Redigerer Elektrisk isolator (avsnitt)

== Systemer og komponenter der forskjellige isolasjonsmaterialer brukes==
[[Fil:Fotothek df n-15 0000281 Facharbeiter für Sintererzeugnisse.jpg|mini|Dreiing av en stor keramikkisolator. Senere brennes den, og glasur legges på.{{byline|Eugen Nosko}}]]

En rekke faste, flytende, og gassformige isolasjonsmaterialer brukes i elektriske systemer, apparater og komponenter. Først og fremst er det fysiske krav, ikke minst spenningsnivå, som avgjør hvilke materialer og konstruksjonskrav som settes. Konstruktøren av et apparat, en maskin eller av en isolator må velge isolasjonsmateriale, form og tykkelse ut fra bruksområde, spenningsnivå, kostnad, miljøpåvirkning, ønsket livslengde og andre ønskemål.

=== Isolatorer ===
==== Utforming og materialvalg ====
Isolatorer som brukes for høyspente kraftoverføringer, er laget av [[glass]], [[porselen]] eller [[Komposittmateriale|komposittpolymermaterialer]]. Porselensisolatorer lages av [[leire]], [[kvarts]] eller [[alumina]] og [[feltspat]], og er dekket med en glatt glasur for å være vannavstøtende. Isolatorer av porselen som er rikt på aluminiumoksid, blir brukt hvor høy mekanisk styrke er viktig. Porselen har en dielektrisk feltstyrke på cirka 4–10 kV/mm.<ref>{{cite web | last = | first = | title = Electrical Porcelain Insulators | work = Product spec sheet | publisher = Universal Clay Products, Ltd. | url = http://www.ucp.net/pdf/Electrical%20Catalogue.pdf | format =
 | doi =  | accessdate = 2008-10-19}}</ref> Glassisolatorer blir fremstilt av herdet glass og har stor utbredelse, spesielt som isolatorskåler i kjeder.

I de siste årene har polymerkomposittmaterialer blitt vanlig for noen typer isolatorer. Disse er vanligvis sammensatt av en sentral kjerne laget av fiberarmert plast og en ytre kappe av [[Silikoner|silikongummi]] eller etylen-propylen-dien-monomer-gummi (EPDM-gummi) for beskyttelse mot regn og forurensninger. Komposittisolatorer er billige, lette i vekt og har utmerkede [[hydrofob]]e egenskaper. Denne kombinasjonen gjør dem ideelle for bruk i forurensede områder. Luftledninger for høyspent elektrisk kraftoverføring består av uisolerte (blanke) liner, og er isolert av den omkringliggende luften. Ledere for lavere spenning i fordelingsnettet kan ha noe isolasjon, men er ofte også blanke. Isolerende støtter kalt ''ståisolatorer'' er nødvendige på de punktene hvor lederne er holdt oppe av stolper eller tårn. Isolatorer er også nødvendige hvor ledningen går inn i bygninger eller elektriske enheter, for eksempel transformatorer eller [[effektbryter]]e, der ledningene kommer nær omgivelsene. Disse hule isolatorene med en leder inni kalles ''isolatorgjennomføringer'' eller ''muffer''.

==== Karakteristiske egenskaper  ====
[[Fil:Insulators compare.jpg|mini|Isolatorskåler av forskjellige utforminger som settes sammen til en isolatorkjede for høyspentledninger. Blant annet vil miljøpåvirkning ha betydning for valg av utforming og antallet skåler. Spesielt i kystnære strøk der sjøsalt legger seg på isolatorene, velges enheter med stor overflate og god skjerming. Ofte vil det være behov for å vaske isolatorene med noen års mellomrom.]]

Et elektrisk gjennomslag for en isolator på grunn av høy spenning kan skje på en av to måter:

* ''Gjennomslag'' er et sammenbrudd der ledning gjennom materialet i isolatoren inntreffer. Dette forårsaker en lysbue gjennom det indre av isolatoren. Varmen som følge av lysbuen vil vanligvis skade isolatoren. Gjennomslagsspenningen er spenning over isolatoren som fører til strømledning gjennom selve materialet.<ref name=R82>[[#R|Røyter: ''Elektriske anlegg'' side 82.]]</ref><ref name=T134 >[[#T|Thorsen: ''Høyspenningsteknikk'' side 134.]]</ref>
* ''Overslag'' er et sammenbrudd og ledning i luften rundt eller på overflaten av isolatoren som forårsaker en lysbue langs utsiden av isolatoren. Isolatorer er vanligvis konstruert for å tåle dette uten å ta skade. ''Overslagspenning'' er spenningen som fører til et slik strømledning på isolatorens overflate.<ref name=R82 /><ref name=T134 />

De fleste høyspentisolatorer er utformet med en lavere overslagsspenning enn gjennomslagspenning, slik at de får overslagslysbue før gjennomslag inntreffer. Dermed unngås det at isolatoren tar skadde ved høye spenninger, for eksempel ved lynnedslag der spenningen gjerne er langt over normal driftsspenning.

Smuss, forurensning og salt, og særlig dette sammen med vann, på overflaten av en høyspenningsisolator kan opprette en ledende bane over den, noe som fører lekkasjestrømmer og overslag. Overslagsspenningen kan reduseres med mer enn 50 % når isolatoren er våt. Isolatorer for høyspenning for utendørs bruk er formet for å maksimere lengden av lekkasjebanen langs overflaten fra den ene til den andre enden, det som kalles ''krypstrømsvei''. For å oppnå dette er overflaten utformet med en serie av korrugeringer, eller i mange tilfeller med konsentriske skiver eller skåler. Slike skåler virker som «paraplyer» for å sikre at en del av krypstrømsveien forblir tørr selv ved regnvær. Minimum krypavstander må beregnes til 16–20&nbsp;mm/kV, men dette må økes i miljø med høy forurensning eller i områder der sjøsprøyt kan forårsake at salt fester seg på isolatorene.<ref name="Holtzhausen">{{cite web | last = Holtzhausen | first = J.P. | authorlink =  | title = High Voltage Insulators | publisher = IDC Technologies | url = http://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electrical_engineering/highvoltage.pdf | format =  | doi =  | accessdate = 2008-10-17 | archiveurl = https://web.archive.org/web/20090219214842/http://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electrical_engineering/highvoltage.pdf | url-status = dead }} {{Kilde www |url=http://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electrical_engineering/highvoltage.pdf |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2016-12-04 |arkiv-dato=2009-02-19 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20090219214842/http://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electrical_engineering/highvoltage.pdf |url-status=yes }}</ref>

En spesiell mekanisme for overslag er at det dannes et lag med forurensning på isolatorens overflate. Om det så oppstår lett regn eller yr, vil dette laget med forurensning bli fuktig slik at det leder en liten strøm over isolatoren. Dette fører til varmeutvikling der visse deler av overflaten tørker ut, og over disse tørre båndene fås meget høy spenning som i neste omgang kan føre til overslag. Mye regn er derimot en fordel for isolatorer fordi dette vasker vekk forurensning.<ref name="Holtzhausen"/>

==== Typer av isolatorer ====
Dette er de vanligste isolatortypene:
* ''Pigg-'' eller ''ståisolatorer''; som navnet antyder er denne typen isolator montert på en pinne som går langt inn i den.<ref name="R83-84">[[#R|Røyter: ''Elektriske anlegg'' side 83-84.]]</ref> Det er et spor på toppen av isolatoren der lederen passerer gjennom, og for å feste lederen blir den bendslet, eller surret fast, med glødet ståltråd. Problemet med denne festemåten er at surringene kan gå opp på grunn av vibrasjon og gnisninger, en har derfor gått over til andre metoder med klemmer.<ref>[[#R|Røyter: ''Elektriske anlegg'' side 91-92.]]</ref> Piggisolatorer anvendes for kraftledninger med spenninger opp til 36 kV, mens det tidligere har vært vanlig for systemspenninger helt opp til 60–70 kV. Noe av grunnen til at en ikke lenger produserer piggisolatorer for så høye spenninger er at de blir store og kostbare, og de har dessuten lav driftsikkerhet. Et annet problem er at de kan generere [[radiostøy]] ved høye spenninger.<ref name="R83-84"/> Tidligere var piggisolatorer benyttet for telegraf- og telefonlinjer.
* ''Isolatorkjede'', som brukes for spenninger større enn 36 kV, er en kjede bestående av et antall glass- eller porselensskåer som er koblet i serie. Fra underkanten av hver skål stikker det ut en koblingsbolt som settes inn et spor på toppen av skålen under. Det settes inn en låsepinne for at ikke koblingsbolten skal gli ut av sporet (se illustrasjon). Lederen er opphengt i den nedre ende av isolatorkjeden, mens den øvre enden er festet til traversen av masten til kraftledningen. Antallet skåler som brukes avhenger av spenningen. Isolaterkjeder der ledningene må avspennes, som i ''endemaster'' og ''forankringsmaster'' kalles gjerne ''strekkjeder''. Disse henger gjerne ut horisontalt fra traversen. Der isolatorkjedet henger ned fra traversen, kalles de ''bærekjeder''. Typisk er det fra 2–20 isolatorskjåler i ett kjede. I spesielle tilfeller med store mekaniske krefter kan to eller flere isolatorkjeder parallellkobles.<ref>[[#G|Gandrudbakken: ''Kabelanlegg og linjer'' side 73-74.]]</ref>
* ''Henge-'' eller ''stavisolator'' benyttes for endemaster og forankringsmaster der en rett seksjon av linjen ender, eller vinkler av, i en annen retning. Stavisolatoren må tåle det laterale (horisontale) strekket av den lange rette seksjonen av ledningen.
* ''Sjakkelisolator'' har blitt mye brukt for lavspente distribusjonslinjer. De har også blitt bruk som strekkisolatorer. Slike isolatorer kan brukes enten i horisontal stilling eller i en vertikal stilling. I midten av denne isolatortypen er det et gjennomgående hull der festebolten tres gjennom. De kan være direkte festet til en påle eller til travers.

<div style="text-align:center">'''Typer av isolatorer''':</div>
<gallery class="center">
CD 152 Hemingray No. 40.jpg | <small> Liten piggisolator av glass.<br /> {{byline|Christian Willis}} </small>
Isolator PA070099a.jpg | <small> Liten piggisolator av keramikk.<br /> {{byline|Joachim Müllerchen }}</small>
Tamagaishi.jpg | <small> En isolator for innfeste i bardun til en høyspentmast.  </small>
Ceramic electric insulator.jpg | <small> En piggisolator for 10 kV av keramikk.</small>
Power line with ceramic insulators.jpg | <small> Keramiske isolatorer i [[California]], USA,De plastisolerte lederne er surret fast på toppen av isolatoren (bensling) {{byline|Jarek Tuszyński}} </small>
380kV-Steiermarkleitung 1685.JPG | <small> Stavisolatorer satt sammen til kjede. </small>
Post Insulators and Bus Bar, Bonneville Dam.jpg | <small> Støtteisolator for høyspentkomponenter. </small>
Libercourt - Gare de Libercourt (04).JPG | <small> Flere forskjellige isolatortyper i et kontaktledningsanlegg for jernbane. {{byline|Jérémy-Günther-Heinz Jähnick}}</small>
</gallery>

=== Kraftkabler ===
[[Fil:Hochspannungskabel 110kV 400kV.JPG|mini|To forskjellige avkappede høyspentkabler. Prøven til venstre er for driftsspenning på 110 kV og den til høyre for 380 kV. En ser kobberlederen, halvledende kappe, den hvite plastisolasjonen, en ny halvledende kappe, kobberskjerm (bare den for 380 kV), vanntett kappe og beskyttende mantell på utsiden.]]

Elektriske kraftkabler (kabler for energioverføring) kan være isolert med [[polyetylen]], tverrbundet polyetylen, polyvinylklorid (PVC), [[Kapton]], gummilignende polymerer, oljeimpregnert papir, teflon, silikon, eller etylen tetrafluor ([[ETFE]]). Kraftkabler for svært høye spenninger kan være isolert med papir og trykksatt mineralolje.

En kabel for høye spenninger består av hoveddelene leder, isolasjon, skjerm og armering (se illustrasjon). Som regel består lederen av kobber eller aluminium. Lederen er sirkulær og utenpå denne ligger isolasjonen som kan være opptil flere centimeter tykk for de høyeste spenningsnivåene.<ref name="draka">{{Kilde www |url=http://media.draka.no/2016/07/Teknisk-Handbok-2010_final-til-web.pdf |tittel=Draka – Teknisk håndbok |besøksdato=2016-12-04 |arkiv-dato=2016-12-20 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20161220054234/http://media.draka.no/2016/07/Teknisk-Handbok-2010_final-til-web.pdf |url-status=yes }}</ref> For å muliggjøre at kabelen har berøring mot jordpotenisale, må det være et ledende eller halvledende lag utenpå isolasjonen. Gjennom isolasjonen vil det gå et elektrisk felt, og ved å ha dette ledende laget utenpå isolasjonen stoppes de elektriske feltlinjene.

Ved å anbringe denne halvledende kappen over isolasjon er konstruksjonen å anse som en kondensator, noe som vil si at stor elektrisk ladning kan oppstå i kappen, spesielt om den er lang. Denne ladestrømmen må ledes mot jord, men ikke slik at isolasjonen skades. En strøm i den halvledende kappen vil nemlig føre til skadelig oppvarming. For å kontrollere ladestrømmen og lede den mot jord legges det inn en kontinuerlig metalfolie, gjerne også sammen med kobbertråder. En kaller dette for kabelens ''skjerm''.<ref name="EPCE24-26">{{cite book | title=Electrical Power Cable Engineering | date= 1999 | ISBN=0-8247-9976-3 | autor=William A. Thue | publisher=Marcel Dekker | page=24-26 | url=http://www.slideshare.net/hprabowo/electrical-power-cable-engineering }}</ref>

I tillegg til ladestrømmen må kabelens skjerm også kunne tåle strømmen som oppstår ved kortslutning.<ref name="EPCE24-26"/> Utenpå skjermen er det gjerne en armering som skal beskytte kabelen mekanisk. Det er typisk også en kappe som skal beskytte mot vanninntrengning.

En isolert ledning eller kabel har en maksimal spenning den kan utsettes for, i tillegg har den en høyeste tillatte ledertemperatur. Ved angivelse av høyeste nominell strømføringsevne for en leder vil denne verdien være avhengig av det omgivende miljø. For eksempel vil omgivelsestemperatur, mulighet for luftsirkulasjon og solinnstråling kunne ha stor betydning. Desto tykkere isolasjon, desto mer reduseres høyeste tillatte strøm; dermed er dette motstridende ønsker som må optimaliseres i en teknisk-økonomisk analyse.

=== Isolasjon i transformatorer, motorer og generatorer ===
I mindre transformatorer, generatorer og [[elektrisk motor|elektriske motorer]] består isolasjonen på trådviklingene av opptil flere tynne lag av lakk, en såkalt ''polymerfilm''. Viklinger for høyere spenninger er ofte pakket inn med supplerende glassfiberisolasjonstape. De kan også være impregnert med isolerende lakk for å forhindre [[koronautladning]].

Viklinger i store transformator for høye spenninger er hovedsakelig isolert med papir, tre, lakk, og mineralolje. Viklingene er lakkert og papir er surret rundt dem, treplanker brukes for å klemmer viklinger sammen og det hele står montert i en beholder fylt opp med mineralolje. Selv om disse materialene har blitt brukt i mer enn 100 år, har de allikevel god balanse mellom økonomi og ytelse. Ikke bare er oljen en del av isolasjonssystemet, den sørger også for bortledning av varme ved at den strømmer rundt i transformatorkassen som i mange tilfeller har påmontert en [[radiator]].

=== Kondensatorer ===
[[Fil:GIS ABB ELK-0.jpg|mini|Et gassisolert koblingsanlegg (GIS) for 145 kV i Verbois, Sveits. Slike anlegg benyttes der plassbesparelse er viktig.{{byline|ABB AG}}]]
[[Fil:TMW 50981 Schnittmodell Hochspannung-Leistungschalter HPF500F.jpg|mini|En høyspent effektbryter (nærmest) der det er skåret ut et snitt for å vise dens indre deler. Denne bryteren er for 110 kV og kan bryte en effekt på 1,3 [[GW]] (''kortslutningseffekt''). Normalt er den fylt med olje som slukkemiddel.]]

[[Kondensator]]er består i prinsippet av to parallelle metallplater med et isolasjonsmateriale mellom; dette kalles for dielektrikum. De to platene, eller elektrodene, vil ved tilkobling til en vekselstrømskrets få et tidsvarierende elektrisk felt mellom seg, og for å bygge opp og ned dette feltet kreves energi. Denne energien, eller [[elektrisk effekt|effekten]], kalles for kapasitiv reaktiv effekt, og kan være ønskelig i et kraftsystem av forskjellige årsaker. En grunn til å anvende slike komponenter er blant annet for å opprettholde ønsket spenning i et kraftsystem der det er mange elektriske motorer som skaper induktiv reaktiv effekt. I tillegg til dette anvendes kondensatorer i en hel rekke forskjellige sammenhenger i elektroniske og elektriske apparater, men det er først ved høye spenninger at isolasjonen i kondensatorer blir en utfordring.

Måleenheten for en kondensators ytelse er [[kapasitans]] som måles i [[farad]] (F). Denne vil være proporsjonalt avhengig av isolasjonsmediets (dielektrikumets) permittivitet og elektrodenes areal, men omvendt proporsjonalt med deres avstand. Ofte er metallplatene laget av en tynn metallfolie, mens det brukes dielektrikum av papir, plast, glimmer, keramikk, oksider, luft og vakuum. For papir brukes ofte impregnering av olje.<ref>[[#L|Larsen: ''Elektromaterialer'' side 212-213.]]</ref> Spesielt for anvendelser med høy spenning brukes olje i tillegg til andre isolasjonsmaterialer.

=== Gassisolerte koblingsanlegg ===
Der en trenger å plassere flere høyspentkomponenter som brytere, måletransformatorer og samleskinnene mellom disse, kan plassbehovet for et luftisolert utendørsanlegg bli meget stort. Et annet problem kan være at bare sakkyndig driftspersonale kan ha adgang til slike anlegg. Derfor velges ofte istedenfor såkalte kapslede anlegg der komponentene plasseres inn i spesielle stålskap, som igjen står inne i et rom i en bygning. Sammenlignet med et utendørsanlegg er slike kapslede anlegg meget plassbesparende i tillegg til å kunne være helt berøringssikre.<ref>[[#R|Røyter: ''Elektriske anlegg'' side 189.]]</ref>

Andre grunner til å velge innendørs kapslede anlegg er at det skal betjene en kraftstasjon under bakken, eller anlegget skal stå i byområder med kostbare arealer. Om så spenningen er på høye nivåer som 132, 300 eller 420 kV, vil plassbehovet selv for et innendørs kapslet anlegg bli stort. I slike tilfeller benyttes såkalte ''gasskapslete'' anlegg, der som regel den kjemisk stabile, fargeløse og luktfrie gassen svovelheksafluorid (SF<sub>6</sub>) benyttes. Ledere, brytere og liknende komponenter er da montert inn i trykksatte rør (se illustrasjon). Et anlegg for spenning på 300 kV vil da trenge bare rundt 1/12 av volumet sammenlignet med et tilsvarende åpent anlegg. SF<sub>6</sub> er ikke brennbar eller giftig, og har en isolasjonsevne som er 2–3 ganger bedre enn luft med samme trykk.<ref>[[#R|Røyter: ''Elektriske anlegg'' side 190.]]</ref>

=== Effektbrytere ===
Isolasjonsmedier av forskjellige slag brukes som såkalt ''slukkemiddel'' i effektbrytere. Effektbrytere skal kunne bryte alle strømmer i et kraftsystem; ikke bare normalt forekommende laststrømmer, men også kortslutningsstrømmer, som kan være svært mye større enn laststrømmene. I slike brytere brukes vanligvis olje eller gass, og i noen tilfeller kombineres også olje og gass. For å bryte store strømmer der kontaktene får svært stor spenning mellom seg gjennom bryteforløpet, er det ikke nok at mediet i seg selv er en god isolator. Forskjellige prinsipper finnes for de mange typene brytere, men vanligvis beveger bryterne seg med stor hastighet, samt at slukkemiddelet også strømmer mot lysbuen med stor hastighet. Dette for å lede bort varme og ionisert gass som lysbuen består av, for dermed å hindre at ny lysbue tennes når strømmen har passert sinuskurvens nullgjennomgang.<ref>[[#R|Røyter: ''Elektriske anlegg'' side 166-170.]]</ref>