绝缘子,顾名思义,它的作用就是隔绝导体,在电力系统中发挥着重要作用。例如电线杆上、变压器外壳上、高压铁塔上、甚至动车上等,都可以看到它们的身影。这些绝缘子在外形上多多少少都有着像蘑菇一样有圆弧盘。那么,它们长这样是为了好看吗?显然不是的。
可以说,如果没有绝缘子,电力系统将无法正常工作,例如电线杆上若没有绝缘子,电线与杆上的水泥钢筋之间将发生接地故障。
说到电线杆的例子,可能就有人问了,那直接用绝缘导线不就行了吗?若是380V/220V的低压电线倒还好,它们线径较小,传输距离也较短,但若是中高压的架空线,本来线径就较大,若还加绝缘层,导线的重量也会大大增加,且电压越高绝缘层就越难实现。另外,有绝缘层的存在,还会降低从导体到大气的热传递率,导体产生的热量被困在绝缘层和导体之间,这可能会导致电线过热而损坏。
基于此,架空导线基本都是裸导线。既然导线是裸露的,那么就不得不解决导线与电线杆或铁塔之间的绝缘问题了。简单的解决方案是在需要的地方放置一个绝缘体,它被放置在电线和横担之间,这样就可以将电线与横担完美隔离了。
但有一个小问题,导线与横担之间存在电场,其电场线穿过绝缘体和周围空气,且分布是不均匀的。所有的电闪络都是通过空气发生的,所以我们主要是观察空气周围的电场。
电场在空气中的分布是越靠近绝缘体,其电场线越密,这意味着越靠近绝缘体,其空气分子就越容易被电离,并发生电闪络现象。那该怎么办呢?
其实很简单,这只不过是添加一个简单圆盘的问题。添加圆盘明显减少了空气中的电场线数量,即使电场强度相同。
增加圆盘解决了电场线分布问题,但又产生了另一个问题,那就是下雨时,水滴的传导路径变得更容易。
为了解决水滴的积聚问题,联想到雨伞,类似的,可以修改圆盘外形,让它也成为一把“雨伞”。这样,水滴就不会积聚在绝缘体上,避免了积水导电的发生。
另外,可以通过添加更多的雨伞来小化水滴导电的机会,于是,一个完整的电线杆的绝缘子就此产生。
还有一种比较常见的绝缘子是悬式绝缘子,电源线悬挂在绝缘子上,与铁塔隔离,电压等级越高,所需的绝缘子数目就越多。
一般来说,各种电压等级的绝缘子数目都是确定范围的,例如10kV架空线路,采用悬式绝缘子的数目是2片,而35kV不少于3片,110kV不少于7片,220kV不少于13片等等,大家感兴趣的可以在户外点一下这些绝缘子的数目,然后看看它所悬挂的输出线路是多少电压等级的。