我們每天的生活都離不開電，如果有一天突然沒電了，我們的生活會(huì)變成什么樣子，可能大部分人會(huì)無所適從。電力的穩(wěn)定供給是支撐生活和社會(huì)的基礎(chǔ)，可見安全穩(wěn)定的輸送電力是多么的重要。其中，絕緣子支撐著送電線，在鐵塔和設(shè)備之間切實(shí)發(fā)揮著絕緣這一重要作用。即使細(xì)微瑕疵也會(huì)對(duì)社會(huì)帶來巨大影響，因此始終要求絕緣子具有非常高的可靠性。

絕緣子的分類

1.陶瓷絕緣子

陶瓷絕緣子是傳統(tǒng)的絕緣子，已經(jīng)經(jīng)歷了100多年的發(fā)展，其產(chǎn)品從普通的35kV及以下電壓等級(jí)發(fā)展到1100kV特高壓電壓等級(jí)。盡管上世紀(jì)60年代開發(fā)出玻璃絕緣子，80年代又出現(xiàn)了復(fù)合絕緣子，瓷絕緣子依靠自身的高電阻率、高介電強(qiáng)度、良好的機(jī)械性能以及在潮濕和腐蝕性環(huán)境中良好的散熱和絕緣能力等優(yōu)異性能，是電力輸配送系統(tǒng)中最常用的材料。其中，介電強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瓷絕緣子必須考慮的兩個(gè)最重要的決定性性能。

從左到右分別是懸式絕緣子、長(zhǎng)棒絕緣子、支柱絕緣子和瓷套

圖片來源于：日本礙子官網(wǎng)

瓷絕緣子有很多優(yōu)點(diǎn)，如下：

（1）更環(huán)保：它是由天然材料通過簡(jiǎn)單的混合和固化制成的；可以與其他廢物一起存放在垃圾堆中。它可以用作生產(chǎn)陶瓷和類似產(chǎn)品的回收材料。

（2）與聚合物相比，它的電氣強(qiáng)度更高：干態(tài)瓷絕緣子作為電絕緣材料比聚合物具有更好的電性能，型式電測(cè)試顯示更好的結(jié)果，在電荷和其他臨時(shí)電現(xiàn)象產(chǎn)生的負(fù)載方面具有更長(zhǎng)的使用壽命。

（3）具有高耐熱性和強(qiáng)度，陶瓷可耐受高達(dá)1000℃的溫度；有明顯更高的抗表面降解能力，充電時(shí)不會(huì)降解或碳酸鹽；表面對(duì)紫外線輻射的影響是穩(wěn)定的。

（4）陶瓷絕緣子的表面高度光滑且堅(jiān)硬，可抵抗嚙齒動(dòng)物、白蟻、鳥類和其他能夠破壞聚合物完整性的動(dòng)物。

（5）陶瓷絕緣子生產(chǎn)過程中的高可塑性、精密研磨的可能性以及非常容易粘合和良好機(jī)械性能的特點(diǎn)，使其有廣泛的應(yīng)用：接觸器、隔離開關(guān)、設(shè)備變壓器、電容器、也有極端表面的索環(huán)、非典型絕緣子（過濾器）

（6）陶瓷絕緣體高度玻璃化的表面使產(chǎn)品在高污染區(qū)域具有更好的自清潔性能；它在酸性和腐蝕性環(huán)境中具有很強(qiáng)的耐腐蝕性。

（7）陶瓷絕緣體與鑄鐵或鋁結(jié)構(gòu)使用傳統(tǒng)膠結(jié)劑的組合可抵抗放電或電刷放電過程中的過渡現(xiàn)象。

（8）陶瓷材料在壓力和硬度下能提供非常高的機(jī)械強(qiáng)度：除非施加外力，否則陶瓷絕緣體不會(huì)變形。它可保證長(zhǎng)達(dá)40年的使用壽命。因此，為許多用戶在眾多應(yīng)用中提供了長(zhǎng)期的操作參考。

（9）修改設(shè)計(jì)以適應(yīng)環(huán)境：產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中提供多種形狀。

（10）陶瓷絕緣體更好看：它具有永恒的設(shè)計(jì)。

根據(jù)化學(xué)組成的不同陶瓷絕緣子材料可以分為長(zhǎng)石質(zhì)瓷、硅質(zhì)瓷和鋁質(zhì)瓷絕緣子等。

A.長(zhǎng)石質(zhì)瓷

長(zhǎng)石質(zhì)瓷是將石英、長(zhǎng)石、粘土按一定的比例混合燒制而成，瓷中的成分有石英、莫來石、玻璃相和氣孔，其中60~80%的成分均為玻璃相和氣孔，而石英僅占10~20%。該類型瓷的機(jī)械強(qiáng)度低，抗彎強(qiáng)度不超過50 MPa，但因坯料具備良好的可塑性能且瓷的制備工藝簡(jiǎn)單，使得長(zhǎng)石質(zhì)瓷絕緣子在早期廣泛應(yīng)用于低壓、低強(qiáng)度要求的輸電線路上。

長(zhǎng)石質(zhì)普通瓷絕緣子

B.硅質(zhì)瓷

硅質(zhì)瓷與長(zhǎng)石質(zhì)瓷所用的主要原料相同，均為石英、長(zhǎng)石和粘土，它是在長(zhǎng)石質(zhì)瓷的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)坯料中SiO₂的比例為60~70%，Al₂O₃的比例為20~25%而得到的較高強(qiáng)度瓷。瓷體中物相以石英和莫來石為主，較高含量的殘留石英相使得瓷體的抗彎強(qiáng)度常低于120 MPa。20世紀(jì)60年代初，日本人就能利用特有的陶石原料研制出了高于普通瓷1.5倍機(jī)械強(qiáng)度的“石英-長(zhǎng)石-粘土”系統(tǒng)的方石英質(zhì)電瓷材料，材料中的晶粒結(jié)構(gòu)均勻細(xì)小，含有莫來石、石英和大量方石英晶相，但方石英瓷因晶相難以控制，限制了其在國(guó)際市場(chǎng)的應(yīng)用。

C.鋁質(zhì)瓷

鋁質(zhì)瓷主要是通過在瓷體中引入剛玉相（α-Al₂O₃）來提高瓷質(zhì)強(qiáng)度，可分為中鋁瓷和高鋁瓷。中鋁瓷中Al₂O₃含量一般在30~45%之間，高鋁瓷中Al₂O₃含量一般在45%以上。與硅質(zhì)瓷相比，鋁質(zhì)瓷中剛玉相的引入會(huì)增大瓷體的機(jī)械強(qiáng)度，瓷中石英含量較低，會(huì)減小石英晶型轉(zhuǎn)變伴隨的體積變化，提高瓷體的熱穩(wěn)定性。隨著電壓等級(jí)的不斷提升，以Al₂O₃為原料研制高強(qiáng)度瓷逐步成為各瓷絕緣子生產(chǎn)制造企業(yè)的發(fā)展方向。鋁質(zhì)瓷絕緣子具有（1）機(jī)械強(qiáng)度高；（2）高溫電氣絕緣性能優(yōu)異；（3）耐熱溫度高；（4）耐磨性好等特性。

氧化鋁陶瓷絕緣子

2.鋼化玻璃絕緣子

鋼化玻璃絕緣子的主要成分是SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃等酸性氧化物與Na₂O、K₂O等堿性氧化物組成，原料為包括這些成分的硅砂、長(zhǎng)石、硼砂、碳酸鈣還有其他許多天然原料和工業(yè)藥品。玻璃絕緣子具有一系列優(yōu)點(diǎn)：（1）與瓷相比，它具有非常高的介電強(qiáng)度；（2）電阻率很高；（3）低熱膨脹系數(shù)；（4）與瓷絕緣子相比，具有更高的抗拉強(qiáng)度；（5）由于它本質(zhì)上是透明的，因此不會(huì)像瓷器那樣在陽光下加熱；（6）玻璃絕緣子體內(nèi)部的雜質(zhì)和氣泡由于其透明性，很容易被檢測(cè)到；（7）玻璃的使用壽命非常長(zhǎng)，因?yàn)椴ＡУ臋C(jī)械和電氣性能不受老化的影響；（8）玻璃比瓷器便宜。

鋼化玻璃絕緣子

玻璃絕緣子的缺點(diǎn)是：（1）水分很容易凝結(jié)在玻璃表面上，因此空氣灰塵會(huì)沉積在結(jié)合的玻璃表面上，這將為系統(tǒng)的泄漏電流提供路徑；（2）對(duì)于更高電壓的玻璃，不能鑄造成不規(guī)則形狀，因?yàn)椴灰?guī)則冷卻會(huì)引起內(nèi)部應(yīng)變。

3.復(fù)合絕緣子

復(fù)合絕緣子，又稱為有機(jī)絕緣子，它的主要結(jié)構(gòu)一般由傘裙護(hù)套、玻璃鋼芯棒和端部金具三部分組成。其中傘裙護(hù)套一般由高溫硫化硅橡膠、乙丙橡膠等有機(jī)合成材料制成，芯棒一般是玻璃纖維作增強(qiáng)材料、環(huán)氧樹脂作基體的玻璃鋼復(fù)合材料；端部金具一般是外表面鍍有熱鍍鋅層的碳素鑄鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼。芯棒與傘裙護(hù)套分別承擔(dān)機(jī)械與電氣負(fù)荷，從而綜合了傘裙護(hù)套材料耐大氣老化性能優(yōu)越及芯棒材料拉伸機(jī)械性能好的優(yōu)點(diǎn)。

復(fù)合絕緣子

復(fù)合絕緣子的優(yōu)點(diǎn)有：（1）與瓷器和玻璃絕緣體相比，它非常輕巧；（2）由于復(fù)合絕緣子是柔韌的，因此破損的機(jī)會(huì)變得最小；（3）由于重量更輕、體積更小，這種絕緣子的安裝成本更低；（4）與瓷絕緣子相比，它具有更高的抗拉強(qiáng)度；（5）它的性能更好，特別是在污染地區(qū)；（6）由于重量較輕的聚合物絕緣體對(duì)支撐結(jié)構(gòu)施加的負(fù)載較小；（7）由于絕緣體的疏水性，需要較少的清潔。

同時(shí)復(fù)合絕緣子也存在一定的缺點(diǎn)：（1）如果核心和天氣棚之間有任何不需要的間隙，水分可能會(huì)進(jìn)入核心，這可能會(huì)導(dǎo)致絕緣體的電氣故障；（2）端部接頭的過度壓接可能會(huì)導(dǎo)致芯部出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致聚合物絕緣體的機(jī)械故障。

總的來說，絕緣子是為了保證輸電固定桿、輸電線、輸電線上各部分部件以及大地之間的絕緣性良好，是為了避免電力輸送過程中輸電線和其余導(dǎo)體接觸造成回路而導(dǎo)致電路短路，在電力方面有著舉足輕重的作用。

參考資料：

1. 胡雪巖。瓷絕緣子用高鋁質(zhì)瓷配方的研究（湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）

2. 張勝強(qiáng)。淺談高壓送電線路絕緣子的選用（廣東電網(wǎng)公司惠州供電局）

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