Izolatori în electrotehnică
Izolatorii electrotehnici sunt componente de instalare realizate din material izolant care împiedică fluxul de sarcini electrice. Izolatorii au o conductivitate electrică scăzută și, prin urmare, sunt potriviți pentru izolația electrică. Cu cât rezistența lor specifică este mai mare, cu atât este mai bună proprietatea lor de izolare. Astfel sticla, ca izolator, are o rezistență specifică de
în timp ce, pentru comparație, cuprul, ca bun conductor, are o rezistență specifică de
Caracteristicile izolatorilor pot fi condiționate de variabile de mediu, cum ar fi temperatura și umiditatea. În mod normal, conductivitatea unui izolator se modifică într-o măsură limitată pe măsură ce temperatura variază. Umiditatea, pe de altă parte, poate reduce eficiența unui izolator într-o asemenea măsură încât prerogativa sa este anulată. Aerul ca izolator este un exemplu. Cu un cablu de înaltă tensiune de 380 kV, aerul uscat izolează eficient până la o distanță de 50 de centimetri. Odată cu creșterea umidității, această distanță poate deveni câțiva metri (vezi rezistența dielectrică ). Izolatorii și semiconductorii trebuie să se distingă fundamental. Semiconductorii au, de asemenea, adesea o conductivitate scăzută. Cu toate acestea, acest lucru crește rapid pe măsură ce semiconductorul se încălzește.
Exemple de izolatori
- Ceramica (cu toate acestea, unele ceramice cu temperatură scăzută prezintă calități supraconductoare)
- Compuși de substanțe organice
- Sticlă
- Săruri (stare solidă)
- Majoritatea nemetalelor
- Gaz (atâta timp cât nu sunt prezente ca plasmă la temperaturi ridicate)
- Substanțe carbonice cristalizate
- Silicon
- Politetrafluoretilenă (teflon)
Aplicații
Izolatorii găsesc multe aplicații în domeniu. De exemplu, acestea sunt utilizate pentru a evita scurtcircuitele, care de cele mai multe ori pot deteriora utilajele. Izolatoarele sunt, de asemenea, utilizate la fel de frecvent pentru a separa mașinile electrice de cele electronice. O zonă largă de aplicații cuprinde tehnologia de comutare, care nu ar fi posibilă fără izolatoare. Fiecare stâlp al sistemelor de transport al energiei electrice este izolat de cablurile conductoare prin intermediul izolatorilor și nu în ultimul rând este utilizarea lor în căi ferate, tramvaie și căi de rulare.
Alegerea instalării
Pentru liniile telefonice aeriene și liniile electrice aeriene de joasă tensiune (220-380 V), izolatorii sunt de cele mai multe ori alese din ceramică în jurul capotei căruia cablul conductor este fixat cu o buclă specifică. Acestea sunt de obicei instalate vertical pe suporturile stâlpilor sau stâlpilor.
Pentru potențiale medii (în intervalul 1 kV / 30 kV) se folosesc izolatori din sticlă profilată sau ceramică pentru a crește lungimea traiectoriei suprafeței curenților conductori. Curenții de scurgere „șarpe” peste izolatoare sau materiale izolante dacă sunt contaminate. Dacă această stare de contaminare persistă mult timp, poate duce la o descărcare electrică externă sau la scurtcircuit. Cablurile electrice sunt fixate cu cleme sau prin intermediul unor legături, a căror configurație diferă în funcție de destinație. În această gamă de potențiale electrice, atât izolatoarele rigide, cât și cele suspendate sunt montate pe suporturile de fermă. Izolatorii rigizi (izolatori cu clopot profilat) fac posibile stâlpi cu înălțimi mici, iar pentru sistemul lor de instalare oferă o anumită siguranță în căderea cablurilor, în timp ce izolatorii de suspensie sunt capabili să reziste la solicitări mecanice mai mari.
Pentru nevoi statice particulare pot fi, de asemenea, dublate (dispuse unul lângă altul, formând așa-numitul LOSANGA cu conductorii, sau așezate pe un raft dublu, ca în cazul liniilor telefonice în conductor gol) În acest caz, un izolator poate încă țineți cablul electric în cazul în care celălalt se rupe. În aplicațiile feroviare, izolatoarele de instalare ale cablurilor de contact aeriene nu diferă substanțial de cele pentru liniile aeriene pentru transportul energiei electrice, cu toate acestea, ele trebuie dimensionate pentru solicitările mecanice specifice datorate contactului cu pantograful . Capacele de protecție din material izolant pentru izolarea conexiunilor precum cele instalate în subteranul Berlinului sunt, de asemenea, frecvent utile. Pentru tensiunea medie și înaltă (15 kV la 150 kV) se utilizează în principal izolatoare suspendate, care sunt utilizate în lanț unic sau multiplu, în suspensie sau în amar. Tehnica de fixare a cablului nu diferă de tehnica utilizată în domeniul de medie tensiune. Se folosesc frecvent izolatoare duble. Pentru izolarea cablurilor de alimentare feroviare se utilizează tipuri similare cu cele pentru liniile electrice trifazate. Izolatoarele pentru tensiuni foarte mari (> 150 kV) constau frecvent dintr-o serie de două sau mai multe izolatoare de suspensie (lanț de izolatoare). În plus, izolatorii cu tije au fost folosiți și în Germania. Materialele sintetice sunt din ce în ce mai utilizate pe lângă sticlă și ceramică. În Germania, pentru linii aeriene de 380 kV se utilizează în esență izolatori dubli. Pentru cerințe statice severe, trei sau patru lanțuri de izolatoare de suspensie pot fi, de asemenea, utilizate în paralel (vechea linie de înaltă tensiune care traversa Strâmtoarea Messina avea mai multe lanțuri de 7). Izolatoarele pentru transportul curentului continuu de înaltă tensiune nu diferă fundamental de tipul utilizat pentru transportul curentului alternativ. Cu toate acestea, la tensiuni de funcționare egale, ele trebuie, de regulă, să fie mai lungi decât cele utilizate în curent alternativ, deoarece sunt mai ușor contaminate. Pentru utilizarea în frecvență înaltă, izolatorii lustruiți sunt folosiți cel mai adesea pentru a evita curenții turbionari . Cerințele speciale sunt aplicate izolatorilor antenelor turn auto-radiante, deoarece cu puteri mari de transmisie trebuie să poată rezista la tensiuni de până la 300 kV și la solicitări mecanice de până la 1000 de tone. Pentru izolarea cablurilor de ancorare, se utilizează izolatoare cu bandă steatită, care sunt distanțate de-a lungul cablurilor la o distanță mai mică de un sfert din lungimea de undă transmisă pentru a preveni oscilația acestora. Turnul este izolat de sol prin montarea acestuia pe o bază de susținere, solidă sau goală, tot din steatită. Pentru instalarea pe bază, turnul este ridicat hidraulic și apoi coborât încet în poziție.
Izolatori optici
Prin izolator optic înțelegem așa-numita diodă optică, deci un fel de supapă pentru lumină. Această componentă transmite lumina într-o singură direcție. Cu toate acestea, funcționează numai cu lumină polarizată: într-o direcție planul său de polarizare este rotit cu 90 °, în timp ce în cealaltă direcție rămâne neschimbat. Piesa rotită poate fi îndepărtată prin filtre de polarizare sau oglindită prin gravare cu unghiul Brewster.
Izolatori în tehnica de înaltă frecvență
În tehnica de înaltă frecvență, izolatorul este un element electronic cu două uși, care permite trecerea energiei electromagnetice într-o singură direcție, în timp ce în cealaltă trecerea este refuzată. În general, un izolator este realizat cu un circulator din care unul dintre cele trei porturi este echipat cu un rezistor de terminare. În acest fel, energia este transmisă între cele două porturi libere doar într-o singură direcție, deoarece cea transmisă în direcția opusă este direcționată pe rezistorul de terminare și transformată în căldură. O aplicație obișnuită a circulatorului este de a permite conectarea unui emițător și a unui receptor la aceeași antenă.
