Izolator (de energie electrică)

Aeriene de conductori de înaltă tensiune transmiterea energiei electrice sunt goale, și sunt izolate de aerul din jur. Conductoarele pentru tensiuni mai mici în distribuție pot avea o anumită izolație, dar sunt adesea goale., Suporturile izolatoare numite izolatoare sunt necesare în punctele în care sunt susținute de stâlpi de utilitate sau turnuri de transmisie. Izolatoarele sunt, de asemenea, necesare în cazul în care firul intră în clădiri sau dispozitive electrice, cum ar fi transformatoare sau întrerupătoare de circuit, pentru a izola firul din carcasă. Aceste izolatoare goale cu un conductor în interiorul lor se numesc bucșe.izolatoarele utilizate pentru transmisia de înaltă tensiune sunt fabricate din sticlă, porțelan sau materiale polimerice compozite., Izolatoarele din porțelan sunt fabricate din lut, cuarț sau alumină și feldspat și sunt acoperite cu o glazură netedă pentru a vărsa apă. Izolatorii din porțelan bogat în alumină sunt utilizați acolo unde rezistența mecanică ridicată este un criteriu. Porțelanul are o rezistență dielectrică de aproximativ 4-10 kV / mm. sticla are o rezistență dielectrică mai mare, dar atrage condensarea, iar formele neregulate groase necesare izolatoarelor sunt dificil de turnat fără tulpini interne. Unii producători de izolatori au încetat să mai facă izolatori de sticlă la sfârșitul anilor 1960, trecând la materiale ceramice.,recent, unele utilități electrice au început să se transforme în materiale compozite polimerice pentru unele tipuri de izolatoare. Acestea sunt de obicei compuse dintr-o tijă centrală din plastic armat cu fibre și un bazin exterior din cauciuc siliconic sau cauciuc monomer etilen propilen dienic (EPDM). Izolatoarele compozite sunt mai puțin costisitoare, mai ușoare în greutate și au o capacitate hidrofobă excelentă. Această combinație le face ideale pentru servicii în zonele poluate. Cu toate acestea, aceste materiale nu au încă o durată de viață dovedită pe termen lung a sticlei și a porțelanului.,

DesignEdit

electrice defalcarea de un izolator din cauza tensiune excesivă poate apărea într-unul din două moduri:

• O puncție arc este o defalcare și de conducere a materialului izolator, provocând un arc electric prin interiorul izolatorului. Căldura rezultată din arc, de obicei, dăunează izolatorului iremediabil., Tensiunea de puncție este tensiunea pe izolator (atunci când este instalată în mod normal) care provoacă un arc de puncție.
• un arc flashover este o defalcare și conducere a aerului în jurul sau de-a lungul suprafeței izolatorului, provocând un arc de-a lungul exteriorului izolatorului. Izolatoarele sunt de obicei concepute pentru a rezista la flashover fără deteriorări. Tensiunea Flashover este tensiunea care provoacă un arc flash-over.majoritatea izolatoarelor de înaltă tensiune sunt proiectate cu o tensiune de aprindere mai mică decât tensiunea de perforare, astfel încât acestea să clipească înainte de puncție, pentru a evita deteriorarea.,

  murdăria, poluarea, sarea și în special apa de pe suprafața unui izolator de înaltă tensiune pot crea o cale conductivă peste acesta, provocând curenți de scurgere și flashovere. Tensiunea de aprindere poate fi redusă cu mai mult de 50% atunci când izolatorul este umed. Izolatoarele de înaltă tensiune pentru utilizare în exterior sunt concepute pentru a maximiza lungimea căii de scurgere de-a lungul suprafeței de la un capăt la altul, numită lungime de scurgere, pentru a minimiza acești curenți de scurgere. Pentru a realiza acest lucru, suprafața este turnată într-o serie de ondulații sau forme de disc concentrice., Acestea includ, de obicei, una sau mai multe grajduri; orientate în jos suprafețe în formă de cupă, care acționează ca umbrele pentru a se asigura că o parte din calea de scurgere de suprafață sub „cupa” rămâne uscat în vreme umedă. Distanțele minime de creepage sunt de 20-25 mm/kV, dar trebuie crescute în zonele cu poluare ridicată sau în zonele cu sare maritimă în aer.

  Tipuri de insulatorsEdit

  trei faze izolator folosit pe linii de distribuție, de obicei 13.8 kV faza la faza. Liniile sunt ținute într-un model de diamant, mai multe izolatoare utilizate între poli.,

  acestea sunt clasele comune de izolatori:

  • izolator Pin – după cum sugerează și numele, izolatorul de tip pin este montat pe un știft de pe brațul încrucișat de pe stâlp. Există o canelură pe capătul superior al izolatorului. Conductorul trece prin această canelură și este legat de izolator cu sârmă recoaptă din același material ca și conductorul. Izolatoarele de tip Pin sunt utilizate pentru transmiterea și distribuția Comunicațiilor și a energiei electrice la tensiuni de până la 33 kV., Izolatoarele fabricate pentru tensiuni de funcționare între 33 kV și 69 kV tind să fie foarte voluminoase și au devenit neeconomice în ultimii ani.
  • Post izolator-un tip de izolator din anii 1930 care este mai compact decât izolatoarele tradiționale de tip pin și care a înlocuit rapid multe izolatoare de tip pin pe linii de până la 69 kV și în unele configurații, poate fi făcut pentru funcționare până la 115 kV.,
  • izolator de suspensie – pentru tensiuni mai mari de 33 kV, este o practică obișnuită utilizarea izolatoarelor de tip suspensie, constând dintr-un număr de discuri de sticlă sau porțelan conectate în serie prin legături metalice sub formă de șnur. Conductorul este suspendat la capătul inferior al acestui șir, în timp ce capătul superior este fixat pe brațul transversal al turnului. Numărul de unități de disc utilizate depinde de tensiune.
  • tulpina izolator – un capăt mort sau stâlp de ancorare sau turn este utilizat în cazul în care o secțiune dreaptă a liniei se termină, sau unghiuri în altă direcție., Acești poli trebuie să reziste la tensiunea laterală (orizontală) a secțiunii lungi drepte a sârmei. Pentru a susține această sarcină laterală, se folosesc izolatoare de tensiune. Pentru liniile de joasă tensiune (mai puțin de 11 kV), izolatoarele de suspendare sunt utilizate ca izolatoare de tensiune. Cu toate acestea, pentru liniile de transmisie de înaltă tensiune, se folosesc șiruri de izolatoare cu cap și pin (suspensie), atașate la brațul transversal în direcție orizontală. Atunci când sarcina de tensiune în linii este extrem de mare, cum ar fi la distanțe lungi de râu, două sau mai multe șiruri sunt utilizate în paralel.,
  • izolator de suspendare – în primele zile, izolatorii de suspendare au fost folosiți ca izolatori de tensiune. Dar în zilele noastre, acestea sunt frecvent utilizate pentru liniile de distribuție de joasă tensiune. Astfel de izolatori pot fi utilizați fie în poziție orizontală, fie în poziție verticală. Ele pot fi fixate direct pe stâlp cu un șurub sau pe brațul transversal.
  • bucșă-permite unuia sau mai multor conductori să treacă printr-o partiție, cum ar fi un perete sau un rezervor, și izolează conductorii de la acesta.,
  • Linie post de izolator
  • Station post de izolator
  • Cut-out

  Suspensie insulatorsEdit

  număr Tipic de disc izolator unități standard pentru tensiuni de linie

  tensiunea de Linie (kV)	Discuri
  34.,4
  600	44
  750	59
  765	60

  Suspension insulator string (the vertical string of discs) on a 275 kV suspension pylon

  Suspended glass disc insulator unit used in suspension insulator strings for high voltage transmission lines

  Pin-type insulators are unsuitable for voltages greater than about 69 kV line-to-line., Tensiunile de transmisie mai mari utilizează șiruri izolatoare de suspensie, care pot fi realizate pentru orice tensiune de transmisie practică prin adăugarea elementelor izolatoare la șir.

  liniile de transmisie de înaltă tensiune folosesc de obicei modele modulare de izolatoare de suspensie. Firele sunt suspendate dintr-un ” șir ” de izolatori identici în formă de disc care se atașează unul de celălalt cu știfturi metalice sau legături cu bile și prize. Avantajul acestui design este că șirurile izolatoare cu diferite tensiuni de defalcare, pentru utilizarea cu tensiuni de linie diferite, pot fi construite folosind numere diferite ale unităților de bază., De asemenea, dacă una dintre unitățile izolatoare din șir se rupe, aceasta poate fi înlocuită fără a arunca întregul șir.fiecare unitate este construită dintr-un disc ceramic sau de sticlă cu un capac metalic și un știft cimentat pe laturile opuse. Pentru a face unitățile defecte evidente, unitățile de sticlă sunt proiectate astfel încât o supratensiune să provoace un arc de perforare prin sticlă în loc de un flashover. Sticla este tratată termic, astfel încât să se spargă, făcând vizibilă unitatea deteriorată. Cu toate acestea, rezistența mecanică a unității este neschimbată, astfel încât șirul izolator rămâne împreună.,

  suspensie Standard disc izolator unități sunt de 25 de centimetri (9.8 inch) în diametru și 15 cm (6 in) de mult timp, poate suporta o sarcină de 80-120 kN (18-27 klbf), au un loc uscat conturnare tensiune de aproximativ 72 kV, și sunt cotate la o tensiune de lucru de 10-12 kV. Cu toate acestea, tensiunea de flashover a unui șir este mai mică decât suma discurilor sale componente, deoarece câmpul electric nu este distribuit uniform pe șir, ci este cel mai puternic la discul cel mai apropiat de conductor, care clipește mai întâi., Inele de clasificare metalice sunt uneori adăugate în jurul discului la capătul de înaltă tensiune, pentru a reduce câmpul electric pe acel disc și pentru a îmbunătăți tensiunea de flashover.

  în liniile de înaltă tensiune izolatorul poate fi înconjurat de inele corona. Acestea constau în mod obișnuit din torusuri de aluminiu (cel mai frecvent) sau tuburi de cupru atașate la linie. Acestea sunt concepute pentru a reduce câmpul electric în punctul în care izolatorul este atașat la linie, pentru a preveni descărcarea coroanei, ceea ce duce la pierderi de putere.,

  HistoryEdit

  O fotografie recentă a deschis o sârmă pe stâlpi de telegraf traseu cu izolatori de portelan. Quidenham, Norfolk, Marea Britanie

  primele sisteme electrice care au folosit izolatori au fost liniile de telegraf; s-a constatat că atașarea directă a firelor la stâlpii de lemn dă rezultate foarte slabe, în special pe vreme umedă.primele izolatoare de sticlă utilizate în cantități mari aveau un orificiu fără filet., Aceste bucăți de sticlă au fost poziționate pe un știft de lemn conic, care se extinde vertical în sus de la brațul transversal al polului (în mod obișnuit doar doi izolatori la un stâlp și poate unul deasupra Polului în sine). Contracția naturală și extinderea firelor legate de aceste „izolatoare fără fir” au dus la izolarea izolatoarelor de la pinii lor, necesitând reseating manual.,printre primii care au produs izolatori ceramici au fost companii din Regatul Unit, cu Stiff și Doulton folosind gresie de la mijlocul anilor 1840, Joseph Bourne (mai târziu redenumit Denby) producându-le din jurul anului 1860 și Bullers din 1868. Brevet de utilitate numărul 48,906 a fost acordat lui Louis A. Cauvet pe 25 iulie 1865 pentru un proces de a produce izolatori cu un orificiu filetat: pin-tip izolatori încă filetat găuri.invenția izolatoarelor de tip suspensie a făcut posibilă transmiterea puterii de înaltă tensiune., Pe măsură ce tensiunile liniei de transmisie au atins și au trecut de 60.000 de volți, izolatoarele necesare devin foarte mari și grele, izolatoarele realizate pentru o marjă de siguranță de 88.000 de volți fiind aproximativ limita practică pentru fabricație și instalare. Izolatoarele de suspensie, pe de altă parte, pot fi conectate în șiruri atâta timp cât este necesar pentru tensiunea liniei.au fost realizate o mare varietate de izolatoare telefonice, telegrafice și electrice; unii oameni le colectează, atât pentru interesul lor istoric, cât și pentru calitatea estetică a multor modele și finisaje de izolatoare., O organizație de colecționari este Asociația Națională a izolatorilor din SUA, care are peste 9.000 de membri.