Mit der Entwicklung der Energiewirtschaft, dem kontinuierlichen Ausbau der Übertragungskapazität und den steigenden Spannungspegeln von Übertragungsleitungen und Umspannwerken werden die Anforderungen an Isolatoren in Energiesystemen immer strenger. Traditionelle Porzellan- oder Glasisolatoren, die seit über 100 Jahren in Hochspannungsübertragungsleitungen verwendet werden, haben sowohl Vor- als auch Nachteile. Dazu gehören ihr Gewicht und ihre Zerbrechlichkeit, ihre geringe Verschmutzungsbeständigkeit und ihre Anfälligkeit für interne Isolationsdurchschläge. Daher besteht dringender Bedarf an einem neuen Isolatortyp, der traditionelle Porzellanisolatoren ersetzt. Mit der rasanten Entwicklung der chemischen Industrie und dem Aufkommen neuer Verbundwerkstoffe ist eine neue Generation von Isolatoren entstanden, die hauptsächlich aus organischen Materialien bestehen – Verbundisolatoren.
Verbundisolatoren sind eine ausgezeichnete Wahl für eine einfache Installation oder für den Einsatz in Bereichen mit hoher Verschmutzung. Sie bestehen aus einer Verbundstruktur aus zwei oder mehr Arten organischer Materialien. Die in Stromnetzen verwendeten Verbundisolatoren sind hauptsächlich stabförmige Hängeisolatoren.
Die Hauptstruktur des Isolators ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
1. Endbeschläge: Endbeschläge sind die metallischen Teile des Verbundisolators und dienen als mechanische Lastübertragungskomponenten. Sie verbinden den Isolator mit dem Mast und den Leitern, und ihre Qualität wirkt sich direkt auf die mechanische Festigkeit und Leistung des Verbundisolators aus.
2. Kernstab: Der Kernstab, auch als pultrudierter, glasfaserverstärkter Epoxidstab bekannt, ist der primäre lasttragende Teil des Verbundisolators und die Hauptkomponente der inneren Isolierung. Er muss eine hohe mechanische Festigkeit, hervorragende Isoliereigenschaften und Langzeitstabilität aufweisen. Das Kernstabmaterial ist typischerweise ein harzverstärkter, unidirektionaler, glasfaserpultrudierter Stab. Er fungiert als Rückgrat des Verbundisolators, stützt die Schirme, sorgt für die innere Isolierung, verbindet die Endstücke und trägt mechanische Lasten. Mit einer Zugfestigkeit von im Allgemeinen über 600 MPa ist der Kernstab doppelt so stark wie gewöhnlicher Stahl und 5-8-mal stärker als Porzellan. Darüber hinaus verfügt er über gute dielektrische Eigenschaften, ist chemikalienbeständig, biegeermüdungsbeständig, kriechfest und schlagfest.
3. Gehäuse: Die Gehäuse bilden den äußeren Isolierteil des Verbundisolators. Ihre Aufgabe ist es, eine hohe Beständigkeit gegen nasse und kontaminierte Überschläge zu gewährleisten und den Kernstab vor atmosphärischen Einflüssen zu schützen. Die Gehäuse sind den Außenbedingungen ausgesetzt, müssen rauem Wetter und industrieller Verschmutzung standhalten und können während des Betriebs unter Funkenentladungen oder teilweiser Lichtbogenerosion leiden. Daher müssen die Gehäuse eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen kontaminierte Überschläge, Kriechstromfestigkeit und Erosion sowie Beständigkeit gegen Ozon, hohe Temperaturen und atmosphärische Alterung aufweisen.
Zusätzliche Komponente
Klebeschicht: Die Klebeschicht ist die Schnittstelle zwischen dem Kernstab und dem Gehäuse und erstreckt sich zwischen den beiden Endstücken. Sie ist ein weiterer wichtiger Teil der inneren Isolierung des Verbundisolators. Eine schlechte Klebeschichtqualität kann zu einer Schwachstelle im Betrieb des Isolators werden.
Zusammen gewährleisten diese Komponenten die hervorragende elektrische Isolierleistung, mechanische Festigkeit und Haltbarkeit des Verbundisolators und machen ihn zu einem geeigneten Ersatz für herkömmliche Porzellanisolatoren, insbesondere in Hochspannungs- und verschmutzten Umgebungen.