Vom Boden aus sieht eine Isolierkette an einem Strommast wie eine ordentliche Reihe von umgedrehten Regenschirmen aus, die aneinandergeclipst sind. Sie hängen den Leiter vom Mast, halten ihn fest an seinem Platz und — am wichtigsten — trennen den stromführenden Draht elektrisch von der geerdeten Stahlkonstruktion.
Aber warum diese Form? Was bewirken diese ausgestellten „Schirme“ eigentlich?
Zieht man die Schirme ab, erhält man einen glatten Zylinder. Auf gleicher Höhe ist der Oberflächenpfad viel kürzer. In der Elektrotechnik wird dieser Oberflächenpfad als Kriechstrecke bezeichnet — der kürzeste Abstand, der entlang des Isoliermaterials zwischen zwei leitenden Teilen gemessen wird.
Hochspannungsleitungen erfordern eine strenge Isolationsleistung. Das Hinzufügen von Schirmen lässt den Oberflächenpfad zickzackförmig verlaufen und sich verlängern. Innerhalb der gleichen axialen Länge erhält man eine längere Kriechstrecke. Wenn die Isolatoroberfläche nass ist und mit Verschmutzungen bedeckt ist, hilft diese zusätzliche Distanz, Kriechspuren und Überschlag entlang der Oberfläche zu widerstehen.
Außenisolatoren sammeln unvermeidlich Staub, Salz und industrielle Ablagerungen. Regen oder Nebel befeuchten diese Schadstoffe und bilden einen leitenden Film. Der Ableitstrom steigt an, und unter schweren Bedingungen kann es zu einem Überschlag entlang der Oberfläche kommen.
Das Schirmdesign bekämpft dies auf zwei Arten:
- Abschattung: Die nach außen ausgestellten Schirme schirmen die unteren Oberflächen vor direktem Regen ab und halten Teile des Isolators trockener.
- Entwässerungsspalte: Die Zwischenräume zwischen benachbarten Schirmen bieten dem Wasser einen Weg zum Abfließen, anstatt sich anzusammeln.
Aber Schirme sind kein vollständiger Schutz. In Küstenregionen mit Salznebel oder stark industriell belasteten Gebieten müssen Isolatoren basierend auf der spezifischen Verschmutzungsklasse (IEC 60815) ausgewählt werden. Mehr Schirme bedeuten nicht automatisch eine bessere Isolierung — der Durchmesser, der Abstand und die Anzahl der Schirme werden alle berechnet. Übergroße oder schlecht angeordnete Schirme können sogar Feuchtigkeit einschließen oder die Selbstreinigung verringern.
Sie werden verschiedene Isolatortypen sehen, abhängig von Spannung, Verschmutzungsgrad und Höhe:
| Typ | Kernmaterial | Schlüsselmerkmale |
|---|---|---|
| Porzellan | Elektrische Keramik | Mehrere Scheibeneinheiten in einer Kette; bewährte Erfolgsbilanz, schwer, spröde |
| Gehärtetes Glas | Gehärtetes Glas | Scheibeneinheiten; Selbstzerstörung bei internem Fehler zur einfachen Sichtprüfung |
| Verbundstoff | Glasfaserverstärkter Harzkernstab + Silikonkautschukschirme | Leicht, hohe Hydrophobie (Wasser perlt ab, anstatt einen kontinuierlichen Film zu bilden), ausgezeichnete Leistung bei Verschmutzung |
Die Hydrophobie von Silikonkautschuk ist ein entscheidender Faktor. Wasser kann keine leicht leitende Schicht auf seiner Oberfläche bilden, was die Isolierung unter verschmutzten und nassen Bedingungen erheblich verbessert. Deshalb werden Verbundisolatoren zunehmend für Küsten-, Wüsten- und Industriegebiete gewählt.
Durchmesser, Abstand und Anzahl der Schirme sind nicht willkür. Sie werden berechnet aus:
- Systemspannung
- Verschmutzungsgrad (Salz, Staub, industrielle Emissionen)
- Höhe (Luftdichte beeinflusst die Außenisolierung)
- Lokales Klima (Regen, Nebel, Vereisung)
