznej.

Najbardziej niezwykłe właściwości porcelany elektrycznej to odporność na ciepło, odporność chemiczna, odporność na wszelkie wpływy atmosferyczne, wytrzymałość elektryczna i mechaniczna oraz niski koszt. W oparciu o te zalety porcelana jest wykorzystywana do produkcji izolatorów. Oto jego średnia specyfikacja:

• Gęstość: 2400kg/m3;

• Wytrzymałość na rozdarcie: 90 MPa;

• Pojemność cieplna: 1350 J/kg-K;

• Przewodność cieplna: 1,1 W/m-k;

• Wytrzymałość elektryczna: 27,5 kV/mm;

• Tangens strat dielektrycznych: 0,02;

• Specyficzna rezystancja powierzchniowa: 0,5 TΩ;

• Rezystancja masowa: 0,1 TΩ-m.

• Stała dielektryczna: 7.

Jeśli porównamy porcelanę i gumę silikonową, to w porównaniu z gumą porcelana jest krucha, bardzo ciężka, ma wysoki poziom tangens strat dielektrycznych.

Jeśli chodzi o szkło, to szkło elektrotechniczne w porównaniu z porcelaną ma stabilniejszą bazę surowcową, technologia jego produkcji jest prostsza, łatwiejsza do zautomatyzowania, a co najważniejsze, łatwo wykryć niesprawność lub uszkodzenie izolatora gołym okiem. Złamanie szeregu szklanych izolatorów powoduje upadek osłony dielektrycznej na ziemię, a pęknięcie porcelany nie uszkadza osłony. Uszkodzony izolator szklany jest od razu widoczny i do diagnozy porcelany należy skorzystać z dodatkowych urządzeń, noktowizorów.

Chemicznie szkło elektryczne to zestaw tlenków sodu, boru, wapnia, krzemu, aluminium itp. Właściwie to bardzo, bardzo gęsty płyn.Szkło elektryczne różni się od zwykłego szkła alkalicznego, jest szkłem o niskiej zawartości alkaliów, nie pęka i nie paruje podczas pracy. Oto jego cechy:

• Gęstość: 2500kg/m3;

• Wytrzymałość na rozdarcie: 90 MPa;

• Pojemność cieplna: 1000 J/kg-K;

• Przewodność cieplna: 0,92 W/m-k;

• Wytrzymałość elektryczna: 48 kV/mm;

• Tangens strat dielektrycznych: 0,024;

• Specyficzna rezystancja powierzchniowa: 100 TΩ;

• Specyficzna rezystywność skrośna: 1 TOM-m.

• Stała dielektryczna: 7.

Wadą izolatorów szklanych jest duża energochłonność produkcji szkła elektrotechnicznego, ponieważ musi ono być długo gotowane.