Isolanti compositirappresentano un progresso significativo nella tecnologia dell’isolamento elettrico. A differenza dei tradizionali isolanti in porcellana o vetro, utilizzano un sofisticato design multi-materiale per ottimizzare le prestazioni. Ecco una ripartizione dei loro componenti principali e dei vantaggi:
1. Definizione e componenti principali
Un isolante composito è un tipo specializzato di isolante polimerico costituito da almeno due elementi isolanti distinti:
Nucleo:L'elemento strutturale centrale.
Alloggi (capanni meteorologici):Lo strato protettivo esterno, assemblato con terminali metallici.
(Nota: un isolante polimerico è definito come un isolante costruito principalmente con materiali a base di polimeri-).
2. Il nucleo: fondamento della resistenza meccanica
Funzione:Serve comecomponente isolante interno, progettato per sopportare i carichi meccanici dell'isolante (tensione, compressione, flessione).
Costruzione:Tipicamente prodotto da:
Fibre (ad esempio, vetro) incorporate all'interno di una matrice di resina, formando una plastica rinforzata con fibre (FRP).
Materiale isolante omogeneo (ad esempio ceramica o resina solida).
Classificazioni dei materiali principali:
Isolante composito polimerico (isolante composito standard):Sia il nucleo che l'alloggiamento sono costruiti con materiali polimerici.
Isolante composito ibrido:Presenta un nucleo realizzato in materiale omogeneo come la ceramica.
Nome alternativo: spesso definiti isolanti non-ceramici (NCI).
3. L'alloggiamento (capanni meteorologici): protezione ambientale ed elettrica
Funzione:Agisce comecomponente isolante esterno, fornendo due funzioni critiche:
· Distanza di dispersione:Garantisce il necessario percorso di isolamento elettrico lungo la superficie.
· Protezione del nucleo:Protegge il nucleo dai danni ambientali (umidità, radiazioni UV, inquinamento, sostanze chimiche).
Produzione:L'abitazione può essere formata da:
Installazione di capannoni individuali sul nucleo (con o senza guaina intermedia).
Stampaggio o iniezione dell'alloggiamento (come unità singola o in sezioni) direttamente sul nucleo.
Materiali:Utilizza polimeri ad alte-prestazioni per una maggiore durata, tra cui:
· Elastomeri:Gomma siliconica (la più diffusa), monomero di etilene propilene diene (EPDM).
· Resine:Resina epossidica cicloalifatica.
· Fluoropolimeri:Politetrafluoroetilene (PTFE).
4. Scelte dei materiali: standard di settore
Nucleo:Il materiale di base più comune èResina epossidica-Plastica rinforzata con fibra di vetro impregnata (asta in FRP/GFRP/GRP). Per progetti a nucleo cavo-(ad es. montanti di stazioni, boccole),Tubi rinforzati con fibra di vetro impregnati di resina epossidica-sono impiegati.
Custodia: gomma siliconicaè ampiamente apprezzato per la sua eccezionale idrofobicità e resistenza al tracciamento e all'erosione.
5. Vantaggio chiave: il sistema multi-materiale
La superiorità fondamentale degli isolanti compositi risiede nella loro filosofia di progettazione:
Isolanti Tradizionali (Porcellana/Vetro):Utilizza asistema-materiale singolo. Un materiale deve gestire contemporaneamente tutte le sollecitazioni meccaniche (compressione, tensione, flessione) e fornire la distanza di dispersione elettrica.
Isolanti compositi:Impiegare asistema multi-materiale Quello separa le funzioni principali:
· Nucleo:Ottimizzato perresistenza meccanica e-portanza.
· Alloggiamento:Ottimizzato perprestazioni elettriche (creepage)Eprotezione dell'ambiente.
Ciascun materiale svolge la sua funzione specializzata in modo ottimale, garantendo prestazioni complessive superiori, leggerezza, maggiore resistenza all'inquinamento e maggiore affidabilità.
6. Evoluzione: boccole in composito
Il comprovato successo degli isolanti compositi nelle linee di trasmissione e nelle sottostazioni ha stimolato lo sviluppo diBoccole composite ad alta-tensione. Questi utilizzano un tubo in fibra impregnata di resina-come elemento isolante primario. Questo tubo può essere utilizzato da solo o, per migliorare le prestazioni all'aperto, sovrastampato con un alloggiamento esterno in gomma (tettoie).
7.Classificazioni degli isolanti compositi primari
Gli isolanti compositi attualmente prodotti rientrano in quattro categorie principali, ciascuna progettata per ruoli specifici:
· Isolanti per sospensioni:Utilizzato principalmente nelle linee di trasmissione aeree, appese alle strutture per supportare i conduttori (ad esempio, Fig 1-1a).
· Isolanti per pali di linea:Impiegato su linee di distribuzione, ingressi di sottostazioni o come montanti, montati verticalmente o ad angolo su pali o strutture (es. Fig 1-1b).
Figura 1-1
(a) Isolanti per sospensioni (b) Isolanti per pali di linea
1-Raccordo superiore; 2-Capannoni abitativi/meteo; Nucleo in asta 3-FRP; 4-Raccordo inferiore
· Isolanti per postazioni di stazione:Fornire supporto strutturale e isolamento elettrico all'interno delle sottostazioni e dei quadri elettrici per apparecchiature come sezionatori, sbarre collettrici e interruttori automatici (ad esempio, Fig 1-2).
Figura 1-2
Isolante post compositoCIO-500
(a) Diagramma del prodotto (b) Diagramma dei componenti (c) Diagramma strutturale
1 - Isolante post composito; 2 - Trave rigida; 3 - Raccordi schermanti; 4 - Asta in resina fibra di vetro;
5 - Custodia-resistente agli agenti atmosferici; 6 - Fine del montaggio
· Isolanti a nucleo cavo:Presentano una struttura a tubo centrale, che consente loro di fungere da alloggiamenti isolanti o boccole per vari apparecchi elettrici (ad esempio, Fig 1-3).
Figura 1-3
Isolante composito a nucleo cavo
1-Raccordo superiore; 2-Capannoni abitativi/meteo; Nucleo in asta 3-FRP; 4-Raccordo inferiore
8. Applicazioni critiche
Linee di trasmissione e distribuzione:
· Isolanti per sospensioni:Costituiscono la spina dorsale delle linee aeree ad alta-tensione.
· Isolanti per pali di linea:Ampiamente utilizzato nelle reti di distribuzione a media-tensione e negli ingressi delle linee delle sottostazioni.
Sottostazioni e quadri elettrici:
· Isolanti per postazioni di stazione:Componenti essenziali in:
Interruttori di disconnessione:Fornire supporto strutturale e isolamento per le lamelle dell'interruttore (ad esempio, la Fig. 1-2 mostra un sezionatore del tipo a telaio che utilizza montanti compositi della stazione per il supporto dell'autobus).
Supporto autobus:Sbarre isolanti e portanti.
Supporto per interruttori automatici:Fornire isolamento per i poli dell'interruttore.
· Isolanti a nucleo cavo:Servire come componente isolante fondamentaleBoccole compositeper:
Trasformatori:(Boccole ad alta-tensione e a-bassa tensione)
Quadro elettrico:(Interruttori automatici, boccole GIS)
Trasformatori di strumenti:(Trasformatori di corrente - TA, Trasformatori di tensione - TV)
Terminazioni dei cavi
Scaricatori di sovratensione (parafulmini)
Vari apparecchi elettrici:Agendo come unalloggiamento o boccola isolante esterna(ad esempio, Figura 1-4).
Figura 1-4
L'applicazione diisolanti compositinelle installazioni esterne
(a) Passante ad anello di classificazione per il trasformatore principale; (b) scaricatore di sovratensione;
(c) VITAinterruttore del serbatoio morto; (d) trasformatore di corrente; (e) Trasformatore di tensione;
(f) Passante ad anello di classificazione per trasformatore di distribuzione (420/170 kV);
(g) Terminazione del cavo (170 kV)
Scaricatori e sezionatori di sovratensione:Gli isolanti compositi sono parte integrante degli alloggiamenti esterni dei moderni scaricatori di sovratensione-con alloggiamento in polimeri (ad esempio, Fig 1-5) e forniscono isolamento per i poli del sezionatore.
Figura 1-5
Due unità di scaricatori di sovratensione per linea di trasmissione da 500 kV conalloggiamenti compositi, installato come tipo a sospensione sulla linea (come mostrato sospeso nell'immagine)
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