絕緣體皺褶性結構

生活科學趣談

剛學會換機車火星塞時,不瞭解陶瓷絕緣體為何都有皺褶性結構,直到看到這張圖片才恍然大悟

因為點火時頂端螺帽和下端金屬之間存在著很高的電位差,高壓電會試圖沿著絕緣體表面流竄來導通。若設計出絕緣體皺褶性結構即可拉長螺帽至金屬之間的表面路徑長度,從而有效防止表面電弧的發生。NGK火星塞的研究數據顯示,具有5個皺褶即可將耐壓值從20kV提升至30kV。

高壓輸電系統所使用的 絕緣礙子 也具有相同的設計

硼矽玻璃製成的礙子,其優點是每公分厚度具有 200~400kV 的極高介電強度(Dielectric strength)。在下則影片3’55″處的表面電弧測試中,串聯的5顆 Glass disc insulator unit 在 500kV 時跳弧,相當於每顆具有 100kV 仍未擊穿的耐壓能力。這時的導通是經由外界的空氣,畢竟乾燥空氣的介電強度遠小於玻璃而僅為 30kV/cm

影片中呈現的電弧是從帽緣到帽緣,並未沿著皺褶性結構走,這樣可以避免電流饋入 Disc insulator 的中心,將上下兩顆金屬所夾住的玻璃擊穿而崩裂,證實皺褶性結構能有效防止電弧沿著表面移動的功能

OS:礙子更換作業時,不能在下方觀賞^^

另外,還有一種也具有皺褶性結構的避雷器(Surge arrester,SPD),當雷擊或是合閘而在輸電線中產生電涌突波時,其能藉由被電流擊穿破壞來吸收突波,從而保護輸電與配電系統中的設備

延伸閱讀

高壓電的分閘與合閘