Isolatore (energia elettrica)

Overhead di conduttori ad alta tensione di energia elettrica di trasmissione sono nudo, e sono isolati dall’aria circostante. I conduttori per tensioni più basse nella distribuzione possono avere un certo isolamento ma sono spesso nudi pure., Supporti isolanti chiamati isolanti sono necessari nei punti in cui sono supportati da pali di utilità o torri di trasmissione. Isolatori sono necessari anche dove il filo entra edifici o dispositivi elettrici, come trasformatori o interruttori, per isolare il filo dal caso. Questi isolatori cavi con un conduttore al loro interno sono chiamati boccole.

MaterialEdit

Gli isolanti utilizzati per la trasmissione di potenza ad alta tensione sono realizzati in vetro, porcellana o materiali polimerici compositi., Gli isolanti in porcellana sono fatti di argilla, quarzo o allumina e feldspato e sono coperti con una glassa liscia per versare acqua. Gli isolanti fatti dalla porcellana ricca in allumina sono usati dove l’alta resistenza meccanica è un criterio. La porcellana ha una rigidità dielettrica di circa 4-10 kV / mm. Il vetro ha una rigidità dielettrica superiore, ma attrae la condensa e le forme irregolari spesse necessarie per gli isolanti sono difficili da lanciare senza tensioni interne. Alcuni produttori di isolatori smisero di produrre isolanti in vetro alla fine degli anni ‘ 60, passando ai materiali ceramici.,

Recentemente, alcune utility elettriche hanno iniziato la conversione in materiali compositi polimerici per alcuni tipi di isolanti. Questi sono tipicamente composti da un’asta centrale in plastica rinforzata con fibre e da un rivestimento esterno in gomma siliconica o gomma monomerica di etilene propilene diene (EPDM). Gli isolanti compositi sono meno costosi, più leggeri e hanno un’eccellente capacità idrofobica. Questa combinazione li rende ideali per il servizio in aree inquinate. Tuttavia, questi materiali non hanno ancora la durata di servizio comprovata a lungo termine di vetro e porcellana.,

DesignEdit

La rottura elettrica di un isolatore a causa di una tensione eccessiva può verificarsi in due modi:

• Una puntura arco è una ripartizione e di conduzione del materiale isolante, causando un arco elettrico attraverso l’interno dell’isolante. Il calore derivante dall’arco di solito danneggia irreparabilmente l’isolante., La tensione di puntura è la tensione attraverso l’isolante (una volta installato nel suo modo normale) che causa un arco di puntura.
• Un arco di flashover è una rottura e conduzione dell’aria intorno o lungo la superficie dell’isolatore, causando un arco lungo l’esterno dell’isolatore. Gli isolanti sono solitamente progettati per resistere al flashover senza danni. La tensione di flashover è la tensione che causa un arco di flash-over.

La maggior parte degli isolatori ad alta tensione sono progettati con una tensione di flashover inferiore rispetto alla tensione di puntura, quindi lampeggiano prima di forare, per evitare danni.,

Sporco, inquinamento, sale e in particolare acqua sulla superficie di un isolante ad alta tensione possono creare un percorso conduttivo attraverso di esso, causando correnti di dispersione e flashovers. La tensione di flashover può essere ridotta di oltre il 50% quando l’isolante è bagnato. Gli isolatori ad alta tensione per uso esterno sono sagomati per massimizzare la lunghezza del percorso di perdita lungo la superficie da un’estremità all’altra, chiamata lunghezza di dispersione, per ridurre al minimo queste correnti di dispersione. Per fare questo la superficie è modellata in una serie di ondulazioni o forme concentriche del disco., Questi di solito includono uno o più capannoni; superfici a forma di coppa rivolte verso il basso che fungono da ombrelli per garantire che la parte del percorso di perdita della superficie sotto la “coppa” rimanga asciutta in caso di pioggia. Le distanze minime di dispersione sono di 20-25 mm / kV, ma devono essere aumentate in aree ad alto inquinamento o saline nell’aria.

Tipi di isolatorimodifica

Queste sono le classi comuni di isolatori:

• Isolante a pin – Come suggerisce il nome, l’isolante a pin è montato su un perno sul braccio trasversale sul palo. C’è una scanalatura sull’estremità superiore dell’isolante. Il conduttore passa attraverso questa scanalatura ed è legato all’isolante con filo ricotto dello stesso materiale del conduttore. Gli isolatori di tipo Pin sono utilizzati per la trasmissione e la distribuzione di comunicazioni e l’energia elettrica a tensioni fino a 33 kV., Gli isolatori realizzati per tensioni di funzionamento tra 33 kV e 69 kV tendono ad essere molto ingombranti e sono diventati antieconomici negli ultimi anni.
• Post isolante – Un tipo di isolante nel 1930 che è più compatto rispetto ai tradizionali pin-tipo isolatori e che ha rapidamente sostituito molti pin-tipo isolatori su linee fino a 69 kV e in alcune configurazioni, può essere fatto per il funzionamento fino a 115 kV.,
• Isolatore di sospensione – Per tensioni superiori a 33 kV, è usuale utilizzare isolatori a sospensione, costituiti da un numero di dischi di vetro o porcellana collegati in serie da collegamenti metallici sotto forma di stringa. Il conduttore è sospeso all’estremità inferiore di questa corda mentre l’estremità superiore è fissata al braccio trasversale della torre. Il numero di unità disco utilizzate dipende dalla tensione.
• Strain isolator – Un vicolo cieco o palo di ancoraggio o torre viene utilizzato dove una sezione diritta della linea termina, o angoli fuori in un’altra direzione., Questi poli devono resistere alla tensione laterale (orizzontale) della lunga sezione diritta del filo. Per sostenere questo carico laterale, vengono utilizzati isolatori di deformazione. Per le linee a bassa tensione (meno di 11 kV), gli isolatori a grillo vengono utilizzati come isolatori di deformazione. Tuttavia, per le linee di trasmissione ad alta tensione, vengono utilizzate stringhe di isolanti cap-and-pin (sospensione), attaccati al crossarm in direzione orizzontale. Quando il carico di tensione nelle linee è estremamente alto, come ad esempio nelle lunghe campate fluviali, vengono utilizzate due o più corde in parallelo.,
• Isolatore di grillo – Nei primi giorni, gli isolatori di grillo sono stati utilizzati come isolatori di ceppo. Ma al giorno d’oggi, sono frequentemente utilizzati per linee di distribuzione a bassa tensione. Tali isolanti possono essere utilizzati in posizione orizzontale o verticale. Possono essere fissati direttamente al palo con un bullone o al braccio trasversale.
• Boccola-consente a uno o più conduttori di passare attraverso una partizione come una parete o un serbatoio e isola i conduttori da esso.,
• Linea post isolante
• Stazione di posta isolante
• Taglio

Sospensione insulatorsEdit

numero Tipico di disco isolante unità standard tensioni di linea

tensione di Linea (kV)	Dischi
34.,4
600	44
750	59
765	60

Pin-type insulators are unsuitable for voltages greater than about 69 kV line-to-line., Tensioni di trasmissione più elevate utilizzano stringhe isolanti di sospensione, che possono essere realizzate per qualsiasi tensione di trasmissione pratica aggiungendo elementi isolanti alla stringa.

Le linee di trasmissione ad alta tensione di solito utilizzano design modulari di isolatori di sospensione. I fili sono sospesi da una “stringa” di isolatori a forma di disco identici che si attaccano l’un l’altro con perno metallico a cerniera o sfera e collegamenti a presa. Il vantaggio di questa progettazione è che le stringhe dell’isolante con le tensioni differenti di ripartizione, per uso con le tensioni differenti della linea, possono essere costruite usando il numero differente delle unità di base., Inoltre, se una delle unità isolanti nella stringa si rompe, può essere sostituita senza scartare l’intera stringa.

Ogni unità è costruita con un disco in ceramica o vetro con un tappo metallico e un perno cementato su lati opposti. Per rendere evidenti le unità difettose, le unità di vetro sono progettate in modo che una sovratensione causi un arco di foratura attraverso il vetro anziché un flashover. Il vetro è trattato termicamente in modo da frantumarsi, rendendo visibile l’unità danneggiata. Tuttavia la resistenza meccanica dell’unità è invariata, quindi la stringa dell’isolante rimane insieme.,

Le unità isolanti a disco a sospensione standard hanno un diametro di 25 centimetri (9,8 pollici) e una lunghezza di 15 cm (6 pollici), possono supportare un carico di 80-120 kN (18-27 klbf), hanno una tensione di flashover a secco di circa 72 kV e sono valutate a una tensione operativa di 10-12 kV. Tuttavia, la tensione di flashover di una stringa è inferiore alla somma dei suoi dischi componenti, perché il campo elettrico non è distribuito uniformemente sulla stringa ma è più forte sul disco più vicino al conduttore, che lampeggia per primo., Gli anelli di classificazione del metallo a volte sono aggiunti intorno al disco all’estremità ad alta tensione, per ridurre il campo elettrico attraverso quel disco e migliorare la tensione di flashover.

In linee ad altissima tensione l’isolante può essere circondato da anelli corona. Questi consistono tipicamente dei toruses di alluminio (più comunemente) o della tubatura di rame allegata alla linea. Sono progettati per ridurre il campo elettrico nel punto in cui l’isolante è collegato alla linea, per prevenire la scarica corona, che si traduce in perdite di potenza.,

HistoryEdit

I primi sistemi elettrici a utilizzare isolanti furono le linee telegrafiche; l’attacco diretto di fili a pali di legno diede risultati molto scarsi, specialmente durante il tempo umido.

I primi isolatori di vetro utilizzati in grandi quantità avevano un foro stenopeico non filettato., Questi pezzi di vetro erano posizionati su un perno di legno affusolato, che si estendeva verticalmente verso l’alto dal braccio trasversale del palo (comunemente solo due isolanti su un palo e forse uno sopra il palo stesso). La contrazione naturale e l’espansione dei fili legati a questi “isolatori senza fili” hanno portato a isolare gli isolatori dai loro perni, richiedendo il riseminamento manuale.,

Tra i primi a produrre isolanti ceramici furono aziende nel Regno Unito, con Stiff e Doulton che utilizzavano gres dalla metà degli anni 1840, Joseph Bourne (in seguito ribattezzato Denby) che li produceva intorno al 1860 e Bullers dal 1868. Il brevetto di utilità numero 48.906 fu concesso a Louis A. Cauvet il 25 luglio 1865 per un processo per produrre isolatori con foro stenopeico filettato: gli isolatori a perno hanno ancora fori di spillo filettati.

L’invenzione di isolatori a sospensione ha reso possibile la trasmissione di potenza ad alta tensione., Man mano che le tensioni della linea di trasmissione raggiungevano e superavano i 60.000 volt, gli isolatori necessari diventavano molto grandi e pesanti, con isolatori realizzati per un margine di sicurezza di 88.000 volt circa il limite pratico per la produzione e l’installazione. Gli isolatori di sospensione, d’altra parte, possono essere collegati in stringhe per tutto il tempo necessario per la tensione della linea.

Sono stati realizzati una grande varietà di isolatori telefonici, telegrafici e elettrici; alcuni li raccolgono, sia per il loro interesse storico che per la qualità estetica di molti progetti e finiture di isolatori., Un’organizzazione di collezionisti è la National Insulator Association degli Stati Uniti, che ha oltre 9.000 membri.