Како изолатор спречава електричне грешке

Механизми електричне изолације изолотера

Блокирање струје кроз структуру високог отпора и пролаза

Изолатори спречавају електричне повреде јер блокирају ток користећи своје природне материјалне карактеристике. Ови материјали имају веома висок електрични отпор, често изнад 1010 ом-метара, што чини веома тешко да се електрони крећу кроз њих. То се дешава због нечега што се зове електронски пропад који је обично шири од 5 електрон волта. Када постоји та празнина, валентни електрони не могу да скоче до проводне ленте током нормалног оперативног напона, тако да се накнаде у основи заглаве и не крећу. Порцеланови изолатори са чврстим јездовима и различитим полимерским типовима раде на основу управо овог принципа, задржавајући струје за цурење у заливу чак и када су изложени дуготрајном напору напона. Да би се побољшале и даље перформансе, произвођачи стварају густе кристалне структуре у керамичким материјалима или користе повезане полимере који ограничавају где јони могу да путују. Само да поставим ствари у перспективу, бакар има отпорност од око 10 ^ 8 ом-метара. То значи да су изолациони материјали приближно 18 реда већи у спречавању струје.

Издржан напон напона путем диелектричке чврстоће и прага за разбијање

Добри изолациони материјали се носе са изненадним врховима напона јер имају оно што се назива висока диелектрична чврстоћа. То у основи значи колико притиска електричног поља (измерено у киловолтима по милиметру) материјал може да поднесе пре него што потпуно не успе. Већина уобичајених материјала као што су стакло и силиконска гума обично управљају између 10 и 40 кВ/мм, што побеђује обични ваздух који управља само око 3 кВ/мм. Када напони остану испод ових граница, могу се десити мали електрични пуцања, али обично не изазивају проблеме. Међутим, када се пређе тај праг, ствари се брзо покваре док се јони неконтролисано умножавају док се материјал не разорне. Зато инжењери увек користе додатну заштиту када дизајнирају изолационе системе, обично са циљем да се рад одржава на пола од онога што материјал може да носи. То даје простор за неочекиване догађаје као што су удари муња или флуктуације електричне мреже. И говорећи о материјалима, њихов квалитет је такође веома важан. Чак и мале количине влаге, метала или прљавштине на површини могу смањити диелектричну чврстоћу чак за две трећине, што чини изолацију бржим и пре него што се очекивало.

Превенција преплављења површине: потапање, загађење и хидрофобичност

Дизајн крепеге дистанце за продужење пута површине

Термин пролазна удаљеност у основи се односи на најкраћи пут преко површине изолатора који повезује различите енергетске компоненте. Када инжењери дизајнирају ове путеве, покушавају да спрече формирање нежељених струја. Увећавањем овог пута, заправо повећавамо отпор површине и успоравамо потенцијалне пролазе, јер електрична енергија мора да путује кроз отпорније слојеве загађења. Организације за стандардизацију као што је ИЕЦ 60815 одређују оно што се рачуна као минимално прихватљиве удаљености у зависности од тога колико је загађена одређена локација. Неки посебни дизајне у облику магле са дубоким ребрама могу да прошире стварну површину око 30 до можда чак 40 посто у поређењу са обичним глатким површинама. За оне подстанције непосредно поред океана где се сол свуда налази, потребне спецификације за плесње често достижу око 31 мм по киловолту или више. Ово помаже да се одржи добар ниво перформанси док се величина опреме одржава управљано.

Хидрофобне површине и сузбијање слојева проводног загађења

Свойство отпадања воде спречава настајање континуираних проводничких филмова на површини изолатора. Узмите, на пример, силиконску гуму која има оне нискоенергијске метилске групе на својој површини које стварају углове контакта изнад 90 степени. Због тога вода формира бисере уместо да се шири по материјалу. Када се вода не шири, загађивачи се не могу растворити и кретати по електролитским путевима. Уместо тога, ови контаминатори остају као одвојене честице и не повезују се између електрода. Полимерски изолатори заправо раде много боље од традиционалних порцеланих материјала када се баве влагом или загађивањем. Неки суперотпорни третмани за отпор воде одржавају углове контакта већи од 150 степени. Пољски тестови у близини обала показали су да ови третмани смањују ризик од преласка узрокованог контаминацијом за око две трећине. Дакле, хидрофобска својства раде на молекуларном нивоу заједно са побољшањима физичког дизајна како би се побољшала изолирачка ефикасност.

Путеви деградације изолатора и индикатори раног неуспеха

Термичко старење, делимична ерозија извора и ефекти хемијске контаминације

Изолаторни материјали имају тенденцију да се разбијају током времена кроз неколико повезаних процеса: топлотне оштећења, парцијално избацивање и хемијско натрупавање на површини. Сви ови фактори заједно ослабе електрична својства изолатора. Када температура пређе око 80 степени Целзијуса, материјал почиње да се брже разлага. За сваких 8 до 10 степени, живот изолације полимера се смањује на пола јер се молекули почињу разлагати и крхкости. Делимични испуштај ствара ситне канале унутар изолације када се локално случају мале искре. У лошим ситуацијама, то може у само неколико месеци смањити способност да се издржи напону за чак 70 до 90 посто. Индустријски загађивачи као што су сулфати из фабрика, сол из обалних подручја и кисела киша стварају проводни слојеви на површинама који повећавају струје цурења и доводе до опасних лука између сувих тачака. Ранне знаке упозорења укључују струје које излазе изнад 500 микроампера, трагове угљеника који се појављују на површини и чудни звуци крескања који долазе из опреме. Гледање ових сигнала омогућава поправку пре него што се порекло деси, што је веома важно на местима са пуно влаге или загађења где се све разбија 5-10 пута брже од нормалних услова.

Проактивно управљање поузданошћу изолатора

Када компаније усвоје проактивне стратегије управљања поузданошћу, виде велики пад неочекиваних неуспјеха опреме заједно са смањењем укупних трошкова током цикла живота производа. Прелазак од чекања на падеже пре него што заменимо делове значи имплементацију ствари као што су инфрацрвене скенирање за откривање проблема са топлотом, коришћење ултразвучних алата за проналажење електричних проблема и креирање мапа загађења кроз географске информационе системе. Следећи стандарде ПАС 55 помаже у стварању систематских рутина надзора где техничари месечно проверују површине на знаке хабања или пукотина, и трчановце проверавају тестове изолационих материјала како би се осигурало да и даље издрже. Према истраживању ARC Advisory Group из 2022. године, овакав приступ може смањити непланирано време простора за скоро три четвртине. Активи такође трају дуже када се распореди одржавања подударају са оним што се заправо дешава са опремом, а не следећи опште временске линије. Улажење сензорских података о изолаторима у системе одржавања усредсређене на поузданост чини мерења у реалном времену струја цурења или промена температуре на компонентама много кориснијим. Управници објеката добијају конкретне информације које им тачно говоре када поправке треба да се побрину на основу стварних услова, а не претпоставка.