An elektrischer Isolator ist ein Material, dessen interne elektrische Ladungen nicht frei fließen; Unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes fließt sehr wenig elektrischer Strom durch. Dies steht im Gegensatz zu anderen Materialien, Halbleitern und Leitern, die elektrischen Strom leichter leiten. Die Eigenschaft, die einen Isolator auszeichnet, ist sein spezifischer Widerstand. Isolatoren haben einen höheren Widerstand als Halbleiter oder Leiter.
Ein perfekter Isolator ist nicht vorhanden, da selbst Isolatoren eine geringe Anzahl von Mobilfunkgebühren (Ladungsträgern) enthalten, die Strom führen können. Außerdem werden alle Isolatoren elektrisch leitend, wenn eine ausreichend hohe Spannung angelegt wird, so dass das elektrische Feld Elektronen von den Atomen reißt. Dies ist als Durchbruchspannung eines Isolators bekannt. Einige Materialien wie Glas, Papier und Teflon, die einen hohen Widerstand haben, sind sehr gute elektrische Isolatoren. Eine viel größere Klasse von Materialien ist zwar gut geeignet, um zu verhindern, dass bei normal verwendeten Spannungen ein erheblicher Strom fließt, obwohl sie einen geringeren spezifischen Widerstand aufweisen können, und wird daher als Isolierung für elektrische Leitungen und Kabel verwendet. Beispiele umfassen kautschukartige Polymere und die meisten Kunststoffe, die von Natur aus duroplastisch oder thermoplastisch sein können.
Isolatoren werden in elektrischen Geräten verwendet, um elektrische Leiter zu stützen und zu trennen, ohne Strom durch sich selbst zuzulassen. Ein Isoliermaterial, das in großen Mengen zum Wickeln von elektrischen Kabeln oder anderen Geräten verwendet wird, wird als Isolierung bezeichnet. Der Begriff Isolator wird auch spezifischer für Isolationsträger verwendet, die zum Befestigen von elektrischen Energieverteilungs- oder Übertragungsleitungen an Strommasten und Übertragungstürmen verwendet werden. Sie tragen das Gewicht der aufgehängten Drähte, ohne dass der Strom durch den Turm zur Erde fließt.
Physik der Leitung in Festkörpern [ edit ]
Elektrische Isolierung ist das Fehlen einer elektrischen Leitung. Elektronische Bandtheorie (ein Zweig der Physik) besagt, dass eine Ladung fließt, wenn Zustände verfügbar sind, in die Elektronen angeregt werden können. Dies ermöglicht es den Elektronen, Energie zu gewinnen und sich dadurch durch einen Leiter wie ein Metall zu bewegen. Wenn keine solchen Zustände verfügbar sind, ist das Material ein Isolator.
Die meisten Isolatoren (wenn auch nicht alle, siehe Mott-Isolator) haben eine große Bandlücke. Dies tritt auf, weil das "Valenz" -Band, das die Elektronen mit der höchsten Energie enthält, voll ist und eine große Energielücke dieses Band vom nächsten Band darüber trennt. Es gibt immer eine Spannung (als Durchbruchsspannung bezeichnet), die Elektronen genug Energie gibt, um in dieses Band angeregt zu werden. Sobald diese Spannung überschritten wird, hört das Material auf, ein Isolator zu sein, und die Ladung beginnt durch ihn hindurchzutreten. In der Regel gehen jedoch physikalische oder chemische Veränderungen einher, die die Isoliereigenschaften des Materials dauerhaft beeinträchtigen.
Materialien, denen die Elektronenleitung fehlt, sind Isolatoren, wenn ihnen auch andere mobile Ladungen fehlen. Wenn beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas Ionen enthält, können die Ionen als elektrischer Strom fließen und das Material ist ein Leiter. Elektrolyte und Plasmen enthalten Ionen und fungieren als Leiter, unabhängig davon, ob ein Elektronenfluss vorliegt oder nicht.
Zusammenbruch [ edit ]
Wenn Isolatoren einer ausreichend hohen Spannung ausgesetzt werden, leiden sie unter dem Phänomen eines elektrischen Zusammenbruchs. Wenn das über eine Isoliersubstanz angelegte elektrische Feld an irgendeiner Stelle das Schwellendurchbruchsfeld für diese Substanz überschreitet, wird der Isolator plötzlich zu einem Leiter, wodurch ein starker Stromanstieg und ein Lichtbogen durch die Substanz verursacht wird. Ein elektrischer Zusammenbruch tritt auf, wenn das elektrische Feld im Material stark genug ist, um freie Ladungsträger (Elektronen und Ionen, die immer in geringen Konzentrationen vorhanden sind) auf eine ausreichend hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, um Elektronen von Atomen zu schlagen, wenn sie auf sie treffen, wodurch die Atome ionisiert werden. Diese freigesetzten Elektronen und Ionen werden wiederum beschleunigt und treffen auf andere Atome, wodurch in einer Kettenreaktion mehr Ladungsträger entstehen. Der Isolator füllt sich schnell mit mobilen Ladungsträgern und sein Widerstand sinkt auf ein niedriges Niveau. In einem Festkörper ist die Durchbruchsspannung proportional zur Bandlückenenergie. Wenn eine Koronaentladung auftritt, kann die Luft in einem Bereich um einen Hochspannungsleiter zusammenbrechen und ionisieren, ohne dass der Strom katastrophal ansteigt. Wenn jedoch der Bereich des Luftdurchbruchs sich bei einer anderen Spannung auf einen anderen Leiter erstreckt, entsteht ein leitender Pfad zwischen ihnen, und ein großer Strom fließt durch die Luft, wodurch ein Lichtbogen entsteht . Sogar ein Vakuum kann eine Art Zusammenbruch erleiden, aber in diesem Fall beinhaltet der Zusammenbruch oder der Vakuumbogen Ladungen, die von der Oberfläche der Metallelektroden ausgestoßen werden und nicht durch das Vakuum selbst erzeugt werden.
Außerdem werden alle Isolatoren bei sehr hohen Temperaturen zu Leitern, da die thermische Energie der Valenzelektronen ausreicht, um sie in das Leitungsband zu bringen. [1] [2] [2] [2]
In bestimmten Kondensatoren können Kurzschlüsse zwischen Elektroden, die aufgrund eines dielektrischen Durchbruchs gebildet werden, verschwinden, wenn das angelegte elektrische Feld reduziert wird. [3][4][5] [ relevant? ]
Eine sehr flexible Beschichtung eines Isolators wird häufig auf elektrische Drähte und Kabel angewendet, dies wird isolierter Draht genannt. Drähte verwenden manchmal keine isolierende Beschichtung, nur Luft, da eine feste Beschichtung (z. B. Kunststoff) möglicherweise unpraktisch ist. Drähte, die sich berühren, erzeugen Querverbindungen, Kurzschlüsse und Brandgefahren. Bei Koaxialkabeln muss der Mittelleiter genau in der Mitte der hohlen Abschirmung gehalten werden, um Reflexionen durch elektromagnetische Wellen zu vermeiden. Schließlich können Drähte, die Spannungen von mehr als 60 V aussetzen Zitat erforderlich die Gefahr eines menschlichen Schocks und Stromschlags verursachen. Isolierende Beschichtungen helfen, all diese Probleme zu vermeiden.
Einige Drähte haben eine mechanische Abdeckung ohne Nennspannung. [ Zitat benötigt ] - zB: Service-Drop, Schweißen, Türklingel, Thermostatdraht. Ein isolierter Draht oder ein isoliertes Kabel hat eine Nennspannung und eine maximale Leitertemperatur. Es kann keine Strombelastbarkeit (Strombelastbarkeit) aufweisen, da diese von der Umgebung (z. B. Umgebungstemperatur) abhängt.
In elektronischen Systemen werden Leiterplatten aus Epoxidharz und Fiberglas hergestellt. Die nicht leitfähigen Platten tragen Schichten aus Kupferfolienleitern. In elektronischen Geräten sind die winzigen und empfindlichen aktiven Komponenten in nicht leitenden Epoxid- oder Phenolkunststoffen oder in gebrannten Glas- oder Keramikbeschichtungen eingebettet.
In mikroelektronischen Bauelementen wie Transistoren und ICs ist das Siliziummaterial aufgrund der Dotierung normalerweise ein Leiter, es kann jedoch durch Anwendung von Wärme und Sauerstoff leicht in einen guten Isolator umgewandelt werden. Oxidiertes Silizium ist Quarz, d. H. Siliziumdioxid, der Hauptbestandteil von Glas.
In Hochspannungssystemen, die Transformatoren und Kondensatoren enthalten, ist flüssiges Isolatoröl die typische Methode zur Verhinderung von Lichtbögen. Das Öl ersetzt Luft in Räumen, die eine erhebliche Spannung ohne elektrischen Ausfall aushalten müssen. Zu anderen Isolierungsmaterialien für Hochspannungssysteme gehören Keramik- oder Glasdrahthalter, Gas, Vakuum und das einfache Platzieren der Drähte, um Luft als Isolierung zu verwenden.
Telegraphen- und Kraftübertragungsisolatoren [ edit ]
Freileitungen für die elektrische Hochspannungsübertragung sind blank und isoliert durch die umgebende Luft. Leiter für niedrigere Verteilungsspannungen haben zwar eine gewisse Isolierung, sind aber häufig auch blank. Isolierstützen, Isolatoren genannt sind an den Stellen erforderlich, an denen sie von Strommasten oder Sendemasten unterstützt werden. Isolatoren sind auch erforderlich, wenn der Draht in Gebäude oder elektrische Geräte wie Transformatoren oder Trennschalter eindringt, um den Draht vom Gehäuse zu isolieren. Diese hohlen Isolatoren mit einem Leiter darin werden Durchführungen genannt.
Material [ edit ]
Isolatoren für die Hochspannungsübertragung werden aus Glas, Porzellan oder Polymer-Verbundwerkstoffen hergestellt. Porzellanisolatoren bestehen aus Ton, Quarz oder Aluminiumoxid und Feldspat und sind mit einer glatten Glasur bedeckt, um Wasser abzulassen. Isolatoren aus aluminiumreichem Porzellan werden eingesetzt, wenn hohe mechanische Festigkeit ein Kriterium ist. Porzellan hat eine Durchschlagsfestigkeit von etwa 4 bis 10 kV / mm. [6] Glas hat eine höhere Durchschlagsfestigkeit, zieht jedoch Kondensation an, und die dicken unregelmäßigen Formen, die für Isolatoren benötigt werden, sind ohne innere Spannungen schwer zu gießen. [7] Einige Hersteller von Isolatoren In den späten 1960er Jahren stellte man die Herstellung von Glasisolatoren ein und wechselte zu keramischen Materialien.
Vor kurzem haben einige Elektrizitätswerke begonnen, für einige Arten von Isolatoren auf Polymer-Verbundwerkstoffe umzuwandeln. Diese bestehen typischerweise aus einem zentralen Stab aus faserverstärktem Kunststoff und einer äußeren Ummantelung aus Silikonkautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Monomerkautschuk (EPDM). Verbundisolatoren sind weniger kostspielig, leichter und weisen eine hervorragende Hydrophobierungsfähigkeit auf. Diese Kombination macht sie ideal für den Einsatz in verschmutzten Gebieten. Diese Materialien haben jedoch noch keine langfristig bewährte Lebensdauer von Glas und Porzellan.
Design [ edit ]
Der elektrische Durchschlag eines Isolators aufgrund einer zu hohen Spannung kann auf zwei Arten auftreten:
- Ein Einstichbogen ist ein Zusammenbruch und eine Leitung des Materials des Isolators, der einen elektrischen Lichtbogen durch das Innere des Isolators verursacht. Die aus dem Lichtbogen entstehende Wärme beschädigt den Isolator in der Regel irreparabel. Durchstoßspannung ist die Spannung über dem Isolator (bei normaler Installation), die einen Durchstoßbogen verursacht.
- Ein Überschlagbogen ist eine Störung und Leitung der Luft entlang der Oberfläche des Isolators, wodurch ein Bogen entlang der Außenseite des Isolators verursacht wird. Isolatoren sind normalerweise so ausgelegt, dass sie einen Überschlag ohne Beschädigung aushalten. Überschlagsspannung ist die Spannung, die einen Überschlagslichtbogen verursacht.
Die meisten Hochspannungsisolatoren sind mit einer niedrigeren Überschlagsspannung als die Durchschlagsspannung konstruiert, sodass sie vor dem Durchstoßen überschlagen, um Schäden zu vermeiden.
Schmutz, Umweltverschmutzung, Salz und insbesondere Wasser auf der Oberfläche eines Hochspannungsisolators können einen leitfähigen Pfad erzeugen, der Leckströme und Überschläge verursacht. Die Überschlagspannung kann bei nassem Isolator um mehr als 50% reduziert werden. Hochspannungsisolatoren für den Außenbereich sind so geformt, dass sie die Länge des Leckpfads entlang der Oberfläche von einem Ende zum anderen maximieren (Kriechlänge genannt), um diese Leckströme zu minimieren. [8] Dazu wird die Oberfläche in einer Reihe geformt von Wellen oder konzentrischen Scheibenformen. Dazu gehören in der Regel eine oder mehrere Schuppen ; nach unten gerichtete tassenförmige Oberflächen, die als Regenschirme dienen, um sicherzustellen, dass der Teil des Oberflächenleckpfads unter dem „Becher“ bei nassem Wetter trocken bleibt. Die minimalen Kriechstrecken betragen 20–25 mm / kV. Sie müssen jedoch in stark verschmutzten oder in der Luft befindlichen Meersalzgebieten erhöht werden.
Isolatortypen ] edit ]
Dies sind die üblichen Isolatorklassen: [ Zitat benötigt ]
- Stifttyp-Isolator - Wie der Name vermuten lässt Der Stiftisolator ist auf einem Stift an der Traverse am Mast montiert. Am oberen Ende des Isolators befindet sich eine Nut. Der Leiter verläuft durch diese Nut und ist mit einem geglühten Draht aus dem gleichen Material wie der Leiter an den Isolator gebunden. Isolatoren vom Pin-Typ werden zur Übertragung und Verteilung von Kommunikationen und für elektrische Energie bei Spannungen von 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.
- Nachisolator - Ein Isolatortyp in den 1930er Jahren, der kompakter ist als herkömmliche Stifttypen Isolatoren, die viele Stiftisolatoren auf Leitungen bis 69 kV und in einigen Konfigurationen rasch ersetzt haben, können für den Betrieb bei bis zu 115 kV hergestellt werden.
- Federungsisolator - Für Spannungen über 33 kV, Es ist üblich, Aufhängeisolatoren zu verwenden, die aus mehreren Glas- oder Porzellanscheiben bestehen, die durch Metallglieder in Form einer Schnur in Reihe geschaltet sind. Der Leiter ist am unteren Ende dieser Schnur aufgehängt, während das obere Ende an der Traverse des Turms befestigt ist. Die Anzahl der verwendeten Scheibeneinheiten hängt von der Spannung ab.
- Dehnungsisolator - A Sackgasse oder Anker Stange oder Turm, wo ein gerader Abschnitt verwendet wird Linie endet oder Winkel in eine andere Richtung. Diese Masten müssen der seitlichen (horizontalen) Spannung des langen geraden Drahtabschnitts standhalten. Um diese Querbelastung zu unterstützen, werden Dehnungsisolatoren eingesetzt. Für Niederspannungsleitungen (weniger als 11 kV) werden Schäkelisolatoren als Dehnungsisolatoren verwendet. Für Hochspannungsübertragungsleitungen werden jedoch Ketten von Aufhängungsisolatoren verwendet, die an dem Querarm in horizontaler Richtung angebracht sind. Wenn die Zugbelastung in Leitungen übermäßig groß ist, wie bei langen Flußspannen, werden zwei oder mehr Saiten parallel verwendet.
-
[19459007EindreiphasigerIsolatorderaufVerteilerleitungenverwendetwirdtypischerweise138kVvonPhasezuPhaseDieLinienwerdenineinemRautenmustergehaltenwobeimehrereIsolatorenzwischendenPolenverwendetwerden
Isolatoren vom Pin-Typ sind für Spannungen von mehr als etwa 69 kV (Leitung zu Leitung) ungeeignet. Bei höheren Übertragungsspannungen werden Aufhängungsisolatorketten verwendet, die für jede praktische Übertragungsspannung durch Hinzufügen von Isolatorelementen zu der Kette hergestellt werden können. [10]
Hochspannungsübertragungsleitungen verwenden üblicherweise modulare Aufhängungsisolatorkonstruktionen. Die Drähte sind an einem "String" aus identischen scheibenförmigen Isolatoren aufgehängt, die mit einem Metall-Gabelkopfstift oder Kugelgelenkpfosten miteinander verbunden sind. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass Isolatorketten mit unterschiedlichen Durchbruchspannungen zur Verwendung mit unterschiedlichen Netzspannungen unter Verwendung unterschiedlicher Anzahlen der Basiseinheiten aufgebaut werden können. Wenn eine der Isolatoreinheiten in der Zeichenfolge bricht, kann sie ersetzt werden, ohne die gesamte Zeichenfolge zu verwerfen.
Jede Einheit besteht aus einer Keramik- oder Glasscheibe mit einer Metallkappe und einem Stift, die an gegenüberliegenden Seiten befestigt sind. Um defekte Einheiten offensichtlich zu machen, sind Glaseinheiten so konstruiert, dass eine Überspannung anstelle eines Überschlags einen Punktionsbogen durch das Glas verursacht. Das Glas ist wärmebehandelt, so dass es zerspringt und das beschädigte Gerät sichtbar wird. Die mechanische Festigkeit der Einheit bleibt jedoch unverändert, so dass der Isolatorstring zusammen bleibt.
Standard-Isoliereinheiten für Aufhängungsscheiben haben einen Durchmesser von 25 Zentimetern und eine Länge von 15 cm, können eine Last von 80-120 kN (18-27 kb) tragen, eine Trockenüberschlagspannung von etwa 72 kV und sind für eine Betriebsspannung von 10-12 kV ausgelegt. [11] Die Überschlagspannung einer Saite ist jedoch geringer als die Summe ihrer Einzelscheiben, da das elektrische Feld nicht gleichmäßig über die Saite verteilt ist, sondern am stärksten ist bei der dem Dirigenten nächstgelegenen Scheibe, die zuerst überblitzt. Manchmal werden um die Scheibe am Hochspannungsende Metall-Gradierringe (19459015) hinzugefügt, um das elektrische Feld über dieser Scheibe zu reduzieren und die Überschlagspannung zu verbessern.
In Hochspannungsleitungen kann der Isolator von Koronaringen umgeben sein. [12] Diese bestehen typischerweise aus Aluminiumtuben (meistens) oder Kupferleitungen, die an der Leitung befestigt sind. Sie reduzieren das elektrische Feld an der Stelle, an der der Isolator an der Leitung angebracht ist, um eine Corona-Entladung zu verhindern, die zu Leistungsverlusten führt.
| Netzspannung (kV) | Scheiben |
|---|---|
| 34,5 | 3 |
| 69 | 4 |
| 115 | 6 |
| 138 | 8 |
| 161 | 11 |
| 230 | 14 |
| 287 | 15 |
| 345 | 18 |
| 360 | 23 |
| 400 | 24 |
| 500 | 34 |
| 600 | 44 |
| 750 | 59 |
| 765 | 60 |
Geschichte [ edit ]
Die ersten elektrischen Systeme, die Isolatoren nutzten, waren Telegraphenleitungen; Die direkte Befestigung von Drähten an Holzmasten erwies sich insbesondere bei feuchtem Wetter als sehr schlecht.
Die ersten Glasisolatoren, die in großen Mengen verwendet wurden, hatten ein Loch ohne Gewinde. Diese Glasstücke wurden auf einem sich verjüngenden Holzstift positioniert, der sich vertikal vom Querträger des Pfostens nach oben erstreckte (üblicherweise nur zwei Isolatoren zu einem Mast und möglicherweise einer auf dem Mast selbst). Das natürliche Zusammenziehen und Ausdehnen der an diesen "fadenlosen Isolatoren" angebrachten Drähte führte dazu, dass sich die Isolatoren von ihren Stiften lösten und ein manuelles Wiedereinsetzen erforderlich war.
Zu den ersten Herstellern keramischer Isolatoren zählten Unternehmen im Vereinigten Königreich, wobei Stiff und Doulton Steinzeug aus der Mitte der 1840er Jahre verwendeten. Joseph Bourne (später in Denby umbenannt) produzierte sie um 1860 und Bullers aus dem Jahr 1868. Gebrauchsmuster Nr. 48.906 wurde am 25. Juli 1865 Louis A. Cauvet für ein Verfahren zur Herstellung von Isolatoren mit Gewindelochloch gewährt: Nadelisolatoren haben noch Gewindelöcher.
Die Erfindung von Aufhängungsisolatoren ermöglichte eine Hochspannungsübertragung. Als die Übertragungsleitungsspannungen 60.000 Volt erreichten und durchliefen, werden die erforderlichen Isolatoren sehr groß und schwer, wobei die Isolatoren einen Sicherheitsabstand von 88.000 Volt aufweisen, der ungefähr die praktische Grenze für Herstellung und Installation darstellt. Aufhängungsisolatoren dagegen können so lange zu Strängen verbunden werden, wie es für die Spannung der Leitung erforderlich ist.
Eine Vielzahl von Telefon-, Telegraphen- und Leistungsisolatoren wurde hergestellt; Einige Leute sammeln sie, sowohl für ihr historisches Interesse als auch für die ästhetische Qualität vieler Isolatorentwürfe und -ausführungen. Eine Sammlerorganisation ist die US National Insulator Association, die über 9.000 Mitglieder hat. [14]
Isolation von Antennen [ ]
Häufig ist eine Rundfunkantenne als Maststrahler gebaut, was bedeutet, dass die gesamte Maststruktur mit Hochspannung gespeist wird und vom Boden isoliert werden muss. Steatitbefestigungen werden verwendet. Sie müssen nicht nur der Spannung des Mastkühlers gegen Masse standhalten, die bei manchen Antennen Werte von bis zu 400 kV erreichen kann, sondern auch dem Gewicht der Mastkonstruktion und den dynamischen Kräften. Lichtbogenhörner und Blitzableiter sind notwendig, weil Blitzeinschläge am Mast üblich sind.
Bei Abspannungsdrähten, die Antennenmasten tragen, sind normalerweise Dehnungsisolatoren in die Kabelführung eingefügt, um zu verhindern, dass die hohen Spannungen an der Antenne einen Kurzschluss nach Masse oder die Gefahr eines Stromschlags verursachen. Oft haben Abspannkabel mehrere Isolatoren, die so angeordnet sind, dass sie das Kabel in Längen aufteilen, die unerwünschte elektrische Resonanzen im Abspann verhindern. Diese Isolatoren sind normalerweise keramisch und zylindrisch oder eiförmig (siehe Bild). Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass die Keramik unter Spannung steht und nicht unter Zugbeanspruchung steht, so dass sie einer höheren Belastung standhalten kann und die Kabelenden bei einem Bruch des Isolators noch miteinander verbunden sind.
Diese Isolatoren müssen auch mit Überspannungsschutzgeräten ausgestattet sein. Bei den Abmessungen der Abspannisolierung müssen statische Aufladungen auf die Kerle berücksichtigt werden. Bei hohen Masten können diese wesentlich höher sein als die vom Sender verursachte Spannung, so dass die Isolatoren in mehreren Abschnitten an den höchsten Masten unterteilt sind. In diesem Fall sind die Kerle, die an den Ankerkellern über eine Spule geerdet sind - oder wenn möglich direkt - die bessere Wahl.
Zuleitungen zum Anbringen von Antennen an Funkgeräten, insbesondere vom Typ mit zwei Leitern, müssen häufig von Metallstrukturen ferngehalten werden. Die zu diesem Zweck verwendeten isolierten Stützen werden Abstandsisolatoren genannt.
Isolierung in elektrischen Geräten [ edit ]
Das wichtigste Isolationsmaterial ist Luft. Eine Vielzahl von festen, flüssigen und gasförmigen Isolatoren wird auch in elektrischen Geräten verwendet. Bei kleineren Transformatoren, Generatoren und Elektromotoren besteht die Isolierung der Drahtspulen aus bis zu vier dünnen Schichten Polymerlackfilm. Mit einem filmisolierten Magnetdraht kann ein Hersteller die maximale Anzahl von Windungen innerhalb des verfügbaren Raums ermitteln. Wicklungen, die dickere Leiter verwenden, werden oft mit ergänzendem Glasfaser-Isolierband umwickelt. Wicklungen können auch mit Isolierlacken imprägniert werden, um elektrische Korona zu verhindern und magnetisch induzierte Drahtschwingungen zu reduzieren. Große Transformatorenwicklungen sind immer noch meist mit Papier, Holz, Lack und Mineralöl isoliert. Obwohl diese Materialien seit mehr als 100 Jahren verwendet werden, bieten sie immer noch ein gutes Gleichgewicht zwischen Wirtschaftlichkeit und angemessener Leistung. Sammelschienen und Leitungsschutzschalter in Schaltanlagen können mit glasfaserverstärkter Kunststoffisolierung isoliert werden, um eine geringe Flammenausbreitung zu erreichen und das Nachlaufen von Strom durch das Material zu verhindern.
In älteren Geräten, die bis in die frühen 1970er Jahre hergestellt wurden, können Platten aus komprimiertem Asbest gefunden werden; Während dies bei Frequenzen ein ausreichender Isolator ist, kann die Handhabung oder Reparatur von Asbestmaterial gefährliche Fasern in die Luft freisetzen und muss vorsichtig getragen werden. Draht, der mit gefilztem Asbest isoliert wurde, wurde in den 1920er Jahren in Hochtemperatur- und robusten Anwendungen eingesetzt. Draht dieser Art wurde von General Electric unter dem Handelsnamen "Deltabeston" vertrieben. [15]
Frontschalttafeln bis zu Beginn des 20. Jahrhunderts bestanden aus Schiefer oder Marmor. Einige Hochspannungsgeräte sind für den Betrieb in einem Hochdruck-Isoliergas wie Schwefelhexafluorid ausgelegt. Isolationsmaterialien, die bei Leistung und niedrigen Frequenzen gut funktionieren, können bei Radiofrequenz aufgrund von Erwärmung durch übermäßige dielektrische Verlustleistung unbefriedigend sein.
Elektrische Drähte können mit Polyethylen, vernetztem Polyethylen (entweder durch Elektronenstrahlverarbeitung oder chemischer Vernetzung), PVC, Kapton, gummiartigen Polymeren, ölimprägniertem Papier, Teflon, Silikon oder modifiziertem Ethylentetrafluorethylen (ETFE) isoliert werden. Bei größeren Stromkabeln kann je nach Anwendung komprimiertes anorganisches Pulver verwendet werden.
Flexible Isoliermaterialien wie PVC (Polyvinylchlorid) werden verwendet, um den Stromkreis zu isolieren und den Kontakt von Personen mit einem stromführenden Draht zu verhindern - einer mit einer Spannung von 600 Volt oder weniger. Alternative Materialien werden wahrscheinlich aufgrund der EU-Sicherheits- und Umweltgesetzgebung zunehmend verwendet, was PVC weniger wirtschaftlich macht.
Isolation der Klasse 1 und Klasse 2 [ edit ]
Alle tragbaren oder handgehaltenen elektrischen Geräte sind isoliert, um ihren Benutzer vor schädlichen Stößen zu schützen.
Für Isolierungen der Klasse 1 müssen der Metallkörper und andere freiliegende Metallteile des Geräts über einen Erdungsdraht (19459015), der an der Hauptschalttafel geerdet ist, an Erde angeschlossen werden, er benötigt jedoch nur eine grundlegende Isolierung der Leiter . Dieses Gerät benötigt einen zusätzlichen Pin am Netzstecker für den Erdungsanschluss.
Isolation der Klasse 2 bedeutet, dass das Gerät doppelt isoliert ist . Dies wird bei einigen Geräten wie Elektrorasierern, Haartrocknern und tragbaren Elektrowerkzeugen verwendet. Die Doppelisolierung erfordert, dass die Geräte sowohl eine Basis- als auch eine Zusatzisolation haben, die jeweils ausreicht, um einen elektrischen Schlag zu vermeiden. Alle internen elektrisch bestromten Komponenten sind vollständig in einem isolierten Körper eingeschlossen, der jeden Kontakt mit "spannungsführenden" Teilen verhindert. In der EU sind doppelt isolierte Geräte alle mit einem Symbol von zwei Quadraten, eines in dem anderen, gekennzeichnet. [16]
Siehe auch [ edit
- ^ S. L. Kakani (1. Januar 2005). Elektroniktheorie und Anwendungen . New Age International. p. 7. ISBN 978-81-224-1536-0.
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- ^ Klein, N .; Gafni, H. (1966). "Die maximale Spannungsfestigkeit von dünnen Siliziumoxidfilmen". IEEE Trans. Elektronengeräte . 13 .
- ^ Inuishi, Y .; Powers, D.A. (1957). "Elektrischer Zusammenbruch und Leitung durch Mylar-Filme". J. Appl. Phys . 58 . Bibcode: 1957JAP .... 28.1017I. doi: 10.1063 / 1.1722899.
- ^ Belkin, A .; et al. (2017). "Rückgewinnung von Aluminiumoxid-Nanokondensatoren nach Hochspannungsausfall". Wissenschaftliche Berichte . 7 . Bibcode: 2017NatSR ... 7..932B. doi: 10.1038 / s41598-017-01007-9.
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- ^ Holtzhausen, J. P. "High Voltage Insulators" (PDF) . IDC Technologies . Abgerufen 2008-10-17
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- ^ Donald G. Fink, H. Wayne Beaty (Hrsg.), Standardhandbuch für Elektroingenieure, 11. Auflage McGraw-Hill, 1978, ISBN 0-07-020974-X, Seiten 14-153, 14-154
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- ^ "Grundlegendes zu Isolationsklassen für IEC-Geräte: I, II und III". Fidus Power . 6. Juli 2018.
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