Isolator (strom)

Overhead leiter für hohe-spannung elektrische Energieübertragung sind kahl und werden durch die Umgebungsluft isoliert. Leiter für niedrigere Spannungen in der Verteilung können eine gewisse Isolierung aufweisen, sind aber oft auch blank., Isolierende Stützen, sogenannte Isolatoren, werden an den Stellen benötigt, an denen sie von Versorgungsmasten oder Übertragungstürmen getragen werden. Isolatoren sind auch erforderlich, wenn der Draht in Gebäude oder elektrische Geräte wie Transformatoren oder Leistungsschalter eindringt, um den Draht vom Gehäuse zu isolieren. Diese hohlen Isolatoren mit einem Leiter in ihnen werden Buchsen genannt.

MaterialEdit

Isolatoren zur Hochspannungsübertragung bestehen aus Glas, Porzellan oder Verbundpolymerwerkstoffen., Porzellanisolatoren bestehen aus Ton, Quarz oder Aluminiumoxid und Feldspat und sind mit einer glatten Glasur bedeckt, um Wasser abzulassen. Isolatoren aus aluminiumoxidreichem Porzellan werden dort eingesetzt, wo eine hohe mechanische Festigkeit ein Kriterium ist. Porzellan hat eine Durchschlagsfestigkeit von etwa 4-10 kV / mm. Glas hat eine höhere Durchschlagsfestigkeit, zieht jedoch Kondenswasser an und die dicken unregelmäßigen Formen, die für Isolatoren benötigt werden, sind ohne innere Belastungen schwer zu gießen. Einige Isolatorhersteller stellten in den späten 1960er Jahren die Herstellung von Glasisolatoren ein und wechselten zu keramischen Materialien.,

In letzter Zeit haben einige Stromversorger begonnen, für einige Arten von Isolatoren auf Polymerverbundmaterialien umzuwandeln. Diese bestehen typischerweise aus einem zentralen Stab aus faserverstärktem Kunststoff und einer äußeren Wetterscheide aus Silikonkautschuk oder Ethylenpropylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM). Zusammengesetzte Isolatoren sind weniger kostspielig, leichter im Gewicht und haben ausgezeichnete hydrophobe Fähigkeit. Diese Kombination macht sie ideal für den Service in verschmutzten Gebieten. Diese Materialien haben jedoch noch nicht die langfristig nachgewiesene Lebensdauer von Glas und Porzellan.,

DesignEdit

Der elektrische Ausfall eines Isolators aufgrund übermäßiger Spannung kann auf zwei Arten auftreten:

• Ein Einstichbogen ist ein Ausfall und eine Leitung des Materials des Isolators, wodurch ein elektrischer Lichtbogen durch das Innere des Isolators der Isolator. Die durch den Lichtbogen entstehende Wärme schädigt den Isolator in der Regel irreparabel., Die Einstichspannung ist die Spannung über dem Isolator (bei normaler Installation), die einen Einstichbogen verursacht.
• Ein Blitzlichtbogen ist ein Zusammenbruch und eine Leitung der Luft um oder entlang der Oberfläche des Isolators, wodurch ein Lichtbogen entlang der Außenseite des Isolators verursacht wird. Isolatoren sind normalerweise so ausgelegt, dass sie einem Überschlag ohne Beschädigung standhalten. Flashover-Spannung ist die Spannung, die einen Flash-Over-Lichtbogen verursacht.

Die meisten hochspannungsisolatoren sind mit einer niedrigeren flashover spannung als punktion spannung, so dass sie flash über, bevor sie punktion, zu vermeiden schäden.,

Schmutz, Verschmutzung, Salz und insbesondere Wasser auf der Oberfläche eines Hochspannungsisolators können einen leitfähigen Pfad über ihn erzeugen, der Leckströme und Überschläge verursacht. Die Flashover-Spannung kann um mehr als 50% reduziert werden, wenn der Isolator nass ist. Hochspannungsisolatoren für den Außenbereich sind so geformt, dass die Länge des Leckwegs entlang der Oberfläche von einem Ende zum anderen, der sogenannten Kriechlänge, maximiert wird, um diese Leckströme zu minimieren. Um dies zu erreichen, wird die Oberfläche in eine Reihe von Wellen oder konzentrischen Scheibenformen geformt., Dazu gehören normalerweise ein oder mehrere Schuppen; nach unten gerichtete becherförmige Oberflächen, die als Regenschirme dienen, um sicherzustellen, dass der Teil des Oberflächenleckwegs unter der „Tasse“ bei nassem Wetter trocken bleibt. Minimale Kriechabstände betragen 20-25 mm / kV, müssen jedoch in stark verschmutzten oder in der Luft befindlichen Meersalzbereichen erhöht werden.

Arten von isolatorenEdit

Dies sind die häufigsten Klassen von Isolatoren:

• Stiftisolator-Wie der Name schon sagt, ist der Stiftisolator an einem Stift am Querarm an der Stange montiert. Am oberen Ende des Isolators befindet sich eine Nut. Der Leiter durchläuft diese Nut und ist mit geglühtem Draht aus demselben Material wie der Leiter an den Isolator gebunden. Pin-Isolatoren werden für die Übertragung und Verteilung von Kommunikation und elektrischer Leistung bei Spannungen bis zu 33 kV verwendet., Isolatoren für Betriebsspannungen zwischen 33 kV und 69 kV sind in der Regel sehr sperrig und in den letzten Jahren unwirtschaftlich geworden.
• Postisolator – Eine Art Isolator in den 1930er Jahren, der kompakter ist als herkömmliche Stiftisolatoren und viele Stiftisolatoren auf Leitungen bis zu 69 kV und in einigen Konfigurationen schnell ersetzt hat, kann für den Betrieb mit bis zu 115 kV hergestellt werden.,
• Aufhängungsisolator – Bei Spannungen von mehr als 33 kV ist es üblich, Aufhängungsisolatoren zu verwenden, die aus einer Reihe von Glas-oder Porzellanscheiben bestehen, die durch Metallglieder in Form einer Schnur in Reihe geschaltet sind. Der Leiter ist am unteren Ende dieser Saite aufgehängt, während das obere Ende am Querarm des Turms befestigt ist. Die Anzahl der verwendeten Disc-Einheiten hängt von der Spannung ab.
• DMS Isolator-Eine Sackgasse oder Ankermast oder Turm wird verwendet, wo ein gerader Abschnitt der Linie endet,oder Winkel in eine andere Richtung., Diese Pole müssen der seitlichen (horizontalen) Spannung des langen geraden Drahtabschnitts standhalten. Zur Unterstützung dieser seitlichen Belastung werden Dehnungsisolatoren verwendet. Für Niederspannungsleitungen (weniger als 11 kV) werden Schäkelisolatoren als Dehnungsisolatoren verwendet. Für Hochspannungsübertragungsleitungen werden jedoch Saiten von Cap-and-Pin-Isolatoren (Suspension) verwendet, die in horizontaler Richtung am Querarm befestigt sind. Wenn die Zuglast in Leitungen überaus hoch ist, wie bei langen Flussspannungen, werden zwei oder mehr Saiten parallel verwendet.,
• Shackle isolator – In den frühen Tagen wurden die Shackle Isolatoren als Dehnungs Isolatoren verwendet. Aber nowaday, Sie werden häufig für Niederspannungsverteilungsleitungen verwendet. Solche Isolatoren können entweder in horizontaler Position oder in vertikaler Position verwendet werden. Sie können direkt mit einem Bolzen oder am Querarm an der Stange befestigt werden.
• Buchse-ermöglicht es einem oder mehreren Leitern, eine Trennwand wie eine Wand oder einen Tank zu passieren, und isoliert die Leiter davon.,
• Line post isolator
• Station post isolator
• Cut-out

Suspension Isolatorsedit

Typische anzahl von disc isolator einheiten für standard linie spannungen

Linie spannung (kV)	Discs
34.,4
600	44
750	59
765	60

Pin-type insulators are unsuitable for voltages greater than about 69 kV line-to-line., Höhere Übertragungsspannungen verwenden Aufhängungsisolatorstrings, die durch Hinzufügen von Isolatorelementen zur Saite für jede praktische Übertragungsspannung hergestellt werden können.

Hochspannungsübertragungsleitungen verwenden normalerweise modulare Aufhängungsisolatorkonstruktionen. Die Drähte sind an einer „Schnur“ identischer scheibenförmiger Isolatoren aufgehängt, die mit einem Metall-Clevis-Stift oder Kugel-und Steckdosengliedern aneinander befestigt sind. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass Isolatorstränge mit unterschiedlichen Durchbruchspannungen, zur Verwendung mit unterschiedlichen Leitungsspannungen, unter Verwendung unterschiedlicher Nummern der Grundeinheiten aufgebaut werden können., Wenn eine der Isolatoreinheiten in der Saite bricht, kann sie auch ersetzt werden, ohne die gesamte Saite zu verwerfen.

Jede Einheit besteht aus einer Keramik-oder Glasscheibe mit einer Metallkappe und einem Stift, der an gegenüberliegenden Seiten zementiert ist. Um defekte Einheiten offensichtlich zu machen, sind Glaseinheiten so ausgelegt, dass eine Überspannung anstelle eines Überschlags einen Einstichbogen durch das Glas verursacht. Das Glas ist wärmebehandelt, so dass es zerbricht, wodurch das beschädigte Gerät sichtbar wird. Die mechanische Festigkeit der Einheit ist jedoch unverändert, so dass die Isolatorschnur zusammenbleibt.,

Standard suspension disc isolator einheiten sind 25 zentimeter (9,8 in) in durchmesser und 15 cm (6 in) lange, können unterstützung eine last von 80-120 kN (18-27 klbf), haben eine trockene flashover spannung von über 72 kV, und sind bewertet bei einer betriebs spannung von 10-12 kV. Die Überblendspannung einer Saite ist jedoch geringer als die Summe ihrer Komponentenscheiben, da das elektrische Feld nicht gleichmäßig über die Saite verteilt ist, sondern an der dem Leiter nächsten Scheibe am stärksten ist, die zuerst überblitzt., Metallabstufungsringe werden manchmal um die Scheibe am Hochspannungsende hinzugefügt, um das elektrische Feld über diese Scheibe zu reduzieren und die Überblendspannung zu verbessern.

In sehr Hochspannungsleitungen kann der Isolator von Koronaringen umgeben sein. Diese bestehen typischerweise aus Toruses aus Aluminium (am häufigsten) oder Kupferrohren, die an der Leitung befestigt sind. Sie sind so konzipiert, dass sie das elektrische Feld an der Stelle reduzieren, an der der Isolator an der Leitung befestigt ist, um eine Koronaentladung zu verhindern, die zu Leistungsverlusten führt.,

HistoryEdit

Die ersten elektrischen Systeme, die Isolatoren verwendeten, waren Telegraphenleitungen; Die direkte Befestigung von Drähten an Holzmasten ergab sehr schlechte Ergebnisse, insbesondere bei feuchtem Wetter.

Die ersten Glasisolatoren, die in großen Mengen verwendet wurden, hatten ein nicht verdrehtes Loch., Diese Glasstücke wurden auf einem sich verjüngenden Holzstift positioniert, der sich vertikal vom Querarm der Stange nach oben erstreckte (normalerweise nur zwei Isolatoren zu einer Stange und vielleicht einer oben auf der Stange selbst). Die natürliche Kontraktion und Ausdehnung der an diese „fadenlosen Isolatoren“ gebundenen Drähte führte dazu, dass Isolatoren nicht von ihren Stiften getrennt wurden und eine manuelle erneute Verwendung erforderten.,

Zu den ersten, die keramische Isolatoren herstellten, gehörten Unternehmen im Vereinigten Königreich, wobei Stiff und Doulton Steinzeug aus der Mitte der 1840er Jahre verwendeten, Joseph Bourne (später umbenannt in Denby) sie aus der Zeit um 1860 und Bullers aus 1868. Juli 1865 an Louis A. Cauvet für ein Verfahren zur Herstellung von Isolatoren mit Gewindestiftloch erteilt: Stiftisolatoren haben noch Gewindestiftlöcher.

Die Erfindung von Isolatoren vom Suspensionstyp ermöglichte eine Hochspannungs – Kraftübertragung., Als Übertragungsleitungsspannungen 60.000 Volt erreichten und passierten, wurden die erforderlichen Isolatoren sehr groß und schwer, wobei Isolatoren für eine Sicherheitsspanne von 88.000 Volt ungefähr die praktische Grenze für Herstellung und Installation bildeten. Aufhängungsisolatoren hingegen können so lange an Saiten angeschlossen werden, wie dies für die Spannung der Leitung erforderlich ist.

Es wurde eine Vielzahl von Telefon -, Telegraphen-und Stromisolatoren hergestellt; Einige Leute sammeln sie sowohl wegen ihres historischen Interesses als auch wegen der ästhetischen Qualität vieler Isolatordesigns und-ausführungen., Eine Sammlerorganisation ist die US National Insulator Association, die über 9.000 Mitglieder hat.