mini|En strømkabel med tre isolerte kobberledere, hver med individuelle fargekodede på isolasjonskappene. Utenpå de tre lederne er det en beskyttende kappe med påtrykt tekst som beskriver nominelle data. miniatyr|Keramisk isolator, benyttet for strøm til elektrisk jernbane
Elektrisk isolator er en enhet beregnet for elektrisk isolasjon og mekanisk innfesting av utstyr eller ledere som er gjenstand for elektriske potensialforskjeller. Isolatorer skal hindre strømgjennomgang, derfor velges materialer der indre elektrisk ladninger ikke flyter fritt, og som ikke fører strøm under påvirkning av et elektrisk felt gjennom stoffet.
Materialegenskapen som skiller et isolerende medium fra andre stoffer er dets resistivitet. En isolator kan være en gass, en væske eller et fast stoff. En perfekt isolator eksisterer ikke; selv materialer med høy resitivitet inneholder små mengder mobile (ladningsbærere) som kan lede en elektrisk strøm. I tillegg blir alle isolatorer elektrisk ledende om en tilstrekkelig stor spenning påtrykkes. Da vil det elektriske feltet rive elektroner bort fra atomkjernene. Dette er kjent som elektrisk gjennomslag i en isolator. Noen materialer, som glass, papir og teflon, har svært høy resistivitet og er svært gode elektriske isolatorer. En mengde materialer brukes som isolatorer selv om de har lavere resistivitet enn de beste isolatorene. Disse er allikevel gode nok til å hindre en betydelig strøm fra å gå gjennom dem ved de spenninger som brukes, og dermed anvendes de som isolasjon for elektriske ledninger. Eksempler er gummilignende polymere og de fleste plaststoffer.
Isolatorer brukes i elektrisk utstyr for å understøtte og separere elektrisk ledere fra hverandre og omgivelsene. Et isolerende materiale som brukes som vikling rundt elektriske kabler eller annet utstyr, kalles isolasjon. Begrepet isolator brukes også mer spesifikt for å referere til isolerende komponenter som brukes til å feste de elektriske lederne i en kraftlinje til masten. Kraftlinjer med høyspenning ville vært en umulighet om en ikke hadde greid å utvikle materialer som tåler svært høye spenninger uten å ta skade.
Historie mini|Skisse av isolatorene som ble benyttet for den første høyspentledningen fra Lauffen am Neckar til Frankfurt am Main i 1891. Den til venstre er ment for lavspenning på 55 V, mens den til høyre for spenning helt opp mot 25 kV. Legg merke til rillene som skulle fylles med olje.
De første elektriske systemer som gjorde bruk av isolatorer var telegraflinjer. En fant tidlig ut at om de elektriske trådene bare ble direkte festet til trestolpene, ville ikke lederne bli isolert fra hverandre godt nok, spesielt i fuktig vær. Pionerer som Thomas Edison (1847–1931) benytte glassflasker montert på bolter som ble satt inn i stolper eller trær. Etter som telegraflinjer fikk større utbredelse, begynte glassfabrikantene å produsere egnede isolatorer av glass.
Da en begynte å eksperimentere med høye spenninger for kraftoverføring, fikk en også nye problemer med isolatorene. Glass gikk i stykker ved høye temperaturer og klarte heller ikke å motstå høye spenninger. Løsningen lå i tsjekkisk keramikk. Keramikere ble leid inn for å lage porselenprodukter for de nye erobringene innenfor elektroteknikken i 1880-årene. Det å endre på eksisterende porselensprodukter var bare en midlertidig løsning, da behovet for enda høyere spenninger gjorde seg gjeldende utover i 1890-årene. William Cermak (1856–1907) fra Tsjekkia ble sjef for General Electrics porselensfabrikk, hvor han sammen med ingeniørene oppfant isolatorer av porselen med flere skålformede utspring. Disse sørget for å holde deler av isolatorene tørre i regnvær. Dessuten ble også overflaten av isolatorene stor, og dermed økte også isolasjonsmotstanden. I 1893 lyktes det for Cermak å konstruerer isolatorer som kunne tåle 10 000 V.
To år før dette hadde det blitt bygget en trefaset kraftledning fra Lauffen am Neckar til Frankfurt am Main med en spenning på 25 kV. Anledningen var den Den internasjonale elektrotekniske utstillingen i 1891, som ble avholdt i Frankfurt. Her ble det benyttet en spesiell type isolatorer med olje, se illustrasjon til høyre. Det var imidlertid isolatorer av glass eller porselen uten olje, som hadde livets rett og som ble utviklet av en rekke fabrikanter utover på 1900-tallet.
mini|Tverrsnitt av en H-kabel for 30 kV. Metallskjermen for hver av lederne kan sees.
Det første kraftfordelingssystemet for underjordisk installasjon ble utviklet av Edison i 1882 i New York. Her ble det brukt kobberstenger, isolert med jute som de var innpakket i, som ble plassert i stive rør fylt med et stoff basert på bitumen."undergrounding electric lines" A J Pansini, ISBN 0-8104-0827-9, 1978 Den britiske ingeniøren Sebastian Ziani de Ferranti (1864–1930) regnes som en av pionerene for utvikling av høyspentkabler. Ved byggingen av Deptford Generating Station for kraftforsyning i London, som ble påbegynt i 1887, ble slike kabler lagt ned i undergrunnen. Disse var konstruert for en spenning på 10 000 V, og var dessuten de første papirisolerte kabler. Kabelen var bygget opp med to ledere viklet inn med brede papirbånd mettet med olje.
Ytterligere forbedring av isolasjonen i kabler ble gjort av den tyske ingeniøren Martin Höchstädter (1883–1973), som tok patent på en trelederkabel der hver leder hadde en skjerm utenpå isolasjonen. Dermed ble det elektriske feltet helt radielt gjennom isolasjon, mens tidligere kabler med en felles skjerm for alle lederne ga inhomogene og sterke feltforsterkninger som ødela isolasjonen. Denne kabelkonstruksjonen så dagens lys i 1914, og ble kjent som H-kabel. Andre oppfinnere fant ut at ødeleggelse av kabelen på grunn av termisk ekspansjon og sammentrekning kunne unngås om en tynn olje ble benyttet som impregnering. En fant på å trykksette oljen for kabelisolasjonen for å oppta disse materialspenningene, noe som gjorde at en på slutten av 1920-årene kunne anvende spenning på rundt 70 000 volt.
Bruksområder for elektrisk isolasjon
mini|En isolatorkjede i en kraftlinje for 275 kV i England.
Luft er en god isolator, dermed er i prinsippet ingen annen isolasjon nødvendig for å hindre gjennomslag mellom ledere. Mellom lederne i høyspentlinjer brukes vanligvis bare luft som isolasjon, her vil isolasjon i form av for eksempel en plastkappe, ofte både være kostbart og unødvendig. Tilstrekkelig høy isolasjon fås ved å ha tilstrekkelig stor avstand mellom lederne, den såkalte isolasjonsavstanden. I visse punkter må ledere henges eller støttes opp, på slike steder benyttes isolatorer som ofte er konstruksjoner av keramikk eller glass som kan motstå svært høye spenninger.
mini|En del av kretskortet til en ZX Spectrum datamaskin fra 1983. Selve kortet er isolerende og elektroniske komponenter er montert på det. Mellom komponentene går det ledende spor, og det er også hull gjennom kortet til komponenter på andre siden.
Men selv for ledninger for lave spenninger er isolasjon nødvendig, de kan for eksempel komme så nært hverandre at det oppstår berøring som igjen gir kortslutning og brannfare i kontaktpunktene. Ledninger som fører spenninger høyere enn 60 V kan forårsake elektrosjokk som i verste fall er livstruende. Et svært fleksibelt belegg av isolerende materiale brukes ofte på elektrisk ledning og kabel, dette kalles isolert ledning. Dette bidrar til å hindre disse problemene, for eksempel i en husinstallasjon eller for elektriske apparater.
I elektroniske systemer som kretskort er disse laget av epoksy-plast og glassfiber. Selve kortet som er ikke-ledende holder sammen opptil flere sjikt av for eksempel ledende kobberfolie som forbinder komponentene. I elektroniske enheter er de små aktive komponentene integrert i ikke-ledende epoxy- eller fenoliske plaster, eller innbakt i glass eller keramiske belegg.
I mikro-elektroniske komponenter for eksempel transistorer og integrert kretser, anvendes det et silisiummateriale som normalt er en god leder. Disse kan ved hjelp av små spennings- eller strømsignaler omdannes til enten å være en god isolator eller leder.
I systemer for høyspenning er for eksempel transformatorer og kondensatorer vanlige komponenter, disse er ofte fylt med olje som virker som isolator. I tillegg er lederne viklet med papir eller påført isolerende lakk. Andre isolasjonsmaterialer i systemer for høyspenning inkluderer keramikk eller glassisolatorer, forskjellige gasser og vakuum. Desto høyere spenning, desto større utfordringer oppstår ved utforming og materialvalg av isolatorer.
Isolasjonsmaterialer En rekke forskjellige materialer, både faste, flytende og gassformige, brukes som elektriske isolatorer. Her følger en liste over noen vanlige stoffer:
Keramikk og porselen; dette har vært og er delvis fremdeles standardmateriale for høyspenningsanlegg. Gummi, i sin naturlige og i sine syntetiske former, ble brukt som en isolator fra før 1870-årene og opp til 1950-årene. Har vært brukt for ledninger, spesielt for husinstallasjoner og ledninger for apparater. Plast, som polyvinylklorid (PVC) og andre typer, erstattet etter hvert gummi som isolator for ledninger og andre deler. PVC og nylon er nå det vanligste i de fleste typer ledninger. PEX (tverrbunden polyeten,) brukes mye som isolasjon for kraftkabler over 1 kV, andre typiske plastmaterialer er PVC, PE og EPR. Glass (silika, soda og kalkstein); dette materialet ble brukt for telegraf og andre apparater for lavspenning. Såkalt «herdet glass» brukes i dag i stor utstrekning som isolator i høyspentmateriell. Herdingen foregår ved at glasset varmes opp til rundt 700 °C for deretter å bli bråkjølt med en kald luftstrøm.Rudolf: Elektromaterialer side 74. Papir og papp brukes som isolasjonsmateriale ettersom disse er billige og kan brukes alene der det ikke er høy temperatur eller spenninger. I høyspentmateriell er papir og papp meget vanlig, men da som et oljeimpregnert materiale.Thorsen: Høyspenningsteknikk side 142. Mica er et holdbart og stabilt materiale selv når det utsettes for vær og vind. Det er en god termisk leder som samtidig er en god elektrisk isolator. Mica er svært viktig for de mest vanlige typer kondensatorer. Mica består av glimmer som er limt sammen under høyt trykk og temperatur. Bindemiddel er fenolharpikser, epoksider og syntetiske harpikser. Teflon (polytetrafluoretylen) er et glatt, slitesterkt og korrosjonsbestandig materiale som blant annet brukes i kabelisolasjon. Perfluoralkoksy (PFA, tilhører gruppen fluorplaster); dette stoffet er motstandsdyktig mot aggressive kjemiske stoffer, det er gjennomsiktig og fleksibelt. Det benyttes mye for applikasjoner nær sjøen fordi det er motstandsdyktig mot saltvann. Gass, da spesielt luft, er et svært mye brukt isolasjonsmedium, ettersom avstanden mellom ledere med forskjellige spenninger kan økes for å oppnå ønsket elektrisk holdfasthet. Svovelheksafluorid (SF6) under høyt trykk brukes som isolasjonsmedium i innkapslede høyspentanlegg. Ved å bruke denne gassen istedenfor luft kan avstanden mellom lederne reduseres til rundt en tidel.Rudolf: Elektromaterialer side 22. Væsker, da først og fremst isolerende olje, ofte kalt transformatorolje, er et petroleumsprodukt som blir brukt som isolator. Selve transformatoren, altså jernkjernen og viklingene, står nedsenket i en stor oljefylt tank der oljen sirkulerer rundt for å lede vekk tapsvarme. Viklingene er i seg selv isolert med et annet stoff, oftest papir, slik at begge materialene inngår som en del av isolasjonssystemt. Noen kondensatorer bruker også olje, samt brytere.
Noen stoffer er nesten gått helt ut av bruk, for eksempel asbest. Selv om det har flere gode tekniske egenskaper, er støvet fra dette mineralet meget helseskadelig. Tavlefronter for brytere og måleinstrumenter var til begynnelsen av første halvdel av 1900-tallet ofte laget av polert skifer eller marmor.