电气绝缘体

绝缘体和历史的类型

绝缘体用于从微小电容器到巨型发电机的所有电气设备。工程师需要了解如何使用正确的绝缘体设计设备。不幸的是,绝缘体失败是电气设备停止工作的主要原因。

1.)基础知识
2.)普通绝缘材料名单
3.)绝缘电线
3.A)电线绝缘导则
4)。高压“绝缘体”
4.A)木材和玻璃
4. b)陶瓷制品
5)。时间轴
5.)制造商和创新者名单
6)。R. DeLair关于绝缘的评论
Thomas Edison和Charles Steinmetz测试后检查了损坏的绝缘体

基础知识

什么是电阻和电导率?

三类主要材料包括导体,半导体和绝缘体。绝缘体具有高抗性,我们还可以将它们描述为“低导电”。电导率:大多数金属是导电的,这意味着电子可以在给定方向上自由地流到不同的原子。金属具有松散的绑定,或允许这种情况发生的自由电子。另一方面的绝缘材料具有紧密束缚的价电子。理解原子水平的电导率需要一些基本了解化学。
更多的对电流(wiki) >

绝缘体有固体、液体和气体三种形式。请参阅下一节中更详细的示例列表。

电介质- 这些材料是不允许电力流过它们(是绝缘体)然而在存在电场的情况下,材料变偏。这种现象在电子器件中很有用。例如,我们在中间使用介电材料电容器因为它作为绝缘体,阻止直流电,但改变的极性允许能量通过。我们利用电磁化率的测量来了解给定的电介质极化的容易程度。你可以了解更多亚博体育官方app在这里的维基页面上的电介质。

2.)常见的绝缘材料清单


固体


粘土(陶瓷)(瓷器) - 这是高压和RF绝缘体的标准材料。
塑料- PVC,双苯甲酸酯,DEHP和其他塑料更换橡胶作为导线和其他部件的绝缘体。PVC和尼龙现在是最多类型的电线标准。
玻璃(二氧化硅,苏打灰和石灰石) - 该材料适用于电报和其他低压装置。今天仍然在某种程度上使用。
纸/纸板- 在某些情况下,纸张和纸板用作绝缘体,因为这些材料很便宜,可以在没有高热或高电压的情况下工作。
云母- 即使暴露于元素,这也是一个很好的稳定材料。在作为绝缘体的同时是一个很好的热导体。薄型云母易于冲压和成型,用于电气部件。云母对最常见的类型非常重要
电容器。
聚四氟乙烯(PTFE) - (聚四氟乙烯) - 湿滑,耐用,耐腐蚀,这款杜邦制造的材料用于电缆夹克。除了PTFE之外的其他形式包括FEP和ETFE。
PFA (Perfluoroalkoxy)-该物质耐化学侵蚀,透明,柔韧性优于PTFE。缺点是可以折叠的次数比PTFE少。它很适合在海洋附近应用,因为它可以抵抗盐雾。PFA的介电强度比PTFE高4倍。
橡胶- 自然和合成形式的橡胶用作1870年代之前的绝缘体直到20世纪50年代。塑料(特别是PVC)取代橡胶。
蜡和油- 在1880年代Edison使用了与亚麻籽油,蜂蜡和石蜡的特立尼达asPhaltum,以防止安装在铁管内的铜线。这用于耐用地下电源线。这是在纽约的着名珍珠街站使用。

气体
通常,当你把两个高压导体分开时,在露天中会形成电弧。在公用事业行业,我们使用特殊的非导电气体在一个紧凑的封装金属容器防止电弧形成。气体绝缘开关柜设计用于安全断开非常高的电压。有气体绝缘变压器以及其他设备。

液体
绝缘油(变压器油)-这种石油产品用作电绝缘体和导热导体。它把热的变压器线圈的热量传导出去。有些电容器也使用绝缘子油。


左:使用气体和陶瓷部件的气体绝缘开关设备
绝缘子失效及设计

绝缘必须由工程师设计为给定的目的。使其更厚,改变其形状和确定最佳材料是工程师工作的一部分。绝缘可以以各种方式失效,如果电压变得太高并超过了“击穿电压”电子将兴奋地兴奋到它们突出的稳定轨道,电流将通过材料并经常破坏绝缘体。


3.)电线绝缘

旋钮和管子

早期的内部接线包括用于电线和“旋钮和管”系统的编织护套,以防止电线远离木梁,并通过木梁(管)送电线。

看到我们的视频展示了它在这里的工作方式

左:Edish Tech Center的旋钮和管线显示的照片。亚慱足球网址多少超过100年后,一些历史房屋仍然有旋钮和管线。

柔性线材绝缘

多年来,电线绝缘材料从橡胶变成了复杂的聚合物。材料工程师一直致力于降低老式绝缘子技术的负面性能,这里是他们测试的性能清单。

避免的负性质:

  • 随着时间的推移而变脆——材料变硬,产生裂纹,导致短裤
  • 将固体转化为液体 - 失去固体特性并分解为“GOOP”
  • 加强 - 随着年龄的灵活性丧失,这可以实现带有移动部件的机器
  • 耐热性-它是否会随着时间和暴露在高温下改变性能
  • 极端耐寒-当在低温高压直流应用和极端寒冷的纬度时要考虑的一些东西
  • 抗紫外线-材料在阳光下保持或分解时间

家庭的绝缘电线
右侧:现代romex与聚合物绝缘电缆布线,左侧有旧橡胶,带布编织护套。

橡胶用于隔离线:

许多类型的橡胶用于电线和设备。Gutta Percha - 一种天然乳胶产品一段时间,但被硫化橡胶替换。当化学家开发了能够承受更高的热量和抗蚀剂和任何橡胶的腐蚀性时,橡胶时代的末端被密封。有关更多信息,请参阅本文末尾对橡胶的评论。

现代钢丝绝缘

现代电线常用PVC用线性邻苯二甲酸盐和透明尼龙的夹套进行塑化,用于热和耐油性。油可以溶解塑料,因此具有尼龙涂层是重要的。今天的线性邻苯二甲酸齐甲酸齐升可以高达105摄氏度。有许多专用类型的电线,独特的绝缘材料包括聚酰亚胺。

磁丝用PI涂层


电线绝缘导则

3.a)普通导线绝缘指南



将顶部列入底部:

现代:黑色夹克服务电缆专为户外使用而设计。XHHW交联聚乙烯。

现代:3个尺寸romex.。尼龙涂层聚氯乙烯

历史性:Type-Se.20世纪50年代的电缆,氯丁橡胶绝缘,薄聚脂色黑色和读取颜色编码。

历史:早期PVCromex.电缆从20世纪50年代。该电缆在铜周围具有热塑料绝缘。玻璃纤维和棉质外套带铝涂料

现代:乙烯基扬声器和弦- Thalite塑化PVC,额定高达300伏特

历史性:POSJ 32.早期扁平弦,橡胶绝缘棉辫子,整体隔热橡胶(第一个Zip Chord)。

历史性:sjtwa.- PVC硬业务和弦,塑化PVC

历史性:三层电话和弦,橡胶绝缘,棉辫子涂漆。

历史性:型号r橡胶覆盖的房子线。铜用焊料镀锡,以保持橡​​胶绝缘粘附到铜中。烟花外套保护橡胶。

历史性:c型灯和弦1880年代- 1970年代。棉编织橡胶绝缘体

历史性:钟线, 低电压。两种棉花包裹并用蜡处理。蜡在一起保持棉,并提供一些防潮性。


4)。“绝缘子”用于高压电力传输

电力传输背景下的绝缘体描述了电线和其他设备的支撑结构。虽然旋钮和管道接线过渡到柔性绝缘体中,但在高压电力传输中发现的更高电压仍然是相同的,因为除了悬挂电线(使用周围空气作为绝缘体)或埋地之外,没有其他经济方式隔离HV线路。

电力传输中的绝缘体的设计目的是:
1.将电线与结构支架分开
2.停止光线桥接间隙,因此这意味着绝缘不仅仅用于电线中的电流量
3.通过抵抗绝缘体上的油,水和污垢的堆积来停止地面短裤(这是拆卸设计的原因)

陶瓷绝缘体

以上:三个主要尺寸的绝缘子:低电压〜120 V,中4K-60KV,高压60-700kV
4.A)木材和玻璃绝缘体

干木材是一定程度的绝缘体,虽然它不是一个好的,所以早期的电力开拓者开始使用玻璃。电报线以下在电力公用线和玻璃有效地用于电报线,因为电压低。在高压功率(1870年代的年龄)之前,电力主要用于电报和电话技术。那时有些人包括一个年轻的托马斯爱迪生建造系统,使用玻璃瓶安装在钉子上粘在树木和杆上。

随着电报线在世界玻璃公司和瓶子制造商围绕着世界玻璃公司和瓶子制造商添加了绝缘子进入其产品线。国家绝缘体协会已经记录了这一历史在他们的网站上。

4. b)陶瓷

高压给绝缘子设计带来了新的问题。玻璃在高温下会碎裂,无法承受一定的高温,所以捷克陶器是解决办法。在19世纪80年代的新电气革命中,陶工大师被雇佣来制作瓷器产品。简单地改变现有的陶瓷产品只是一个临时的解决方案,因为对更高电压的需求出现在19世纪90年代。亚博体育官方app化学家和材料工程师帮助设计了具有特殊涂层和设计的高性能瓷绝缘体。

瓷器绝缘体的横截面

威廉科克是通用电气绝缘体领域的先驱他发明了现在著名的“裙涂层”绝缘子设计,这种设计有一系列的脊。他的一个设计是第一个处理超过10000伏电压的。

威廉·瑟马克(William Cermak)来自捷克的Kasejovice,这是一个以玻璃和陶瓷而闻名的地区。在纽约期间,Cermak在Bergmann and Company工作,开发小型陶瓷绝缘体。他与通用电气的传动工程师一起开发了“电瓷”。他的家人继续在斯克内克塔迪的68号大楼工作了几十年。威廉的儿子弗兰克·塞马克(Frank Cermak)在20世纪中期开始先进的绝缘体设计。

了解更多关于他的生活亚博体育官方app这里

5)。紧凑的时间表和列表:


以下是一个非常短的时间轴,介绍了一些历史上最重要的事件:亚搏体育苹果app下载
1880年- Volta开发电池,戴维斯演示了碳弧灯,即期的电力开始。木材,丝绸和植物产品用于包裹电缆或握线。
1844年- 塞缪尔F.B.莫尔斯发送第一条电报消息。他喜欢别人在他之前继续使用设备下方的平板木板作为绝缘体来保持电线。
1840年代-1870年代- 这是电报的年龄,当时玻璃成为主要的绝缘体类型。
1883年- 电工常见的是使用旧的气体灯具来保持灯泡的电线。没有适当的绝缘火花,可以在雷风暴中看到。当时的跑线在当今的观点中非常不专业!
1891- Oerlikon公司为法兰克福线提供Lauffen的绝缘体。这是第一个真正的3阶段交流电源的长途演示。
Lauffen法兰克福绝缘子

1893年-威斯汀豪斯:为了名人
从尼亚加拉瀑布到布法罗输电线路的瓷绝缘子额定电压为11000伏特,在绝缘子技术发展到可以处理22000伏特之前,一直暂时使用
1930年代- 在20世纪40年代之后开发了PVC绝缘并进入主流使用
20世纪50年代- 天然橡胶化合物用于电气接线直至20世纪50年代

5.a)杰出的绝缘体制造商和创新者名单:


匹兹堡高压绝缘公司
通用电气公司。斯克内克塔迪的作品
西屋
ABB
欧瑞康
哈勒绝缘子公司

国家绝缘子公司
在1900年之前,有许多公司生产玻璃绝缘体有关涉及的许多公司的更多详细信息,请参阅NIA网站。

如果您喜欢绝缘体的主题,您可能有兴趣加入国家绝缘子协会。该小组收集并讨论通信和电力公用事业绝缘子。

6.)关于ETC居民专家Rick Delair的绝缘评论:

亚博体育官方app关于橡胶和乙烯绝缘

硬皮开发了含碳的黑色橡胶,并提出了硫化碳的过程。一些早期电线可能有印度橡胶用于绝缘,但Gutta Percha也很常见,我在早期刀开关上有一些GP线。由于绝缘强度较低(介电强度),它必须比后期的橡胶化合物厚。我看到了带红色橡胶和黑色橡胶甚至是白色橡胶的电线,我认为实际上是印度橡胶。天然橡胶化合物至少在2050年代早期的金属绝缘材料中使用,甚至以后。氯丁橡胶橡胶根本不是“橡胶”,是塑料。它还获得增塑剂的灵活性,我认为它含有脂族油。它们可能已经使用邻苯二甲酸二癸酸酯(DIDP),以及氯丁橡胶。

PVC乙烯基绝缘在1930年代后期开始,第二次世界大战后起飞。使用的第一塑料是邻苯二甲酸酯(CP)和邻苯二甲酸二辛基酯(DOP),现在称为邻苯二甲酸二-2-乙基己基(DEHP)。仍然使用今天。如果今天使用,邻苯二甲酸酯(CP)很少。用这些增塑剂塑化的电线分别适用于55-60℃和75摄氏度。如今,现代型ThHN(THWN)使用PVC用线性邻苯二甲酸酯塑化,并通过夹紧尼龙夹持,用于热和耐油。油将溶剂化物,去除大多数增塑剂,尼龙夹套使油远离PVC,加上线性邻苯二甲酸盐不是液体增塑剂,但是半固体,糊状物,糊状,更耐油和脂肪溶剂。现代绳索,如SPT-1,SPT 2,SPT 3,以及SJTWA硬盘服务线均使用线性邻苯二甲酸盐,但一些便宜的东西仍然使用DEHP!真正的线性邻苯二甲酸脊帘线具有105摄氏度。中国制造的电线可以是DEHP或DIDP塑造,但仍然有105 C的评级,这是伪造的!它们应该是最多85℃。也有更多的绝缘。

- 里克迪尔

阅读更多信息 电线绝缘的历史在我们这里的页面>

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本文由MW和Rick DeLair撰写。惠兰通讯摄影。

来源:
乔治·威斯汀豪斯的一生,亨利·g·普劳特著,1921年
美国制造商和铁世界。Vol 77,1905年7月6日
PFA和聚四氟乙烯。不同的Between.net。2015
聚四氟乙烯绝缘电线。Dacon Systems, Inc. 2015
爱迪生他的生命和发明。由Frank Lewis Dyer。2013年
《爱迪生技术中心乙基瑟马克访谈》,2006年亚慱足球网址多少
三明治玻璃博物馆。三明治,马
光的细分。作者未列出。
男性和伏特,一般电气的故事。由John Winthrop Hammond
价电子。Bodner Research Web。purdue.edu.
气体绝缘开关设备。abb.com。2015
国家绝缘子协会。nia.org。2015

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