Isolator

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Ein Isolator in der Elektrotechnik ist ein Material oder Bauteil, welches den Fluss der elektrischen Ladung hemmt. Isolatoren haben eine geringe Leitfähigkeit von elektrischem Strom, und wirken daher gut als Isolierung. Je höher der spezifische Widerstand des Isolators, desto besser ist seine Isoliereigenschaft. So hat Glas als sehr guter Isolator einen spezifischen Widerstand von

und Kupfer als sehr guter Leiter dagegen

.

Die Eigenschaften von Isolatoren können von Umgebungsvariablen wie Temperatur und Feuchtigkeit abhängig sein. Üblicherweise ändert sich die Leitfähigkeit eines Isolators bei sich ändernder Temperatur nur wenig. Feuchtigkeit jedoch kann den Wirkungsgrad eines Isolators in dem Maße schmälern, dass seine isolatorische Wirkung nicht mehr gegeben ist. Ein Beispiel hierfür wäre Luft als Isolator. Bei einer Hochspannungsleitung mit 380 kV isoliert trockene Luft bis auf eine Entfernung von 50 Zentimetern hervorragend. Bei hoher Luftfeuchtigkeit kann sich dieser Abstand auf mehrere Meter vergrößern. (siehe auch Durchschlagsfestigkeit)

Isolatoren und Halbleiter müssen grundsätzlich unterschieden werden. Auch Halbleiter haben oft eine geringe Leitfähigkeit. Diese steigt aber schnell an, wenn der Halbleiter erwärmt wird.

Auch bei anderen Phänomenen der Leitfähigkeit, wie thermische Leitfähigkeit oder akustische Leitfähigkeit, spricht man von Isolatoren, wenn Stoffe eine geringe Leitfähigkeit aufweisen (Wärmeisolator, Schallisolator, Feuchtigkeitsisolator).

Inhaltsverzeichnis 1 Beispiele für elektrische Isolatoren 2 Anwendungen 3 Bauarten 4 Optischer Isolator 5 Isolator als Bauelement der Hochfrequenztechnik 6 Siehe auch 7 Weblinks

[Bearbeiten] Beispiele für elektrische Isolatoren

Beispiele für elektrische Isolatoren sind

• Keramik (einige Keramiken allerdings besitzen bei tiefen Temperaturen supraleitende Eigenschaften)
• viele organische Verbindungen
• Glas
• trockene Salze (in festem Zustand)
• die meisten Nichtmetalle
• Gas (soweit sie nicht bei hohen Temperaturen als Plasma vorliegen)
• Kohlenstoff in der Modifikation Diamant
• Silikone
• Polytetrafluorethen PTFE (Teflon)

[Bearbeiten] Anwendungen

Isolatoren finden in der Technik vielfache Anwendung. Sie werden zum Beispiel eingesetzt um Kurzschlüsse zu vermeiden, die meist hohen Schaden an Geräten verursachen können. Um elektrische von elektronischen Geräten zu trennen, werden ebenfalls häufig Isolatoren eingesetzt. Ein breites Anwendungsgebiet umfasst die Schaltertechnologie, welche ohne Isolatoren nicht möglich wäre. Jeder Hochspannungsmast (siehe Abbildung) ist durch Isolatoren von den Leiterseilen abgeschirmt.

[Bearbeiten] Bauarten

Als Isolatoren für Fernsprechfreileitungen und Niederspannungsfreileitungen werden meist knopfförmige Keramikkörper gewählt, um deren Kappe das Leiterseil mit einer speziellen Schlinge geschlungen wird. Sie sind im Regelfall stehend auf den Masten montiert.

Für Mittelspannung (Bereich 1 kV bis 30 kV) werden meist Isolatoren aus Glas oder Keramik verwendet, die zur Erhöhung des Kriechwegs gerippt sind. Kriechströme "kriechen" über (vornehmlich verschmutzte) Isolatoren oder Isoliermaterial. Wenn dieser verschmutzte Zustand lange genug besteht, kann es zu einem "Überschlag" oder "Kurzschluss" kommen. Die Leiterseile werden mit besonderen Klemmen befestigt, deren Bauart je nach Anwendungszweck (Trag- oder Abspannklemme) unterschiedlich ist. Es gibt in diesem Spannungsbereich sowohl auf den Traversen der Masten stehende als auch hängende Isolatoren.

Stehende Isolatoren ermöglichen geringere Masthöhen und bieten durch die Mastkonstruktion eine Sicherheit vor dem Herabfallen des Leiterseils, während hängende Isolatoren größere Kräfte auszuhalten vermögen. Sie können für erhöhte statische Anforderungen auch doppelt (nebeneinander angeordnet) sein. In diesem Fall kann ein Isolator im Fall eines Isolatorbruchs noch das Leiterseil tragen. Isolatoren zur Befestigung von Oberleitungen (Fahrleitungen) unterscheiden sich nicht grundlegend von denen für Freileitungen, müssen aber für die besonderen mechanischen Belastungen der Oberleitung ausgelegt sein. Isolatoren für Stromschienen müssen die schwere Stromschiene tragen. Häufig dient auch eine vorhandene Schutzabdeckung als Isolation zur isolierten Befestigung wie bei der Berliner S-Bahn.

Isolatoren für Hochspannung (30 kV bis 150 kV) werden nur in hängender Ausführung verwendet. Die Technik der Befestigung der Leiterseile unterscheidet sich nicht von der im Mittelspannungsbereich angewandten Technik. Häufig werden Doppelisolatoren verwendet. Für Bahnstromleitungen werden die gleichen Typen wie für Drehstromleitungen verwendet.

Isolatoren für Höchstspannungen (> 150 kV) werden häufig als Ketten aus zwei oder mehreren Isolatoren für Hochspannung hergestellt (Isolatorkette). Daneben kommen auch Langstabisolatoren zum Einsatz. Es kommen neben Glas und Porzellan vermehrt auch hochfeste Kunststoffe zum Einsatz. In Deutschland werden für 380-kV-Leitungen grundsätzlich doppelte Isolatoren verwendet. Für sehr hohe statische Anforderungen können auch drei oder vier parallele Langstabisolatoren oder Isolatorketten verwendet werden. Isolatoren für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung unterscheiden sich prinzipiell nicht von den für Drehstrom verwendeten Typen. Allerdings müssen sie bei gleicher Betriebsspannung im Regelfall länger sein als für Drehstromanwendungen, da sie leicht verschmutzen. Für Hochfrequenzanwendungen werden zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten meist glatte Isolatoren verwendet. Besondere Anforderungen werden an die Isolatoren von selbststrahlenden Sendemasten gestellt, denn diese müssen bei hohen Sendeleistungen Spannungen von bis zu 300 kV und Lasten von bis zu 1.000 Tonnen tragen können. Man verwendet hierfür zur Isolation der Pardunen Gurtbandisolatoren aus Steatit und zur Isolierung der Türme und Masten Hohl- oder Massivkörper aus Steatit, auf denen exakt passend der Aufliegekörper, der den Turm oder Mast trägt, befestigt ist. Der Isolator muss bis zum Einbau in einer Preßvorrichtung liegen. Der Turm oder Mast wird zum Einbau des Isolators hydraulisch gehoben und langsam auf dem Isolator abgesetzt.

[Bearbeiten] Optischer Isolator

Unter einem optischen Isolator versteht man eine sogenannte optische Diode, also eine Art Ventil für Licht. Dieses Bauteil lässt Licht nur in einer Richtung passieren. Das funktioniert jedoch nur mit polarisiertem Licht: in einer Richtung wird dessen Polarisationsrichtung um 90° gedreht, in der anderen jedoch nicht. Der gedrehte Anteil kann mittels Polarisationsfilter oder schrägen, dielektrischen Spiegeln (Brewsterfenster) entfernt werden.

[Bearbeiten] Isolator als Bauelement der Hochfrequenztechnik

In der Hochfrequenztechnik ist ein Isolator ein Bauelement mit zwei Anschlusstoren (engl.: Ports), das elektromagnetische Wellen nur in eine Richtung passieren lässt, während in Gegenrichtung idealerweise keine Leistung übertragen wird. Das in der Praxis endliche Übertragungsverhältnis zwischen Vor- und Rückrichtung wird als Isolation bezeichnet.

Häufig wird ein Isolator mit Hilfe eines Zirkulators realisiert, bei dem einer der drei Tore mit einem Abschlusswiderstand versehen ist. Die Signale werden auf diese Weise zwischen den verbleibenden zwei Toren nur in eine Richtung weitergeleitet, in der anderen Richtung werden sie auf den Abschlusswiderstand umgeleitet und dort in Wärme umgesetzt.

[Bearbeiten] Siehe auch

Nichtleiter, elektrische Leitfähigkeit, elektrischer Widerstand, Leiter, Dielektrikum, Zirkulator

[Bearbeiten] Weblinks