Сравнение изоляторов из разных материалов. Преимущества и недостатки

Основные материалы, используемые для производства изоляторов это: фарфор, стекло и полимеры. Рассмотрим достоинства и недостатки каждого материала для изоляторов.

Сравнение материалов для производства изоляторов

Фарфоровые изоляторы

Фарфор изготавливается из высококачественной белой глины, называемой каолином. Фарфор имеет наивысшую прочность среди традиционных материалов изоляторов. Наиболее высокой механической прочностью обладают изоляторы, в которых фарфор работает на сжатие. Материал изолятора устойчив ко всем, кроме плавиковой кислоты, агрессивным химическим выбросам промышленных предприятий. Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 30–40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины.  Для контроля состояния изоляторов при процессах изготовления и эксплуатации достаточно достоверных и эффективных методик.

Преимущества фарфоровых изоляторов

  • Механическая прочность и электрические свойства не изменяются в течение всего срока эксплуатации
  • Не деформируются,
  • Материал устойчив к воздействию ультрафиолета, солнечной радиации, агрессивным выбросам химических предприятий,
  • Нулевая водопроницаемость,
  • Негорючесть,
  • Высокие диэлектрические свойства практически исключают возможность пробоя изолятора.

Недостатки фарфоровых изоляторов

  • Значительный вес,
  • Высокая хрупкость, высокая вероятность повреждения при упаковке, перевозке и хранении.

Керамические изоляторы

Керамика дешевле в производстве, чем фарфор. Керамические изоляторы, в отличие от фарфоровых, производятся не из белой глины каолин, а из красной, коричневой или белой пористой глины. Если керамика глазурована, то глазурь запекается только в верхнем слое.  Несмотря на то, что керамические изоляторы очень твёрдые, они могут стать хрупкими в экстремально холодную погоду и легко ломаться. Достоинства и недостаки керамических изоляторов в целом сходны с фарфоровыми при меньшей стоимости.

Стеклянные изоляторы

Изоляторы из закаленного стекла постепенно вытесняют фарфоровые изоляторы. Стекло по механической прочности не уступает фарфору и лучше работает на сжатие. Стеклянные изоляторы в процессе изготовления подвергаются закалке: нагреваются до температуры примерно 700 °C и затем обдуваются холодным воздухом. Во время закалки наружные слои стекла твердеют значительно раньше внутренних, поэтому при последующей усадке внутренних слоев в толще стекла образуются растягивающие усилия. Такая предварительно напряженная конструкция имеет высокую прочность на сжатие. Электрическая прочность стекла в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 45 кВ/мм.

Преимущества стеклянных изоляторов:

  • Любое повреждение легко определяется визуально,  не требуются периодические проверки под напряжением,
  • Механическая прочность и электрические свойства не изменяются в течение всего срока эксплуатации,
  • Не деформируются,
  • Материал устойчив к воздействию ультрафиолета, солнечной радиации, агрессивным выбросам химических предприятий,
  • Обладают нулевой водопроницаемостью,
  • Не горючи,
  • Высокие диэлектрические свойства практически исключают возможность пробоя изолятора

Недостатки стеклянных изоляторов:

  • Значительный вес,
  • Высокая хрупкость,
  • Высокая энергоемкость при производстве электротехнического стекла.

Полимерные изоляторы

Полимеры – продукт органической химии. Химические и физические свойства полимеров непрерывно изменяются, что вызвано непрекращающимся химическим процессом, продолжающимся до полного распада полимеров на мономеры. Из-за старения полимера и при повышенных температурах уменьшается механическая прочность. Ультрафиолетовое излучение и солнечная радиация ускоряет старение полимера. Материал подвержен влиянию практически всех выбросов металлургических и химических производств, является водопроницаемым и пожароопасным.  Полимерные изоляторы наружной установки изготовляются из эпоксидных компаундов на основе циклоалифатических смол, из кремнийорганической резины, из полиэфирных смол с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта. 

Преимущества полимерных изоляторов:

  • Более устойчивы к актам вандализма,
  • Высокая механическая прочность,
  • Высокая стойкость к перенапряжению,
  • Устойчивость к атмосферным загрязнениям,
  • Простота и удобство монтажа,
  • Низкий вес.

Недостатки полимерных изоляторов:

  • При старении и воздействии высоких температур уменьшается механическая и электрическая прочность,
  • Стареют под воздействием ультрафиолета и солнечной радиации,
  • На поверхности изолятора из-за электрических разрядов возможно появление треков и, как следствие, эрозия.
  • Водопроницаемы,
  • Пожароопасны,
  • Подвержены воздействию выбросов металлургических и химических производств,
  • Не рекомендуется применять в разъединителях класса напряжения 220 кВ и более,
  • Высокий риск пробоев при разгерметизации.

Полимерные изоляторы НТЦ Энерго-Ресурс производятся из эпоксидного компаунда ЭД20 по самой современной технологии эпоксидного формования с вакуумной подготовкой, литьем под давлением подогретого компаунда в полированную форму и имеют неоспоримые преимущества по-сравнению с полиамидными, фенопластовыми и керамическими изоляторами того же класса.

Эпоксидные VS Фенопластовые

Фенопласты — это термореактивные полимеры на основе фенолоформальдегидных смол, они имеют высокие физико-механические свойства — прочность, коррозионностойкость, отличную электроизоляционность. Несколько десятилетий назад это был один из самых популярных типов полимеров.

Преимущества фенопластовых изоляторов:

  • Низкая стомость,
  • Небольшой удельный вес,
  • Высокая механическая прочность,
  • Низкая теплопроводность,
  • Возможность окрашивания.

Недостатки фенопластовых изоляторов:

  • В процессе призводства изоляторов внутри них могут образовываться полости, в которых конденсируется влага,
  • Малая адгезия к металлам — металлические закладные могут прокручиваться и разрушать изолятор,
  • Высокая хрупкость.

Эпоксидные изоляторы по-сравнению с фенопластовыми обладают повышенной адгезией к металлам – гайка не выпадает и не прокручивается, при монтаже их можно закручивать с необходимым усилием.

Эпоксидные VS Полиамидные

Полиамиды — пластмассы на основе линейных синтетических высокомолекулярных соединений, материал неорганического происхождения, синтизированный из нефти, газа или древесного угля. В механике и электротехнике полиамиды — это широко применяемые инженерные пластики, разновидности — капролон или полиамид ПА 6, нейлон, химическое обозначение – PA.

Достоинства изоляторов из полиамидов:

  • Небольшой удельный вес,
  • Высокие диэлектрические свойства,
  • Высокая степень износоустойчивости и прочности,
  • Устойчивость к ударным нагрузкам,
  • Устойчивость к факторам внешней среды, в том числе и к УФ-лучам,
  • Возможность окрашивания.

Недостатки изоляторов из полиамидов:

  • Повышенное влагопоглащение,
  • Наличие усадочных раковин, что приводит к слизыванию граней закладных деталей.

Эпоксидные изоляторы по-сравнению с изоляторами из полиамида гладкие, без утяжин и трещин за счет очень низкой усадки материала. Особенностью конструкции пресс-форм для изготовления полимерных изоляторов является наличие литникового канала, по которому компаунд поступает в полость пресс-формы. После изготовления в  пресс-форме у изделий имеется литник (остаток компаунда, застывшего в канале), который срезается. Матовый след среза литника остается на поверхности изделий и сколом не является.

Полимерные изоляторы из незащищенной эпоксидной смолы плохо переносят солнечный свет (УФ излучение). Спустя примерно шесть месяцев нахождения под ярким солнечным светом начинается распад эпоксидной смолы. Дальнейшее облучение вызывает меление и неизбежное ее разрушение с потерей всех физических свойств. Поэтому из стандартных эпоксидных смол полимерные изоляторы производятся в климатическом исполнении УХЛ2. Решение проблемы наружного применения полимерных изоляторов лежит в защите эпоксидной смолы при помощи краски либо лака, содержащих УФ защиту.  НТЦ ЭНЕРГО-РЕСУРС выпускает под заказ любые полимерные изоляторы из своего каталога в исполнении УХЛ1.

Опорные изоляторы для электровозов НТЦ ЭНЕРГО-РЕСУРС из прессматериала BMC.

Полиэфирный стеклонаполненный прессматериал BMC  (Bulk moulding compound) представляет собой листовой прессматериал, с двух сторон защищенный полимерной пленкой. В его состав также входят полиэфирные ненасыщенные смолы, рубленое стекловолокно, дисперсный минеральный наполнитель, инициатор, пигменты и прочие добавки. Использование различных типов смол и других основных компонентов (минеральные наполнители, компенсаторы усадки, усиливающие волокна, пигменты и пр.) делают ВМС одним из наиболее разнообразных и многогранных технических конструкционных материалов в мире полимеров и позволяют реализовывать изделия с самыми разнообразными свойствами и характеристиками. На сегодняшний день изделия из BMC практически не имеют себе равных по соотношению стоимости и характеристик. Помимо высоких прочностных характеристик, изделия из BMC обладают термической (более 200о С), химической и коррозийной стойкостью.

Основное преимущество BMC – возможность массового выпуска изделий. За счет использования ненасыщенных полиэфирных смол, время полимеризации составляет несколько минут (около 1 мин. на 1 мм толщины изделия). Преимуществами BMC являются:

  • высокая коррозионная стойкость изделий,
  • низкий коэффициент теплового расширения, совместимый со сталями,
  • высокая химическая стойкость.
  • стойкость к УФ-излучению,
  • морозоустойчивость,
  • трудногорючесть.

Преимущества прессматериала BMC перед прессматериалами АГ-4В или ДСВ (фенольные стекловолокниты):

  • по прочностным и электрическим свойствам полиэфирныы прессматериал BMC не уступает прессматериалам АГ-4В/ДСВ, а по некоторым даже превосходит;
  • время выдержки под давлением (время цикла при переработке) у BMC в 3-4 раза меньше, чем у АГ-4В/ДСВ;
  • полиэфирные прессматериалы не требуют предварительного гранулирования/таблетирования, по сравнению с АГ-4В, который часто экструдируют для облегчения   дозирования   и    укладки   в   прессформу.  Эти подготовительные операции снижают реальную прочность используемого материала на 30-70% по сравнению с указанной в ГОСТе;
  • BMC более безопасен для здоровья человека. Полиэфирные прессматериалы имеют третий класс опасности по ГОСТ 12.1.005, по сравнению с фенопластами  АГ-4В, которые имеют более высокий, второй класс опасности и прессматериалами ДСВ, в состав которого входят фенол и формальдегид, выделяющиеся при переработке и относящиеся ко второму классу опасности. Согласно справочным данным, вдыхая запах при подготовке и прессовании фенопластов, переработчик вдыхает воздух с содержанием вредных веществ больше ПДК, что следует из свойств данных материалов.

Из прессматериала BMC производятся изоляторы для электровозов 6ТЕ.280.008, 6ТН.280.046, 6ТН.280.048.

Изоляторы с оболочкой из кремнийорганической резины (силикона)

Главное преимущество полимерных изоляторов с кремнийорганической (силиконовой) защитной оболочкой — высокая грязестойкость. Уникальное свойство кремнийорганики, которое и обеспечивает высокую грязестойкость — сохранение гидрофобности поверхности на протяжении всего срока службы изделия. В условиях загрязнения токи утечки у полностью смоченного фарфорового изолятора со сплошной водяной пленкой на поверхности и у кремнийорганического — с капельным водяным слоем могут отличаться в десятки раз, а разрядные характеристики – в несколько раз. Такие изоляторы имеют высокую электрическую прочность и достаточную трекинг-стойкость. Высокая механическая прочность полимерных изоляторов достигается посредством армирования их стеклопластиком. Применение полимерных изоляторов на линиях электропередачи позволяет существенно уменьшить массу подвесных изоляторов. 

Преимущества изоляторов с оболочкой из кремнийорганической резины

  • Высокая стойкость к воздействию кислот и щелочей, к ультра-фиолетовому облучению,
  • Трекинго-эрозинная стойкость,
  • Высокие гидрофобные свойства,
  • Лёгкий вес,
  • Стойкость к актам вандализма,
  • Устойчивы к ошибкам персонала при монтаже и эксплуатации.

По теме

Типы изоляторов. Основные характеристики

ГОСТы по изоляторам

Популярные товары

Изоляторы полимерные всех типов

Индикаторы наличия напряжения 6-35 кВ

X