Les isolateurs de ligne électrique peuvent isoler parce que leurs matériaux isolants ont une résistance électrique et une résistance diélectrique très élevées, empêchant un courant important de circuler entre le conducteur sous tension et la tour mise à la terre ou la structure de support.En même temps, leur structure mécanique maintient le conducteur physiquement soutenu tout en maintenant le dégagement électrique et la distance de fuite requis.

Pour les projets internationaux de transport et de distribution, cependant, les performances d'isolation ne sont pas déterminées par la seule résistance des matériaux. Un isolant de ligne électrique fiable doit résisterTension de fonctionnement, surtensions temporaires, impulsions de foudre, charges mécaniques, pollution, humidité, changements de température et vieillissement environnementalPendant toute sa durée de vie.

Par conséquent, lors de l'achat d'isolateurs pour un projet EPC ou un appel d'offres international, les acheteurs doivent évaluer leMatériau isolant, caractéristiques de tenue électrique, distance de fuite, distance d'arc, résistance mécanique, conception de profil, normes applicables et rapports de testComme un système intégré.

Quelle est la fonction de base d'un isolant de ligne électrique?

Un isolant de ligne électrique a deux fonctions fondamentales: il sépare électriquement le conducteur des structures mises à la terre et supporte mécaniquement le conducteur.

Un système aérien de transport d'énergie doit transporter l'énergie électrique à travers des conducteurs tout en gardant ces conducteurs isolés de:

• Tours de transmission
• Pôles
• Crossarms
• Structures de sous-station
• Fils de terre
• Autre matériel conducteur

Cela crée une exigence d'ingénierie fondamentale:

Le conducteur doit être relié mécaniquement à la structure porteuse sans y être relié électriquement.

C'est le rôle de l'isolant.

Par exemple, dans une disposition de suspension de ligne de transmission typique:

Conducteur → Chaîne d'isolant → Tour

Le conducteur est mécaniquement supporté par la colonne isolante, tandis que le corps isolant empêche le courant de circuler du conducteur sous tension vers la tour mise à la terre.

C'est pourquoi un isolant n'est pas simplement un morceau de matériau non conducteur. Il est unComposant mécanique et électrique fonctionnant simultanément.

Les matériaux isolants contiennent très peu de porteurs de charge se déplaçant librement dans des conditions normales de fonctionnement, ce qui leur confère une résistance électrique extrêmement élevée.Le courant électrique nécessite des porteurs de charge mobiles.

Dans les conducteurs métalliques tels que le cuivre ou l'aluminium, les électrons peuvent se déplacer relativement facilement à travers le matériau.

Dans les matériaux isolants tels que:

• Porcelaine électrique
• Verre trempé
• Caoutchouc silicone
• Autres matériaux diélectriques

Les électrons sont beaucoup plus fortement liés dans le matériau.

En conséquence, sous tension de fonctionnement normale, il n'y a pas de chemin facile pour un courant important de se déplacer à travers la masse de l'isolateur.Cela produit une très haute résistance entre les 2 raccords conducteurs.

Conceptuellement:

Matériau conducteur → de nombreux porteurs de charge mobiles → flux de courant élevé

Matériau isolant → très peu de porteurs de charge mobiles → flux de courant extrêmement faible

C'est la raison fondamentale pour laquelle unUn isolant de ligne électrique à haute tension peut isoler un conducteur sous tension d'une tour mise à la terre.

Cependant, "très haute résistance" ne signifie pas résistance infinie.Un isolant réel peut subir une petite quantité de courant de fuite.L'objectif technique est de maintenir ce courant suffisamment faible et d'empêcher qu'il ne se transforme en une décharge électrique dommageable.

Qu'est-ce qui rend la porcelaine et le verre électriques bons matériaux isolants?

La porcelaine électrique et le verre trempé ont une résistivité élevée, une bonne résistance diélectrique et des propriétés stables dans les conditions environnementales rencontrées par les systèmes d'alimentation extérieurs. Différents matériaux isolants ont des propriétés physiques et électriques différentes.

Porcelaine électrique

La porcelaine électrique est largement utilisée dans:

• Isolateurs de suspension
• Isolateurs de goupille
• Isolateurs de poteau
• Isolateurs de poste de ligne
• Isolateurs de sous-station

Ses avantages comprennent:

• Haute résistance électrique
• Bonne résistance diélectrique
• Résistance mécanique
• Faible absorption d'eau lorsqu'elle est correctement fabriquée
• Bonne résistance au rayonnement ultraviolet

Verre trempé

Le verre trempé est un autre matériau largement utilisé pour les isolateurs de disques de suspension.

Ses propriétés pertinentes comprennent:

• Capacité d'isolation électrique élevée
• Transparence élevée
• Bonne résistance à l'exposition aux UV
• Haute résistance mécanique
• Performance extérieure stable
• Identification visuelle des unités cassées

Matériaux composites

Les isolants composites combinent généralement:

• Noyau polymère renforcé de fibre de verre
• Boîtier en caoutchouc silicone
• Raccords d'extrémité en métal

Leur comportement isolant provient des propriétés diélectriques des matériaux polymères et de la géométrie de l'isolant complet.

La rigidité diélectrique décrit la quantité de champ électrique qu'un matériau isolant peut supporter avant que la panne électrique ne se produise.Une ligne électrique peut fonctionner à des dizaines, des centaines, voire des centaines de kilovolts.L'isolant doit empêcher le champ électrique appliqué de provoquer une panne à travers son matériau isolant.Chaque matériau isolant a une limite.

Si le champ électrique devient suffisamment fort, les électrons peuvent gagner suffisamment d'énergie pour initier des processus qui provoquent une panne électrique.

Cela peut entraîner:

• Ponction interne
• Flashover de surface
• Arcing électrique
• Dommages permanents d'isolation

Par conséquent, la sélection de l'isolant doit prendre en compte non seulement la tension de fonctionnement normale, mais également les contraintes électriques anormales.

Pour les projets de transport, ceux-ci peuvent inclure:

• Surtensions temporaires
• Les surtensions de commutation
• Impulsions de foudre
• Conditions de défaut

C'est pourquoi les spécifications des appels d'offres internationaux incluent normalement des exigences de tenue électrique plutôt que de simplement indiquer la tension du système.

Quelle est la différence entre la résistance d'isolation et la résistance diélectrique?

La résistance d'isolation décrit la force avec laquelle un isolant résiste à la circulation du courant, tandis que la résistance diélectrique décrit la contrainte électrique que l'isolation peut supporter avant la rupture.

Ces 2 concepts sont liés mais pas identiques.

Résistance d'isolation

Cela concerne la quantité de courant qui traverse le matériau isolant sous une tension spécifiée.

Une résistance plus élevée signifie généralement un courant de fuite inférieur.

Résistance diélectrique

Cela concerne la contrainte de champ électrique ou de tension maximale que le matériau peut supporter avant que la panne ne se produise.

Un matériau peut donc avoir une résistance très élevée sous tension normale mais nécessite toujours une épaisseur et une géométrie appropriées pour résister à des contraintes électriques élevées.

L'électricité peut se déplacer le long d'une surface isolante dans certaines conditions, mais l'isolateur est conçu avec une distance de fuite, une géométrie de profil et un dégagement électrique suffisants pour éviter toute décharge superficielle dangereuse.

C'est l'un des concepts les plus importants pour comprendre les isolateurs extérieurs.La masse de l'isolant peut être fortement résistive.Cependant, sa surface est exposée à l'environnement.Au fil du temps, la surface peut s'accumuler:

• Poussière
• Sel
• Particules industrielles
• La poussière de ciment
• Contamination agricole
• Dépôts de fumée
• Autres polluants

Lorsque ces contaminants deviennent humides, la surface peut devenir partiellement conductrice.Un courant de fuite peut alors circuler le long de la surface.Si la contrainte électrique devient suffisamment élevée, un arc en bande sèche peut se développer.Finalement, un arc peut combler une partie importante de l'isolation et causerEmbrasement.C'est pourquoi un isolant de ligne électrique a besoin de plus qu'un matériau hautement résistif.Elle nécessite également uneGéométrie de surface.

Pourquoi la distance de fuite et le dégagement sont-ils importants?

La distance de fuite contrôle le chemin de fuite de surface, tandis que le dégagement électrique fournit la distance d'air la plus courte entre les pièces conductrices; les deux sont essentiels à une isolation extérieure fiable.Ces deux distances sont souvent confondues.

Distance de fuite

La distance de fuite est la distance la plus courte mesurée le long de la surface isolante entre les raccords conducteurs.

Il devient particulièrement important dans des conditions polluées et humides.

Dégagement

Le jeu électrique est associé à la distance la plus courte à travers l'air entre les composants conducteurs.

L'autorisation est particulièrement importante lorsque vous traitez avec:

• Impulsions de foudre
• Commutation des surtensions
• Contrainte électrique de Puissance-fréquence
• Conditions d'altitude élevée

Par conséquent:Géométrie de dégagement de distance de fuite d'isolation matérielle = système d'isolation externe complet

Pour un projet EPC, il ne suffit pas toujours de spécifier "distance de fuite minimale".La spécification technique doit également établir les dégagements électriques et les niveaux de tenue pertinents.

Isolateurs haute tensionUtilisez les propriétés des matériaux soigneusement conçus, les dimensions, les distances de surface, les dégagements d'air et les unités d'isolation multiples pour distribuer et résister aux contraintes électriques élevées.

Un seul petit morceau de matériau isolant ne peut pas nécessairement résister aux exigences électriques d'une ligne de transmission à haute tension. Au lieu de cela, les systèmes de transmission utilisent des structures isolantes spécialement conçues. Pour les systèmes de suspension, plusieurs unités de disques peuvent être connectées en série:

Tour → Disque → Disque → Disque → Disque → Conducteur

Ajouter des unités augmente:

• Longueur totale de l'isolation
• Distance de fuite
• Capacité de tenue électrique

Le nombre exact dépend de la conception du projet.

Les systèmes d'isolation haute tension s'appuient donc surConception au niveau du système, Plutôt que d'utiliser simplement un matériau avec une valeur de résistance élevée.

Pourquoi les isolateurs de ligne électrique sont-ils conçus avec des hangars?

Les hangars augmentent le chemin de fuite efficace tout en aidant à contrôler les effets de la pluie, de la contamination et de l'humidité sur la surface de l'isolateur.

Si un isolant était simplement une pièce de matériau cylindrique lisse, son chemin de fuite de surface pourrait être relativement court.

Les hangars créent un chemin de surface plus long dans une longueur physique compacte.

Ils peuvent également influencer:

• Drainage de l'eau
• Accumulation de contamination
• Mouillage de surface
• Lavage naturel
• Formation de bande sèche
• Performance du flashover de la pollution

Différents environnements peuvent nécessiter différentes conceptions de hangar.

Par exemple:

• Profils standard
• Profils anti-pollution
• Profils de type brouillard
• Conceptions de Long-creepage

La pollution peut créer une couche de surface conductrice qui augmente le courant de fuite et peut éventuellement conduire à un arc de bande sèche et à un embrasement de la pollution.Un isolant extérieur est continuellement exposé à l'environnement.La contamination peut s'accumuler avec le temps.Dans des conditions sèches, la couche de pollution peut ne pas causer immédiatement un problème grave.

Mais lorsque l'humidité est introduite:

Pollution Humidité → Couche superficielle conductrice

Le courant de fuite résultant peut chauffer des parties de la surface et produire des zones sèches.Ces bandes sèches ont une résistance électrique beaucoup plus élevée que la surface humide environnante.

La tension se concentre alors sur les bandes sèches.Cela peut déclencher des arcs électriques.

Si les arcs s'étendent suffisamment:

Arc à bande sèche → Extension d'arc → Flashover de surface

C'est pourquoi la gravité de la pollution est une considération majeure lors de la sélection des isolateurs de ligne à haute tension.

Pourquoi l'eau ne fait-elle pas toujours échouer un isolant?

L'eau propre a généralement une conductivité limitée par rapport à une surface contaminée, et les isolants correctement conçus utilisent la géométrie et la distance de fuite pour gérer le mouillage de la surface. C'est une distinction importante. L'eau pure ou relativement propre est un mauvais conducteur par rapport aux matériaux métalliques. Cependant, la vraie eau de pluie extérieure n'est pas parfaitement pure. Plus important encore, une surface isolante peut déjà contenir des contaminants. Lorsque l'humidité dissout les polluants solubles, le film de surface résultant peut devenir beaucoup plus conducteur.

Pourquoi un isolant endommagé peut-il cesser d'isoler correctement?

Les dommages physiques peuvent réduire le chemin isolant efficace, créer des défauts internes, affaiblir le support mécanique ou créer des conditions de panne électrique.

Différents matériaux ont différentes caractéristiques de défaillance.

Porcelaine

Les fissures, les perforations, les défauts internes ou les dommages mécaniques peuvent compromettre les performances d'isolation.

Verre trempé

De graves dommages peuvent faire éclater le corps en verre, rendant l'unité défaillante visuellement identifiable.

Isolateurs composites

Les dommages au boîtier, au noyau, aux joints ou aux interfaces peuvent affecter les performances d'isolation à long terme.

C'est pourquoi le contrôle de qualité est essentiel.

Pour un appel d'offres international, les acheteurs devraient vérifier que le fabricant a des procédures appropriées pour:

• Inspection des matières premières
• Inspection de processus
• Inspection dimensionnelle
• Essais électriques
• Essais mécaniques
• Tests de routine
• Inspection finale

Un isolateur de ligne électrique doit supporter des charges mécaniques tout en fournissant une isolation électrique, de sorte que les performances électriques seules ne sont pas suffisantes.Les isolateurs de ligne de transmission peuvent subir des forces mécaniques importantes provenant de:

• Poids du conducteur
• Tension du conducteur
• Vent
• Glace
• Installation
• Conditions de court-circuit
• Mouvement conducteur
• Charges matérielles de chaîne

Un isolateur de suspension remplit donc 2 fonctions:

Isolation électrique

Et

Transfert de charge mécanique

Par exemple, un isolateur à disque en porcelaine ou en verre peut avoir une charge mécanique spécifiée, telle que:

• 40 kN
• 70 kN
• 100 kN
• 120 kN
• 160 kN
• 210 kN
• 240 kN
• Cotes plus élevées pour les applications spéciales

Pourquoi les isolateurs de ligne électrique doivent-ils résister à la foudre?

La foudre peut produire des impulsions de tension bien supérieures à la tension de fonctionnement normale, de sorte que le système d'isolation externe doit être conçu pour résister à des contraintes d'impulsion spécifiées. Une ligne de transmission peut fonctionner en continu à une tension définie, mais la foudre introduit une condition électrique très différente.

Une impulsion de foudre a:

• Très haute tension
• Durée très courte
• Augmentation rapide de tension

Le système d'isolation doit donc avoir une résistance adéquate aux impulsions.

C'est pourquoi les spécifications techniques des isolateurs haute tension peuvent inclure:

• Tension de tenue d'impulsion de foudre
• Tension de tenue de Puissance-fréquence
• Exigences de tenue aux impulsions de commutation pour les classes de tension applicables

Pour les projets EPC, ces paramètres doivent être coordonnés avec l'étude globale de coordination de l'isolation du projet.

Pourquoi les isolateurs sont-ils testés avant d'être livrés?

Les essais permettent de vérifier que l'isolant fabriqué répond aux exigences électriques, mécaniques, dimensionnelles et de performance des matériaux avant d'être installé dans le réseau électrique. Un projet de transmission peut nécessiter des milliers d'unités isolantes individuelles.

Une panne de service peut entraîner:

• Pannes de ligne
• Coûts d'entretien
• Risques de sécurité
• Les coûts de remplacement
• Retards du projet

L'assurance qualité est donc essentielle. Selon la norme applicable, les essais peuvent inclure:

Tests électriques

• Puissance-fréquence résister
• Impulsion résister
• Tests liés à la perforation, le cas échéant

Essais mécaniques

• Charge à défaut mécanique
• Vérification de charge mécanique
• Essais thermo-mécaniques là où spécifié

Inspections matérielles et dimensionnelles

• Inspection de porcelaine
• Inspection du verre
• Inspection des raccords métalliques
• Vérification dimensionnelle
• Inspection des vitrages
• Inspection de galvanisation

Tests de routine

Des tests de routine sont effectués pendant la production pour identifier les unités défectueuses avant expédition.

Pour l'approvisionnement international, les acheteurs doivent faire la distinction entre:

Tests de typeDémontrer qu'une conception satisfait aux exigences spécifiées.

Tests de routine-Vérifier la qualité des unités fabriquées ou des lots de production selon les besoins.

Le matériau détermine une grande partie de la capacité d'isolation en vrac, tandis que la conception physique détermine l'efficacité avec laquelle l'isolateur gère le stress électrique, les fuites de surface, la contamination et l'exposition environnementale.Considérons 2 isolants fabriqués à partir du même matériau.

Ils peuvent encore avoir des performances différentes en raison de différences dans:

• Diamètre
• La géométrie du shed
• Distance de fuite
• Espacement
• Profil
• Arrangement de raccord
• Longueur totale

Par conséquent, un isolant doit être traité comme unComposant électrique machiné, Pas simplement un bloc de matériau isolant.

Que se passe-t-il si un isolant de ligne électrique échoue?

Une défaillance de l'isolateur peut provoquer une rupture électrique, des défauts de conducteur à terre, une perte de support mécanique ou une interruption de service, selon le mode de défaillance.

Les mécanismes de défaillance possibles comprennent:

• Ponction électrique
• Flashover de surface
• Pollution flashover
• Rupture mécanique
• Fissuration
• Échec du raccord
• Ciment-défaillance de l'interface
• Dégradation grave de l'environnement

Les conséquences peuvent inclure:

• Pannes de ligne de transmission
• Dommages à l'équipement
• Intervention de maintenance
• Remplacement des cordes d'isolateur
• Dangers pour la sécurité
• Fiabilité du réseau réduite

Cela explique pourquoi l'approvisionnement en isolateurs devrait être traité comme unFiabilité-décision d'achat critiquePlutôt qu'un simple achat de matériel.

1. pourquoi les isolateurs de ligne électrique peuvent-ils isoler l'électricité?

Les isolateurs de ligne électrique utilisent des matériaux présentant une résistance électrique et une rigidité diélectrique très élevées, ce qui limite considérablement le flux de courant entre les conducteurs sous tension et les structures mises à la terre.

2. quels matériaux sont utilisés pour fabriquer des isolateurs de ligne électrique?

Les matériaux courants comprennent la porcelaine électrique, le verre trempé et les matériaux polymères composites tels que le caoutchouc de silicone combiné avec des noyaux renforcés de fibre de verre.

3. un isolateur peut-il arrêter complètement le courant électrique?

Aucun matériau isolant réel n'a une résistance infinie. Un très faible courant de fuite peut exister, mais l'isolant est conçu pour le maintenir dans des limites acceptables.

4. pourquoi un isolant haute tension a-t-il besoin d'une distance de fuite?

La distance de fuite fournit un chemin de surface plus long pour le courant de fuite et aide à réduire le risque de flashover de surface, en particulier lorsque la pollution et l'humidité sont présentes.

5. quelle est la différence entre la distance de fuite et le dégagement?

La distance de fuite suit la surface isolante, alors que le dégagement se rapporte à la distance appropriée la plus courte par l'air entre les pièces conductrices.

6. Pourquoi les lignes de transmission utilisent-elles plusieurs disques isolants?

Plusieurs disques peuvent être connectés en série pour fournir la longueur d'isolation globale requise, la distance de fuite, la résistance mécanique et la capacité de tenue électrique pour les applications à haute tension.

7. Pourquoi la pollution peut-elle rendre un isolant conducteur?

Les polluants déposés sur la surface peuvent se dissoudre ou devenir conducteurs lorsqu'ils sont mouillés, créant un chemin de courant de fuite le long de la surface de l'isolant.

8. Le verre et la porcelaine peuvent-ils tous deux être utilisés pour les lignes de transmission à haute tension?

Oui. Le verre trempé et la porcelaine électrique sont des matériaux établis pour l'isolation des lignes de transmission, à condition que le produit sélectionné réponde aux exigences électriques, mécaniques, environnementales et standard du projet.