Stromleitungsisolator

Leistungsisolatoren

Isolatoren werden in elektrischen Geräten verwendet, um elektrische Leiter zu stützen und zu trennen, ohne dass Strom durch sie selbst fließt. Ein Isoliermaterial, das in großen Mengen zum Umwickeln von Elektrokabeln oder anderen Geräten verwendet wird, wird als Isolierung bezeichnet. Der Begriff Isolator wird auch spezifischer verwendet, um Isolierstützen zu bezeichnen, die zum Anbringen von Stromverteilungs- oder Übertragungsleitungen an Strommasten und Sendemasten verwendet werden. Sie tragen das Gewicht der aufgehängten Drähte, ohne dass der Strom durch den Turm zur Erde fließt.

Abbildung 1 - Freileitung in Gloucestershire, England.

Abbildung 2 - Keramikisolator für elektrifizierte Eisenbahnen

Beschreibung

Für Stromversorgungsanwendungen können mit dem elektrostatischen Analysemodul von EMS 3D-Modelle von Elektrodengeräten und Stromleitungsisolatoren analysiert werden (Abbildung 3).

Das in diesem Beispiel interessierende Modell ist ein Stromleitungspol mit einem dreiphasigen Isolationsschema. Die Zentralphasenleitung (Abbildung 4) arbeitet mit einer Phase-Masse-Spannung von 80 kV effektiv (Phase-Phase-Spannung von 138,56 kVeff). Die obere und untere Leitung arbeiten mit 40 kV Effektivwert. Das Feld wird am Punkt der Wechselstromwellenformen berechnet, wenn die Mittenphasenspannung ihren Höhepunkt erreicht. Das Modell besteht aus Aluminiumleiterleitungen und Kupferklemmen (Abbildung 5). Die Klemmen verbinden die Leiter mit den Isolatoren aus Silikongummi und Glasfaser, die wiederum mit dem Turm verbunden sind. Das elektrostatische Modul bestimmt das elektrische Feld und das Verschiebungsfeld aufgrund der oben genannten Bedingungen.

Diese Felder können in vollständigen 3D-Plots und 2D-Plots angezeigt werden, die das Feld an bestimmten Positionen im Modell zeigen. Beispielsweise wird das elektrische Feld entlang eines Segments (Abbildung 6) erhalten, das durch die Luft verläuft, sowie entlang des Silikongummi-Isolators.

Abbildung 3 - Stromleitung mit dreiphasigem Isolationsschema Abbildung 4 - Nahaufnahme des Mittelphasenisolators




Abbildung 5 - Nahaufnahme des Mittelphasenisolators. Abbildung 6 - Schnittansicht des Mittelphasenisolators
mit Glasfaser- und Silikonkautschukkomponenten




Abbildung 7 - 3D-Modell des Isolators

Studie

Das elektrostatische Modul von EMS wird verwendet, um das elektrische Feld, das Verschiebungsfeld, das Potential und die elektrostatische Kraftdichte zu berechnen. Außerdem wird von EMS ein wichtiger Parameter berechnet, der der Sicherheitsfaktor ist. Der Parameter wird verwendet, um die Durchschlagspannung von Materialien ohne Konditor zu identifizieren.
Materialien
Bei der elektrostatischen Analyse von EMS ist die erforderliche Materialeigenschaft die relative Permittivität und die Durchschlagfestigkeit, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Ergebnisse

Die Ordner enthalten das elektrische Feld E, die elektrische Verschiebung D, die Potentialverteilung V, die Kraftdichte F und den oben genannten Sicherheitsfaktor. Die Ergebnistabelle enthält die elektrostatische Energie und die Gesamtladung in den festen Spannungskörpern. Darüber hinaus können alle Ergebnisse in verschiedenen Formaten wie Streifen-, Vektor-, Kontur-, Schnitt-, Linien- und Schnittdiagrammen dargestellt werden. Die Ergebnisse können einfach exportiert und seziert werden.
Nachdem alle Komponenten außer der Faser und dem Isolator ausgeblendet wurden, wird das folgende Diagramm des elektrischen Feldes (Abbildung 8) erhalten:

Abbildung 8 - Elektrisches Feld im Isolator und in der Faser (Randdiagramm)


Abbildung 9 - Entwicklung des elektrischen Feldes zwischen zwei Punkten am Ende der Faser




Abbildung 10 - Potenzial im gesamten Modell




Abbildung 11 - Sicherheitsfaktor

Wie in der Abbildung (Abbildung 11) oben gezeigt, beträgt der Maximalwert 0,378. In unserem Modell liegt also keine Durchbruchspannung an.

Fazit

Um zu prüfen, ob eine Durchbruchspannung vorliegt, wird der Ordner Sicherheitsfaktor in den EMS-Ergebnissen verwendet. Es gibt den Wert des Verhältnisses zwischen elektrischem Feld und Spannungsfestigkeit in einem bestimmten Punkt an. Wenn der Sicherheitsfaktor 1 erreicht, besteht an diesem Punkt die Gefahr einer Durchbruchspannung. Das elektrostatische Modul von EMS hilft, die Durchbruchspannung und den Koronaeffekt in solchen Anwendungen zu vermeiden.

Verweise

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Insulator_(electricity)