知识点：玻璃绝缘子

我们每天的生活都离不开电，如果有一天突然没电了，我们的生活会变成什么样子，可能大部分人会无所适从。电力的稳定供给是支撑生活和社会的基础，可见安全稳定的输送电力是多么的重要。其中，绝缘子支撑着送电线，在铁塔和设备之间切实发挥着绝缘这一重要作用。即使细微瑕疵也会对社会带来巨大影响，因此始终要求绝缘子具有非常高的可靠性。

绝缘子的分类

1.陶瓷绝缘子

陶瓷绝缘子是传统的绝缘子，已经经历了100多年的发展，其产品从普通的35kV及以下电压等级发展到1100kV特高压电压等级。尽管上世纪60年代开发出玻璃绝缘子，80年代又出现了复合绝缘子，瓷绝缘子依靠自身的高电阻率、高介电强度、良好的机械性能以及在潮湿和腐蚀性环境中良好的散热和绝缘能力等优异性能，是电力输配送系统中最常用的材料。其中，介电强度和机械强度是生产优质瓷绝缘子必须考虑的两个最重要的决定性性能。

从左到右分别是悬式绝缘子、长棒绝缘子、支柱绝缘子和瓷套

图片来源于：日本碍子官网

瓷绝缘子有很多优点，如下：

（1）更环保：它是由天然材料通过简单的混合和固化制成的；可以与其他废物一起存放在垃圾堆中。它可以用作生产陶瓷和类似产品的回收材料。

（2）与聚合物相比，它的电气强度更高：干态瓷绝缘子作为电绝缘材料比聚合物具有更好的电性能，型式电测试显示更好的结果，在电荷和其他临时电现象产生的负载方面具有更长的使用寿命。

（3）具有高耐热性和强度，陶瓷可耐受高达1000℃的温度；有明显更高的抗表面降解能力，充电时不会降解或碳酸盐；表面对紫外线辐射的影响是稳定的。

（4）陶瓷绝缘子的表面高度光滑且坚硬，可抵抗啮齿动物、白蚁、鸟类和其他能够破坏聚合物完整性的动物。

（5）陶瓷绝缘子生产过程中的高可塑性、精密研磨的可能性以及非常容易粘合和良好机械性能的特点，使其有广泛的应用：接触器、隔离开关、设备变压器、电容器、也有极端表面的索环、非典型绝缘子（过滤器）

（6）陶瓷绝缘体高度玻璃化的表面使产品在高污染区域具有更好的自清洁性能；它在酸性和腐蚀性环境中具有很强的耐腐蚀性。

（7）陶瓷绝缘体与铸铁或铝结构使用传统胶结剂的组合可抵抗放电或电刷放电过程中的过渡现象。

（8）陶瓷材料在压力和硬度下能提供非常高的机械强度：除非施加外力，否则陶瓷绝缘体不会变形。它可保证长达40年的使用寿命。因此，为许多用户在众多应用中提供了长期的操作参考。

（9）修改设计以适应环境：产品在生产过程中提供多种形状。

（10）陶瓷绝缘体更好看：它具有永恒的设计。

根据化学组成的不同陶瓷绝缘子材料可以分为长石质瓷、硅质瓷和铝质瓷绝缘子等。

1. 长石质瓷

长石质瓷是将石英、长石、粘土按一定的比例混合烧制而成，瓷中的成分有石英、莫来石、玻璃相和气孔，其中60~80%的成分均为玻璃相和气孔，而石英仅占10~20%。该类型瓷的机械强度低，抗弯强度不超过50MPa，但因坯料具备良好的可塑性能且瓷的制备工艺简单，使得长石质瓷绝缘子在早期广泛应用于低压、低强度要求的输电线路上。

长石质普通瓷绝缘子

B.硅质瓷

硅质瓷与长石质瓷所用的主要原料相同，均为石英、长石和粘土，它是在长石质瓷的基础上，通过调节坯料中SiO₂的比例为60~70%，Al₂O₃的比例为20~25%而得到的较高强度瓷。瓷体中物相以石英和莫来石为主，较高含量的残留石英相使得瓷体的抗弯强度常低于120MPa。20世纪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倍机械强度的“石英-长石-粘土”系统的方石英质电瓷材料，材料中的晶粒结构均匀细小，含有莫来石、石英和大量方石英晶相，但方石英瓷因晶相难以控制，限制了其在国际市场的应用。

C.铝质瓷

铝质瓷主要是通过在瓷体中引入刚玉相（α-Al₂O₃）来提高瓷质强度，可分为中铝瓷和高铝瓷。中铝瓷中Al₂O₃含量一般在30~45%之间，高铝瓷中Al₂O₃含量一般在45%以上。与硅质瓷相比，铝质瓷中刚玉相的引入会增大瓷体的机械强度，瓷中石英含量较低，会减小石英晶型转变伴随的体积变化，提高瓷体的热稳定性。随着电压等级的不断提升，以Al₂O₃为原料研制高强度瓷逐步成为各瓷绝缘子生产制造企业的发展方向。铝质瓷绝缘子具有（1）机械强度高；（2）高温电气绝缘性能优异；（3）耐热温度高；（4）耐磨性好等特性。

氧化铝陶瓷绝缘子

2.钢化玻璃绝缘子

钢化玻璃绝缘子的主要成分是SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃等酸性氧化物与Na₂O、K₂O等碱性氧化物组成，原料为包括这些成分的硅砂、长石、硼砂、碳酸钙还有其他许多天然原料和工业药品。玻璃绝缘子具有一系列优点：（1）与瓷相比，它具有非常高的介电强度；（2）电阻率很高；（3）低热膨胀系数；（4）与瓷绝缘子相比，具有更高的抗拉强度；（5）由于它本质上是透明的，因此不会像瓷器那样在阳光下加热；（6）玻璃绝缘子体内部的杂质和气泡由于其透明性，很容易被检测到；（7）玻璃的使用寿命非常长，因为玻璃的机械和电气性能不受老化的影响；（8）玻璃比瓷器便宜。

钢化玻璃绝缘子

玻璃绝缘子的缺点是：（1）水分很容易凝结在玻璃表面上，因此空气灰尘会沉积在结合的玻璃表面上，这将为系统的泄漏电流提供路径；（2）对于更高电压的玻璃，不能铸造成不规则形状，因为不规则冷却会引起内部应变。

3. 复合绝缘子

复合绝缘子，又称为有机绝缘子，它的主要结构一般由伞裙护套、玻璃钢芯棒和端部金具三部分组成。其中伞裙护套一般由高温硫化硅橡胶、乙丙橡胶等有机合成材料制成，芯棒一般是玻璃纤维作增强材料、环氧树脂作基体的玻璃钢复合材料；端部金具一般是外表面镀有热镀锌层的碳素铸钢或碳素结构钢。芯棒与伞裙护套分别承担机械与电气负荷，从而综合了伞裙护套材料耐大气老化性能优越及芯棒材料拉伸机械性能好的优点。

复合绝缘子

复合绝缘子的优点有：（1）与瓷器和玻璃绝缘体相比，它非常轻巧；（2）由于复合绝缘子是柔韧的，因此破损的机会变得最小；（3）由于重量更轻、体积更小，这种绝缘子的安装成本更低；（4）与瓷绝缘子相比，它具有更高的抗拉强度；（5）它的性能更好，特别是在污染地区；（6）由于重量较轻的聚合物绝缘体对支撑结构施加的负载较小；（7）由于绝缘体的疏水性，需要较少的清洁。

同时复合绝缘子也存在一定的缺点：（1）如果核心和天气棚之间有任何不需要的间隙，水分可能会进入核心，这可能会导致绝缘体的电气故障；（2）端部接头的过度压接可能会导致芯部出现裂缝，从而导致聚合物绝缘体的机械故障。

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