Tipi di isolatori utilizzati nelle linee di trasmissione (aeree)

Definizione dei Tipi di Isolatori

Ci sono cinque principali tipi di isolatori utilizzati nelle linee di trasmissione: Pin, Sospensione, Tensione, Stay e Shackle.

• Isolatore Pin

• Isolatore a Sospensione

• Isolatore a Tensione

• Isolatore Stay

• Isolatore Shackle

Gli isolatori Pin, a Sospensione e a Tensione sono utilizzati in sistemi a media e alta tensione. Gli isolatori Stay e Shackle, invece, sono principalmente utilizzati in applicazioni a bassa tensione.

Isolatore Pin

Gli isolatori Pin sono il primo tipo di isolatori da linea sviluppati e sono ancora ampiamente utilizzati nelle reti elettriche fino a 33 kV. Possono essere realizzati in una, due o tre parti in base alla tensione.

In un sistema a 11 kV, si utilizza tipicamente un isolatore monopezzo, realizzato in un'unica parte di porcellana o vetro modellato.

Poiché il percorso di fuga di un isolatore è lungo la sua superficie, aumentare la lunghezza verticale della superficie aiuta a estendere il percorso di fuga. Forniamo uno, due o più ripari pioggia o sottogonne sul corpo dell'isolatore per ottenere un lungo percorso di fuga.

Inoltre, i ripari pioggia o le sottogonne su un isolatore servono a un altro scopo. Progettiamo questi ripari in modo tale che, durante la pioggia, la superficie esterna del riparo si bagni, ma la superficie interna rimanga asciutta e non conduttiva. In questo modo, ci sarà un'interruzione del percorso conduttivo attraverso la superficie bagnata dell'isolatore Pin.

Nei sistemi ad alta tensione, come 33 kV e 66 kV, la produzione di un isolatore Pin monopezzo in porcellana diventa più difficile. Più alta è la tensione, più spesso deve essere l'isolatore per fornire isolamento sufficiente. Un isolatore monopezzo di porcellana molto spesso non è pratico da produrre.

In questo caso, utilizziamo un isolatore Pin multiparte, dove alcune gusci di porcellana progettati correttamente sono fissati insieme con cemento Portland per formare un'unità isolante completa. Generalmente, utilizziamo isolatori Pin biparti per i sistemi a 33 kV e tripartiti per i sistemi a 66 kV.

Considerazioni di Progettazione degli Isolatori Elettrici

Il conduttore vivo è fissato in cima all'isolatore Pin, che porta la potenziale viva. Il fondo dell'isolatore è fissato alla struttura di supporto a potenziale di terra. L'isolatore deve resistere agli stress di potenziale tra il conduttore e la terra. La distanza più breve tra il conduttore e la terra, intorno al corpo dell'isolatore, lungo la quale può verificarsi una scarica elettrica attraverso l'aria, è nota come distanza di flashover.

Quando l'isolatore è bagnato, la sua superficie esterna diventa quasi conduttiva. Di conseguenza, la distanza di flashover dell'isolatore diminuisce. La progettazione di un isolatore elettrico dovrebbe essere tale da minimizzare la diminuzione della distanza di flashover quando l'isolatore è bagnato. Per questo motivo, la sottogonna superiore di un isolatore Pin ha una forma a ombrello per proteggere la parte inferiore dell'isolatore dalla pioggia. La superficie superiore della sottogonna superiore è inclinata il meno possibile per mantenere la massima tensione di flashover durante la pioggia.

I ripari pioggia sono progettati in modo tale da non disturbare la distribuzione della tensione. Sono progettati in modo che la loro superficie sottostante sia perpendicolare alle linee di forza elettromagnetiche.

Isolatore Post

Gli isolatori Post sono simili agli isolatori Pin, ma gli isolatori Post sono più adatti per applicazioni ad alta tensione.

Gli isolatori Post hanno un numero maggiore di sottogonne e una maggiore altezza rispetto agli isolatori Pin. Questo tipo di isolatore può essere montato sulla struttura di supporto orizzontalmente e verticalmente. L'isolatore è realizzato in un'unica parte di porcellana e ha dispositivi di fissaggio sia in cima che in fondo.

Le principali differenze tra isolatore Pin e isolatore Post sono:

Isolatore a Sospensione

A tensioni superiori a 33 kV, diventa economicamente sconveniente utilizzare isolatori Pin poiché la dimensione e il peso dell'isolatore aumentano. Maneggiare e sostituire isolatori singoli di grandi dimensioni è un compito difficile. Per superare queste difficoltà, è stato sviluppato l'isolatore a sospensione.

Nell'isolatore a sospensione, un certo numero di isolatori è collegato in serie per formare una catena e il conduttore di linea è sostenuto dallo isolatore inferiore. Ogni isolatore di una catena a sospensione è chiamato isolatore disco a causa della sua forma a disco.

Vantaggi dell'Isolatore a Sospensione

• Ogni disco di sospensione è progettato per una tensione nominale di 11 kV (tensione nominale superiore di 15 kV), quindi utilizzando un diverso numero di dischi, una catena a sospensione può essere resa adatta a qualsiasi livello di tensione.

• Se uno dei dischi isolatori in una catena a sospensione si danneggia, può essere sostituito più facilmente.

• Gli stress meccanici sull'isolatore a sospensione sono minori poiché la linea è appesa a una catena a sospensione flessibile.

• Poiché i conduttori portatori di corrente sono sospesi dalla struttura di supporto tramite la catena a sospensione, l'altezza della posizione del conduttore è sempre inferiore all'altezza totale della struttura di supporto. Pertanto, i conduttori possono essere protetti dai fulmini.

Svantaggi dell'Isolatore a Sospensione

• La catena a sospensione di isolatori è più costosa degli isolatori Pin e Post.

• La catena a sospensione richiede un'altezza maggiore della struttura di supporto rispetto agli isolatori Pin o Post per mantenere la stessa distanza dal suolo del conduttore.

• L'ampiezza del libero oscillazione dei conduttori è maggiore nel sistema a sospensione, pertanto, dovrebbe essere previsto un maggior spazio tra i conduttori.

Isolatore a Tensione

Una catena a sospensione utilizzata per gestire carichi di trazione significativi è chiamata isolatore a tensione. Viene utilizzato dove c'è una fine morta o un angolo acuto nella linea di trasmissione, richiedendo che la linea sopporti un pesante carico di trazione. Un isolatore a tensione deve avere una notevole resistenza meccanica oltre alle necessarie proprietà isolanti elettriche.

Isolatore Stay

Per le linee a bassa tensione, i stay devono essere isolati dal suolo ad un'altezza. L'isolatore utilizzato nel cavo di stay è chiamato isolatore Stay ed è solitamente in porcellana, progettato in modo tale che, in caso di rottura dell'isolatore, il cavo di stay non cada a terra.

Isolatore Shackle

L'isolatore Shackle (noto anche come isolatore a rocchetto) è solitamente utilizzato nella rete di distribuzione a bassa tensione. Può essere utilizzato in posizione orizzontale o verticale. L'utilizzo di questo tipo di isolatore è diminuito recentemente con l'aumento dell'uso dei cavi sotterranei per la distribuzione.

Il foro conico del rocchetto distribuisce il carico in modo più uniforme e minimizza la possibilità di rottura quando è fortemente caricato. Il conduttore nella scanalatura dell'isolatore Shackle è fissato con l'aiuto di un filo di legatura morbido.