Isolator (Elektrizität)

Dieser Artikel bezieht sich auf die elektrische Isolierung. Für die Isolierung der Hitze, sieh Thermalisolierung

Ein wahrer Isolator ist ein Material, das auf ein elektrisches Feld nicht antwortet und völlig dem Fluss der elektrischen Anklage widersteht. In der Praxis, jedoch, bestehen vollkommene Isolatoren nicht. Deshalb werden dielektrische Materialien mit hohen dielektrischen Konstanten als Isolatoren betrachtet. In Dämmstoffen werden Wertigkeitselektronen zu ihren Atomen dicht verpfändet. Diese Materialien werden in der elektrischen Ausrüstung als Isolatoren oder Isolierung verwendet. Ihre Funktion ist, elektrische Leiter zu unterstützen oder zu trennen, ohne Strom durch sich zu erlauben. Der Begriff bezieht sich auch auf das Isolieren von Unterstützungen, die elektrische Energieübertragungsleitungen Dienstprogramm-Polen oder Pylonen beifügen.

Einige Materialien wie Glas, Papier oder Teflon sind sehr gute elektrische Isolatoren. Wenn auch sie niedrigeren spezifischen Hauptteil-Widerstand haben können, eine viel größere Klasse von Materialien sind noch "gut genug", um elektrische Verdrahtung und Kabel zu isolieren. Beispiele schließen gummiähnliche Polymer und den grössten Teil von Plastik ein. Solche Materialien können als praktische und sichere Isolatoren für niedrig dienen, um Stromspannungen (Hunderte oder sogar Tausende, Volt) zu mäßigen.

Physik der Leitung in Festkörpern

Elektrische Isolierung ist die Abwesenheit der elektrischen Leitfähigkeit. Elektronische Band-Theorie (ein Zweig der Physik) sagt, dass eine Anklage fließen wird, wenn Staaten verfügbar sind, in den Elektronen aufgeregt sein können. Das erlaubt Elektronen, Energie zu gewinnen und dadurch sich durch einen Leiter wie ein Metall zu bewegen. Wenn keine solche Staaten verfügbar sind, ist das Material ein Isolator.

Meiste (obwohl nicht alle, sieh Isolator von Mott) Isolatoren haben eine große Band-Lücke. Das kommt vor, weil das "Wertigkeits"-Band, das die höchsten Energieelektronen enthält, voll ist, und eine große Energielücke dieses Band vom folgenden Band darüber trennt. Es gibt immer eine Stromspannung (hat die Durchbruchsstromspannung genannt), der den Elektronen genug Energie geben wird, in dieses Band aufgeregt zu sein. Sobald diese Stromspannung überschritten wird, hört das Material auf, ein Isolator zu sein, und Anklage wird beginnen, es durchzuführen. Jedoch wird es gewöhnlich durch physische oder chemische Änderungen begleitet, die dauerhaft die Isolieren-Eigenschaften des Materials erniedrigen.

Materialien, die an Elektronleitung Mangel haben, sind Isolatoren, wenn sie an anderen beweglichen Anklagen ebenso Mangel haben. Zum Beispiel, wenn eine Flüssigkeit oder Benzin Ionen enthalten, dann können die Ionen gemacht werden, als ein elektrischer Strom zu fließen, und das Material ist ein Leiter. Elektrolyte und plasmas enthalten Ionen und werden als Leiter handeln, ob Elektronfluss beteiligt wird.

Depression

Isolatoren leiden unter dem Phänomen der elektrischen Depression. Wenn das elektrische über eine Isolieren-Substanz angewandte Feld in jeder Position das Schwellendurchbruchsfeld für diese Substanz überschreitet, die zur Band-Lücke-Energie proportional ist, verwandelt sich der Isolator plötzlich in einen Widerstand manchmal mit katastrophalen Ergebnissen. Während der elektrischen Depression wird jedes freie Anklage-Transportunternehmen, das durch das starke E-Feld wird beschleunigt, genug Geschwindigkeit haben, um zu schlagen, Elektronen davon (ionisieren) jedes Atom, das es schlägt. Diese befreiten Elektronen und Ionen werden der Reihe nach beschleunigt und schlagen andere Atome, mehr Anklage-Transportunternehmen in einer Kettenreaktion schaffend. Schnell wird der Isolator gefüllt mit beweglichen Transportunternehmen, und sein Widerstand fällt auf eine niedrige Stufe. In Luft, "ist Korona-Entladung" normaler Strom in der Nähe von einem Hochspannungsleiter; ein "Kreisbogen" ist ein ungewöhnlicher und unerwünschter Strom. Ähnliche Depression kann innerhalb jedes Isolators sogar innerhalb des eines Materials festen Hauptteils vorkommen. Sogar ein Vakuum kann eine Art Depression ertragen, aber in diesem Fall schließen die Depression oder der Vakuumkreisbogen Anklagen ein, die aus der Oberfläche von Metallelektroden vertrieben sind aber nicht durch das Vakuum selbst erzeugt sind.

Gebrauch

Isolatoren werden als ein flexibler Überzug auf der elektrischen Leitung und dem Kabel allgemein verwendet. Da Luft ein Isolator ist, im Prinzip ist keine andere Substanz erforderlich, um Macht zu behalten, wo es sein sollte. Hochspannungsstarkstromleitungen verwenden allgemein gerade Luft seit einem Festkörper (z.B, Plastik) Überzug ist unpraktisch. Jedoch werden Leitungen, die einander berühren, böse Verbindungen, kurze Stromkreise und Brandgefahr erzeugen. Im koaxialen Kabel muss der Zentrum-Leiter genau in der Mitte des hohlen Schildes unterstützt werden, um EM Welle-Nachdenken zu verhindern. Schließlich können Leitungen, die Stromspannungen höher ausstellen als 60V, menschlichen Stoß und Gefahren der Tötung durch Stromschlag verursachen. Das Isolieren von Überzügen hilft, alle diese Probleme zu verhindern.

Einige Leitungen haben eine mechanische Bedeckung, die keine Stromspannungsschätzung hat; z.B: Dienstfall, Schweißen, Türklingel, Thermostat. Eine isolierte Leitung oder Kabel haben eine Stromspannungsschätzung und eine maximale Leiter-Temperaturschätzung. Es kann keinen ampacity (aktuelle Tragfähigkeit) Schätzung haben, da das auf die Umgebungsumgebung (z.B Umgebungstemperatur) abhängig ist.

In elektronischen Systemen werden gedruckte Leiterplatten von Epoxydharz-Plastik und fibreglass gemacht. Die nichtleitenden Ausschüsse unterstützen Schichten von Kupferfolie-Leitern. In elektronischen Geräten werden die winzigen und feinen aktiven Bestandteile innerhalb von nichtleitendem Epoxydharz oder phenolic Plastik, oder innerhalb von gebackenen keramischen oder Glasüberzügen eingebettet.

In mikroelektronischen Bestandteilen wie Transistoren und ICs ist das Silikonmaterial normalerweise ein Leiter wegen des Dopings, aber es kann in einen guten Isolator durch die Anwendung der Hitze und des Sauerstoffes leicht auswählend umgestaltet werden. Oxidiertes Silikon ist Quarz, d. h. Silikondioxyd.

In Hochspannungssystemen, die Transformatoren und Kondensatoren enthalten, ist flüssiges Isolator-Öl die typische Methode, die verwendet ist, um Kreisbogen zu verhindern. Das Öl ersetzt die Luft in irgendwelchen Räumen, die bedeutende Stromspannung ohne elektrische Depression unterstützen müssen. Andere Methoden, Hochspannungssysteme zu isolieren, sind keramische oder Glasleitungshalter, Benzin, Vakuum und einfach das Stellen der Leitungen mit einer großen Trennung mit der Luft als Isolierung.

Telegraf und Energieübertragungsisolatoren

Aufgehobene Leitungen für die elektrische Energieübertragung sind bloß, außer, wo sie in Gebäude eingehen, und durch die Umgebungsluft isoliert werden. Das Isolieren von Unterstützungen hat gerufen Isolatoren sind an den Punkten erforderlich, an denen sie von Dienstprogramm-Polen oder Pylonen unterstützt werden. Isolatoren sind auch erforderlich, wo die Leitung in Gebäude oder elektrische Geräte, wie Transformatoren oder selbsttätige Unterbrecher eingeht, um die Leitung vom Fall zu isolieren. Diese hohlen Isolatoren mit einem Leiter in ihnen werden bushings genannt. Die Gefahren, die von Kränen aufgestellt sind, die bloße elektrische Energieübertragungsleitungen berühren, haben das Bedürfnis nach einer Isolieren-Verbindung geschaffen, die auf Kränen zu verwenden ist, die in der Nähe von solchen Leitungen arbeiten.

Material

Für die Hochspannungsenergieübertragung verwendete Isolatoren werden vom Glas, dem Porzellan oder den zerlegbaren Polymer-Materialien gemacht. Porzellan-Isolatoren werden von Ton, Quarz oder Tonerde und Feldspaten gemacht, und werden mit einer glatten Politur bedeckt, um Wasser zu verschütten. Isolatoren, die vom an Tonerde reichen Porzellan gemacht sind, werden verwendet, wo hohe mechanische Kraft ein Kriterium ist. Porzellan hat eine dielektrische Kraft von ungefähr 4-10 kV/mm. Glas hat eine höhere dielektrische Kraft, aber es zieht Kondensation an, und die dicken unregelmäßigen für Isolatoren erforderlichen Gestalten sind schwierig, sich ohne innere Beanspruchungen zu werfen. Einige Isolator-Hersteller haben aufgehört, Glasisolatoren gegen Ende der 1960er Jahre zu machen, auf keramische Materialien umschaltend.

Kürzlich haben einige elektrische Dienstprogramme begonnen, sich zu Polymer-Zusammensetzungsmaterialien für einige Typen von Isolatoren umzuwandeln. Diese werden normalerweise aus einer Hauptstange zusammengesetzt, die aus verstärktem Plastik der Faser und einem Außenweathershed gemacht ist, der aus Silikon-Gummi oder EPDM gemacht ist. Zerlegbare Isolatoren sind leichter im Gewicht weniger kostspielig, und haben ausgezeichnete hydrophobe Fähigkeit. Diese Kombination macht sie ideal für den Dienst in beschmutzten Gebieten. Jedoch haben diese Materialien das langfristige bewiesene Dienstleben des Glases und Porzellans noch nicht.

Design

Die elektrische Depression eines Isolators wegen der übermäßigen Stromspannung kann auf eine von zwei Weisen vorkommen:

  • Einstich-Stromspannung ist die Stromspannung über den Isolator (wenn installiert, auf seine normale Weise), der eine Depression und Leitung durch das Interieur des Isolators verursacht. Die Hitze, die sich aus dem Einstich-Kreisbogen gewöhnlich ergibt, beschädigt den Isolator nicht wiedergutzumachend.
  • Lichtbogen-Stromspannung ist die Stromspannung, die die Luft ringsherum oder entlang der Oberfläche des Isolators veranlasst, zusammenzubrechen und zu führen, einen 'Lichtbogen'-Kreisbogen entlang der Außenseite des Isolators verursachend. Sie werden gewöhnlich entworfen, um dem ohne Schaden zu widerstehen.

Die meisten Hochspannungsisolatoren werden mit einer niedrigeren Lichtbogen-Stromspannung entworfen als Einstich-Stromspannung, so werden sie blinken, bevor sie platzen, um Schaden zu vermeiden.

Schmutz, Verschmutzung, Salz und besonders Wasser auf der Oberfläche eines Hochspannungsisolators können einen leitenden Pfad darüber schaffen, Leckage-Ströme und Lichtbogen verursachend. Die Lichtbogen-Stromspannung kann mehr als um 50 % niedriger sein, wenn der Isolator nass ist. Hochspannungsisolatoren für den Außengebrauch werden gestaltet, um die Länge des Leckage-Pfads entlang der Oberfläche von einem Ende zum anderen zu maximieren, die creepage Länge genannt, um diese Leckage-Ströme zu minimieren. Um das zu vollbringen, wird die Oberfläche in eine Reihe von Runzeln oder konzentrischen Scheibe-Gestalten geformt. Diese schließen gewöhnlich eine oder mehr Hütten ein; nach unten becherförmigen Oberflächen gegenüberstehend, die als Regenschirme handeln, um sicherzustellen, dass der Teil des Oberflächenleckage-Pfads unter der 'Tasse' trocken im nassen Wetter bleibt. Minimum creepage Entfernungen ist 20-25 mm/kV, aber muss in der hohen Verschmutzung oder den Bordseesalz-Gebieten vergrößert werden.

Kappe und Nadel-Isolatoren

Höhere Stromspannungsübertragungslinien verwenden Modulkappe und befestigen Isolator-Designs (sieh Bild oben). Die Leitungen werden von einer 'Reihe' von identischen Isolatoren in der Form von der Scheibe aufgehoben, die einander mit Metall clevis Nadel oder Ball und Steckdose-Verbindungen beifügen. Der Vorteil dieses Designs besteht darin, dass Isolator-Schnuren mit verschiedenen Durchbruchsstromspannungen, für den Gebrauch mit verschiedenen Linienstromspannungen, durch das Verwenden verschiedener Zahlen der grundlegenden Einheiten gebaut werden können. Außerdem, wenn eine der Isolator-Einheiten in den Schnur-Brechungen, es ersetzt werden kann, ohne die komplette Schnur zu verwerfen.

Jede Einheit wird einer keramischen oder Glasscheibe mit einer Metallkappe gebaut, und Nadel hat zu Gegenseiten zementiert. Um fehlerhafte Einheiten zu machen, werden offensichtliche Glaseinheiten mit dem Aufbau der Klasse B entworfen, so dass eine Überspannung einen Einstich-Kreisbogen durch das Glas statt eines Lichtbogens verursacht. Das Glas wird so hitzebehandelt es wird in Stücke brechen, die beschädigte Einheit sichtbar machend. Jedoch ist die mechanische Kraft der Einheit unverändert, so wird die Isolator-Schnur zusammen bleiben.

Standardscheibe-Isolator-Einheiten sind im Durchmesser und lange, können eine Last von 80-120 kN (18-27 klbf) unterstützen, eine trockene Lichtbogen-Stromspannung von ungefähr 72 kV haben, und werden an einer Betriebsstromspannung von 10-12 kV abgeschätzt. Jedoch ist die Lichtbogen-Stromspannung einer Schnur weniger als die Summe seiner Teilscheiben, weil das elektrische Feld gleichmäßig über die Schnur nicht verteilt wird, aber an der Scheibe am nächsten dem Leiter am stärksten ist, der über zuerst blinken wird. Metallsortieren-Ringe werden manchmal um die niedrigste Scheibe hinzugefügt, um das elektrische Feld über diese Scheibe zu reduzieren und Lichtbogen-Stromspannung zu verbessern.

In Linien der sehr Hochspannung kann der Isolator durch Korona-Ringe umgeben werden. Diese bestehen normalerweise aus Ringen von Aluminium (meistens) oder der Linie beigefügten Kupferröhren. Sie werden entworfen, um das elektrische Feld am Punkt zu reduzieren, wo der Isolator der Linie beigefügt wird, um Korona-Entladung zu verhindern, die auf Macht-Verluste hinausläuft.

Geschichte

Die ersten elektrischen Systeme, um von Isolatoren Gebrauch zu machen, waren Telegraf-Linien; wie man fand, hat die direkte Verhaftung von Leitungen zu Holzpolen sehr schlechte Ergebnisse besonders während des feuchten Wetters gegeben.

Die ersten in großen Mengen verwendeten Glasisolatoren hatten ein Ungewindenadelloch. Diese Stücke des Glases wurden auf einer verjüngten Holznadel eingestellt, vertikal sich aufwärts vom crossarm des Polen (allgemein nur zwei Isolatoren zu einem Pol und vielleicht ein oben auf dem Pol selbst) ausstreckend. Natürliche Zusammenziehung und Vergrößerung der Leitungen, die an diese "threadless Isolatoren" gebunden sind, sind auf von ihren Nadeln absetzende Isolatoren hinausgelaufen, das manuelle Wiederplatznehmen verlangend.

Unter dem ersten, um keramische Isolatoren zu erzeugen, waren Gesellschaften im Vereinigten Königreich, mit Stiff und Doulton mit dem Steingut von der Mitte der 1840er Jahre, Joseph Bourne (hat später Denby umbenannt) das Produzieren von ihnen ungefähr von 1860 und Bullers von 1868. Dienstprogramm-Patent Nummer 48,906 wurde Louis A. Cauvet am 25. Juli 1865 für einen Prozess anerkannt, Isolatoren mit einem Gewindenadelloch zu erzeugen. Bis jetzt haben Isolatoren des Nadel-Typs noch Nadellöcher eingefädelt.

Die Erfindung von Suspendierungstyp-Isolatoren hat Hochspannungsenergieübertragung möglich gemacht. Isolatoren des Nadel-Typs waren über ungefähr 60,000 Volt unbefriedigend.

Eine große Vielfalt des Telefons, des Telegrafen und der Macht-Isolatoren ist gemacht worden; einige Menschen sammeln sie, sowohl für ihr historisches Interesse als auch für die ästhetische Qualität von vielen Isolator-Designs und Schlüssen.

Isolierung von Antennen

Häufig wird eine Senderadioantenne als ein Mast-Heizkörper gebaut, was bedeutet, dass die komplette Mast-Struktur mit der Hochspannung gekräftigt wird und vom Boden isoliert werden muss. Steatite mountings werden verwendet. Sie müssen nicht nur der Stromspannung des Mast-Heizkörpers widerstehen, um sich zu gründen, der Werte bis zu 400 kV an einigen Antennen, sondern auch das Gewicht des Mast-Aufbaus und der dynamischen Kräfte erreichen kann. Funkende Hörner und Blitz arresters sind notwendig, weil Blitzschläge zum Mast üblich sind.

Kerl telegrafiert Unterstützen-Antenne-Masten haben gewöhnlich Beanspruchungsisolatoren, die ins geführte Kabel eingefügt sind, um die Hochspannungen auf der Antenne vom kurzen Umkreisen zu behalten, um sich zu gründen, oder das Schaffen einer Stoß-Gefahr. Häufig haben Kerl-Kabel mehrere Isolatoren, gelegt, um das Kabel in Längen zu zerbrechen, die nicht Subvielfachen der Sendewellenlänge sind, um unerwünschte elektrische Klangfülle im Kerl zu vermeiden. Diese Isolatoren sind gewöhnlich keramisch und zylindrisch oder eiförmig (sieh Bild). Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass die Keramik unter der Kompression aber nicht Spannung ist, so kann es größerer Last widerstehen, und dass, wenn der Isolator bricht, die Kabelenden noch verbunden werden.

Diese Isolatoren müssen auch mit der Überspannungsschutzausrüstung ausgestattet werden. Für die Dimensionen der Kerl-Isolierung müssen statische Anklagen auf Kerlen betrachtet werden. An hohen Masten können diese viel höher sein als die durch den Sender verursachte Stromspannung, Kerle verlangend, die durch Isolatoren in vielfachen Abteilungen auf den höchsten Masten geteilt sind. In diesem Fall sind Kerle, die an den Ankerkellern über eine Rolle - oder wenn möglich, direkt niedergelegt werden - die bessere Wahl.

Feedlines, der Antennen der Radioausrüstung, besonders Zwillingsleitungstyp beifügt, muss häufig in einer Entfernung von Metallstrukturen behalten werden. Die isolierten Unterstützungen verwendet werden für diesen Zweck Isolatoren des toten Punkts genannt.

Isolierung im elektrischen Apparat

Das wichtigste Isolierungsmaterial ist Luft. Eine Vielfalt von festen, Flüssigkeit und gasartigen Isolatoren wird auch im elektrischen Apparat verwendet. In kleineren Transformatoren, Generatoren und elektrischen Motoren, besteht die Isolierung auf den Leitungsrollen aus bis zu vier dünnen Schichten des Polymer-Lack-Films. Isolierte Magnet-Leitung des Films erlaubt einem Hersteller, die maximale Zahl von Umdrehungen innerhalb des verfügbaren Raums zu erhalten. Windings, die dickere Leiter verwenden, werden häufig mit dem ergänzenden Glasfaser-Isolieren-Band gewickelt. Windings kann auch mit dem Isolieren von Lacken gesättigt werden, um elektrische Korona zu verhindern und magnetisch veranlasstes Leitungsvibrieren zu reduzieren. Großer Macht-Transformator windings wird noch größtenteils mit Papier, Holz, Lack und Mineralöl isoliert; obwohl diese Materialien seit mehr als 100 Jahren verwendet worden sind, stellen sie noch ein gutes Gleichgewicht der Wirtschaft und entsprechenden Leistung zur Verfügung. Busbars und selbsttätige Unterbrecher in switchgear können mit der glasverstärkten Plastikisolierung, behandelt isoliert werden, um niedrige Flamme-Ausbreitung zu haben und zu verhindern, vom Strom über das Material zu verfolgen.

Im älteren bis zum Anfang der 1970er Jahre gemachten Apparat können aus komprimiertem Asbest gemachte Ausschüsse gefunden werden; während das ein entsprechender Isolator an Macht-Frequenzen ist, behandelnd oder zum Asbest-Material repariert, wird gefährliche Fasern in die Luft veröffentlichen und muss mit der Verwarnung ausgeführt werden. Mit felted Asbest isolierte Leitung wurde in rauen und Hoch-Temperaturanwendungen von den 1920er Jahren verwendet. Die Leitung dieses Typs wurde von General Electric unter dem Handelsnamen "Deltabeston" verkauft.

Lebend-Vorderschalttafeln bis zum frühen Teil des 20. Jahrhunderts wurden aus dem Schiefer oder Marmor gemacht. Eine Hochspannungsausrüstung wird entworfen, um innerhalb eines Isolieren-Benzins des Hochdrucks wie Schwefel hexafluoride zu funktionieren. Isolierungsmaterialien, die an der Macht und den niedrigen Frequenzen eine gute Leistung bringen, können an der Radiofrequenz wegen der Heizung von der übermäßigen dielektrischen Verschwendung unbefriedigend sein.

Elektrische Leitungen können mit Polyäthylen, crosslinked Polyäthylen (entweder durch die Elektronbalken-Verarbeitung oder durch chemischen crosslinking), PVC, Kapton, gummiähnliche Polymer isoliert werden, Öl hat Papier, Teflon, Silikon gesättigt, oder hat Äthylen tetrafluoroethylene (ETFE) modifiziert. Größere Stromkabel können zusammengepresstes anorganisches Puder abhängig von der Anwendung verwenden.

Flexible Dämmstoffe wie PVC (Polyvinylchlorid) werden verwendet, um den Stromkreis zu isolieren und menschlichen Kontakt mit einer 'lebenden' Leitung - eine habende Stromspannung von 600 Volt oder weniger zu verhindern. Alternative Materialien werden wahrscheinlich zunehmend verwendet wegen der EU-Sicherheit und Umweltgesetzgebung werden, die weniger wirtschaftliches PVC macht.

Klasse 1 und Isolierung der Klasse 2

Alle tragbaren oder tragbaren elektrischen Geräte werden isoliert, um ihren Benutzer vor schädlichem Stoß zu schützen.

Isolierung der Klasse 1 verlangt, dass der Metallkörper und die anderen ausgestellten Metallteile des Geräts mit der Erde über eine "sich gründende" Leitung verbunden werden, die earthed an der Hauptdiensttafel ist; aber nur die grundlegende Isolierung der Leiter ist erforderlich. Diese Ausrüstung braucht eine Extranadel auf dem Macht-Stecker für die sich gründende Verbindung.

Isolierung der Klasse 2 bedeutet, dass das Gerät isoliert doppelt ist. Das wird auf einigen Geräten wie Rasierapparate, Haartrockner und tragbare Macht-Werkzeuge verwendet. Doppelte Isolierung verlangt, dass die Geräte sowohl grundlegende als auch ergänzende Isolierung haben, von denen jeder genügend ist, um Stromschlag zu verhindern. Alle inneren elektrisch gekräftigten Bestandteile werden innerhalb eines isolierten Körpers völlig eingeschlossen, der jeden Kontakt mit "lebenden" Teilen verhindert. In der EU doppelte isolierte Geräte werden alle mit einem Symbol von zwei Quadraten, ein Inneres der andere gekennzeichnet.

Siehe auch

Referenzen

  • Bullers von Milton Sue Taylor, Churnet Talbüchern. Internationale 2003-Standardbuchnummer 1-897949-96-0

Links


Intel 8088 / Zwischennetzwerkanschluss
Impressum & Datenschutz