Materiale isolante elettrico

Definizione

Un materiale isolante elettrico è definito come una sostanza che limita il flusso di elettricità attraverso di esso. In questi materiali, le cariche elettriche non si muovono liberamente; invece, offrono un percorso altamente resistivo, rendendo estremamente difficile il passaggio della corrente elettrica. Una delle principali applicazioni dei materiali isolanti elettrici è nelle linee di trasmissione aeree, dove vengono posizionati tra le torri e i conduttori. Il loro ruolo qui è prevenire la fuoriuscita di corrente elettrica dai conduttori al suolo, garantendo la sicura e efficiente trasmissione dell'energia elettrica.

Proprietà dei Materiali Isolanti Elettrici

Per un'ottima prestazione, i materiali isolanti elettrici dovrebbero possedere le seguenti proprietà chiave:

• Alta Resistenza Meccanica: Il materiale deve essere abbastanza robusto da sopportare la tensione e il peso dei conduttori che supporta. Ciò garantisce l'integrità strutturale del sistema elettrico e prevenisce guasti meccanici che potrebbero portare a interruzioni nella trasmissione di energia.

• Alta Resistenza Dielettrica: Una alta resistenza dielettrica consente al materiale di resistere a elevate tensioni elettriche senza cedere o condurre elettricità, preservando l'efficacia dell'isolamento in varie condizioni di stress elettrico.

• Alta Resistenza Elettrica: Per prevenire il flusso di corrente di fuga dai conduttori al suolo, il materiale isolante dovrebbe presentare alta resistività. Questo minimizza le perdite energetiche e riduce il rischio di incidenti elettrici.

• Non Poroso e Senza Impurità: La porosità e le impurità possono compromettere le proprietà isolanti del materiale fornendo percorsi per l'ingresso di umidità e la conduzione elettrica. Una struttura non porosa e priva di impurità garantisce affidabilità a lungo termine e prestazioni costanti.

• Stabilità Termica: Le proprietà elettriche e chimiche del materiale isolante dovrebbero rimanere inalterate dalle fluttuazioni di temperatura. Questo è cruciale per mantenere l'integrità dell'isolamento in diversi ambienti operativi, da temperature estremamente basse a elevate.

Solitamente, gli isolatori elettrici sono realizzati in vetro temprato o porcellana di alta qualità prodotta con processo bagnato. Gli isolatori in porcellana sono spesso smaltati di colore marrone sulle superfici esposte, anche se varianti smaltate in crema sono utilizzate in alcune applicazioni.

Il vetro temprato o precompresso è diventato una scelta popolare per la costruzione di isolatori di linea. Lo strato superficiale degli isolatori in vetro temprato è sottoposto a forte compressione, permettendo loro di resistere a significative sollecitazioni meccaniche e termiche. Il processo di tempra prevede il riscaldamento del vetro al di sopra della sua temperatura di deformazione e poi il raffreddamento rapido della superficie con aria, creando uno stato di stress interno che ne aumenta la resistenza e la durata.

Vantaggi degli Isolatori in Vetro Temprato rispetto agli Isolatori in Porcellana

• Maggior Resistenza alla Puntura: Gli isolatori in vetro temprato offrono una superiore resistenza alla puntura elettrica, riducendo la probabilità di fallimento dell'isolamento in condizioni ad alta tensione.

• Aumentata Resistenza Meccanica: Con una maggiore resistenza meccanica, questi isolatori sono meno soggetti a rottura durante il trasporto e l'installazione, riducendo i costi di manutenzione e i tempi morti.

• Alta Resistenza allo Shock Termico: La loro capacità di resistere a cambiamenti rapidi di temperatura riduce i danni causati dai flashover di potenza, migliorando l'affidabilità complessiva del sistema elettrico.

• Modalità di Fallimento Autoindicativa: In caso di danno dovuto a cause elettriche o meccaniche, lo strato esterno dell'isolatore in vetro temprato si rompe e cade a terra. Tuttavia, il cappello e il perno rimangono sufficientemente forti da supportare il conduttore, fornendo un chiaro indicatore di danno e assicurando la continua sicurezza dell'installazione elettrica.

• Vita Utile Più Lunga: Gli isolatori in vetro temprato hanno una vita utile significativamente più lunga rispetto agli isolatori in porcellana, rendendoli una scelta più conveniente a lungo termine.

Sebbene gli isolatori in vetro temprato abbiano molti vantaggi, presentano un inconveniente: l'umidità tende a condensarsi più facilmente sulle loro superfici. Tuttavia, quando testati per resistenza alla puntura in aria utilizzando onde impulsive a fronte ripida, le loro prestazioni sono paragonabili a quelle degli isolatori in porcellana.

Isolatori Polimerici

Un altro tipo di materiale isolante elettrico è l'isolatore polimerico, composto da una combinazione di vetroresina ed epossidica, a differenza della porcellana. Gli isolatori polimerici offrono diversi vantaggi distintivi:

• Leggeri: Sono circa il 70% più leggeri rispetto ai loro omologhi in porcellana, rendendoli più facili da maneggiare, trasportare e installare, specialmente in progetti elettrici su larga scala.

• Resistenti alla Puntura e Alta Resistenza Meccanica: Gli isolatori polimerici sono altamente resistenti alla puntura elettrica e possiedono eccellente resistenza meccanica, garantendo prestazioni affidabili in varie condizioni operative.

• Resistenza Termica: La loro elevata resistenza termica riduce i danni causati dai flashover, migliorando la sicurezza e la longevità del sistema elettrico.

• Ottima Prestazione a Tensione di Interferenza Radio: Gli isolatori polimerici mostrano ottime prestazioni nella riduzione dell'interferenza radio, fondamentale per mantenere l'integrità dei sistemi di comunicazione nelle vicinanze delle installazioni elettriche.

Ridotta Corrosione dell'Hardware: Le proprietà del materiale aiutano a prevenire la corrosione dell'hardware associato, riducendo i requisiti di manutenzione e prolungando la vita utile dei componenti elettrici.

Migliori Prestazioni in Atmosfere Inquinate: Gli isolatori polimerici sono particolarmente adatti all'uso in ambienti inquinati, poiché sono meno influenzati dai contaminanti, garantendo prestazioni isolate costanti anche in condizioni difficili.