¿De qué materiales están hechos los aisladores modernos?

Materiales de aisladores modernos.

Hoy, en todas partes de nuestro planeta, en la tierra y bajo el agua, hay líneas eléctricas. Solo en el territorio de la antigua Unión Soviética, la longitud de todas las líneas eléctricas es tal que es muchas veces mayor que la longitud del ecuador. Y ninguna línea eléctrica aérea puede prescindir del uso de aisladores en la actualidad. Gracias a los aisladores, fue posible construir sistemas de energía confiables y estables con un voltaje operativo constante de hasta 0,5 megavoltios.

Una gran cantidad de aisladores diferentes, cada uno de los cuales es adecuado para resolver sus propios problemas, son estructuralmente diferentes, pero al mismo tiempo bastante funcionales. Proporcionan un aislamiento fiable de las líneas eléctricas de alta tensión de los soportes conductores, ya que las propiedades dieléctricas de los materiales aislantes lo garantizan.

Cada una de las secciones del aislador, como el aislador en su conjunto, sirve durante todo el período de funcionamiento de la línea de alta tensión, por lo que el requisito principal para el aislador es la durabilidad. Y el material del aislador está obligado a proporcionar esta condición. Los principales materiales de los aisladores son el vidrio, la porcelana y los polímeros.

El vidrio utilizado en los aisladores no es ordinario, está hecho de vidrio templado, que es particularmente duradero, y los aisladores de suspensión basados ​​​​en él, ensamblados en la guirnalda, tienen excelentes propiedades dielectricas, mientras que el precio es bastante bajo para productos de este tipo que son tan importantes.

La porcelana tiene la mayor resistencia entre los materiales aislantes tradicionales. Es capaz de soportar incluso los rayos sin dolor, debido al hecho de que la masa de porcelana en bruto es plástica, y la forma se puede dar de la manera más óptima, de modo que la configuración del aislador terminado resulta ser la menos vulnerable incluso a tal un gran fenómeno atmosférico.

Aisladores de polímero: la solución más moderna, comenzaron a fabricarse y aplicarse hace relativamente poco tiempo. Los aisladores de polímero para líneas eléctricas son duraderos, tienen excelentes propiedades dieléctricas y su producción no está asociada con grandes costos de materiales. Para cientos de kilovoltios, un aislador de polímero no funcionará, pero para decenas de kilovoltios, un aislador de polímero es exactamente lo que necesita. A continuación, veremos en detalle los materiales de los aisladores modernos.

La producción de aisladores a base de caucho de silicona, que se viene desarrollando en los últimos años, es una solución más progresiva.

Caucho de silicona: eso es todo caucho que es de naturaleza elástica… Por esta razón, el caucho de silicona se usa ampliamente como material aislante para cables muy flexibles. En general, en el sector energético se utilizan diversos cauchos: estireno-butadieno, butadieno, silicio-silicio y etileno-propileno, además del natural. El caucho de organosilicio se basa en poliorganosiloxanos.

En esta fórmula, R son radicales orgánicos. El tipo de radicales determina las características del caucho de silicona.La cadena principal puede contener tanto silicio como oxígeno, así como nitrógeno, boro y carbono. En consecuencia, esto dará como resultado cauchos de siloxano, borosiloxano y sílice.

El caucho de organosilicio se obtiene por vulcanización del caucho, es decir, las moléculas se entrecruzan en complejos espaciales. Un enlace químico está formado por radicales o por grupos OH y H terminales. La reacción se lleva a cabo por exposición a la radiación o por el uso de agentes químicos a altas temperaturas, el fabricante suministra la masa lista para la vulcanización.

El caucho de silicona de silicio puro no tiene altas propiedades eléctricas; resulta frágil, vulnerable al ozono ya la luz. Por lo tanto, para obtener un aislante suficientemente fiable, se necesita un material compuesto a base de caucho de silicona. Para lograr una calidad aceptable, se agrega un relleno de refuerzo activo, que es dióxido de titanio y nanopolvos de sílice. El resultado es un material con propiedades aceptables. Aquí están las especificaciones promedio:

• Densidad: 1350 kg/m3;

• Resistencia al desgarro: 5 MPa;

• Capacidad calorífica: 1350 J/kg-K;

• Conductividad térmica: 1,1 W/m-k;

• Rigidez eléctrica: 21 kV/mm;

• tangente de pérdidas dieléctricas: 0,00125;

• Resistencia superficial específica: 50,5 TΩ;

• Resistencia a granel: 5,5 TΩ-m.

• Constante dieléctrica: 3,25.

Como resultado, con respecto al caucho de silicona, se puede observar que sus propiedades electrofísicas son satisfactorias, la conductividad térmica es lo suficientemente alta y la resistencia mecánica deja mucho que desear. Notable resistencia a la luz, al ozono, al aceite. Temperaturas de funcionamiento en el rango de -90 ° C a + 250 ° C. El material es impermeable, pero resistente al aceite y permeable al gas.

Porcelana.Hablando de porcelana, porcelana eléctrica para aisladores, recuerda que es un mineral artificial a base de arcilla, cuarzo y feldespato. El producto final se obtiene por tratamiento térmico mediante tecnología cerámica.

Las propiedades más notables de la porcelana eléctrica son la resistencia al calor, la resistencia química, la resistencia a las influencias atmosféricas, la resistencia eléctrica y mecánica y el bajo costo. En base a estas ventajas, la porcelana se utiliza para fabricar aisladores. Aquí están sus especificaciones promedio:

• Densidad: 2400 kg/m3;

• Resistencia al desgarro: 90 MPa;

• Capacidad calorífica: 1350 J/kg-K;

• Conductividad térmica: 1,1 W/m-k;

• Rigidez eléctrica: 27,5 kV/mm;

• tangente de pérdidas dieléctricas: 0,02;

• Resistencia superficial específica: 0,5 TΩ;

• Resistencia a granel: 0,1 TΩ-m.

• Constante dieléctrica: 7.

Si comparamos la porcelana y el caucho de silicona, entonces, en comparación con el caucho, la porcelana es frágil, muy pesada, tiene un alto tangente de pérdidas dieléctricas.

En cuanto al vidrio, el vidrio electrotécnico, en comparación con la porcelana, tiene una base de materia prima más estable, su tecnología de producción es más simple, más fácil de automatizar y, lo más importante, es fácil identificar el mal funcionamiento o daño del aislador a simple vista. Romper una serie de aisladores de vidrio hace que la falda dieléctrica caiga al suelo y romper la porcelana no daña la falda. El aislante de vidrio dañado es inmediatamente visible y para el diagnóstico de porcelana se debe recurrir al uso de dispositivos adicionales, dispositivos de visión nocturna.

Químicamente, el vidrio eléctrico es un conjunto de óxidos de sodio, boro, calcio, silicio, aluminio, etc. En realidad es un líquido muy, muy espeso.El vidrio eléctrico es diferente del vidrio alcalino ordinario, es un vidrio bajo en álcali, no se agrieta ni se empaña durante la operación. Aquí están sus características:

• Densidad: 2500 kg/m3;

• Resistencia al desgarro: 90 MPa;

• Capacidad calorífica: 1000 J/kg-K;

• Conductividad térmica: 0,92 W/m-k;

• Rigidez eléctrica: 48 kV/mm;

• tangente de pérdidas dieléctricas: 0,024;

• Resistencia superficial específica: 100 TΩ;

• Resistividad volumétrica específica: 1 TOM-m.

• Constante dieléctrica: 7.

Las desventajas de los aislantes de vidrio incluyen un alto consumo de energía en la producción de vidrio eléctrico, ya que debe cocinarse durante mucho tiempo.