Il cosiddetto isolamento si riferisce all’utilizzo di materiali isolanti per sigillare il corpo carico, isolando così il corpo carico o i conduttori di diverso potenziale, in modo che la corrente possa scorrere secondo un determinato percorso.
Un buon isolamento è una condizione necessaria per garantire il normale funzionamento delle apparecchiature e delle linee, oltre a essere una misura importante per prevenire gli incidenti da scossa elettrica.
I materiali isolanti svolgono spesso altri ruoli: dissipazione del calore e raffreddamento, supporto meccanico e fissaggio, immagazzinamento di energia, spegnimento di archi elettrici, resistenza all’umidità, alla muffa e protezione dei conduttori. 1. Classificazione e caratteristiche dei materiali isolanti. Sotto l’azione della tensione continua, passa solo una piccolissima corrente e la loro resistività è superiore a 109Ω cm.
I materiali isolanti si dividono in tre categorie: gas, liquidi e solidi.
I materiali isolanti gassosi comunemente utilizzati sono l’aria, l’azoto, l’idrogeno, l’anidride carbonica e l’esafluoruro di zolfo; i materiali isolanti liquidi comunemente utilizzati sono l’olio minerale (come l’olio per trasformatori, l’olio per interruttori, l’olio per condensatori e l’olio per cavi, ecc.), l’olio di silicio e l’olio di ricino; i materiali isolanti solidi comunemente utilizzati includono prodotti in fibra isolante (come carta, cartone), prodotti in fibra impregnata isolante (come tela verniciata, tubi di vernice e fascette per cavi, ecc.), vernice isolante, colla e polvere di saldatura, prodotti in mica isolante, pellicole elettriche, prodotti compositi e nastri adesivi, oltre a plastiche e gomme per l’ingegneria elettrica.
L’isolamento delle apparecchiature elettriche deve essere conforme al livello di tensione corrispondente, alle condizioni ambientali e alle condizioni di utilizzo.
Deve essere in grado di resistere a lungo a fattori elettrici, meccanici, chimici, termici, biologici e ad altri fattori nocivi senza subire guasti.
La qualità e la durata dei prodotti elettrici dipendono in larga misura dalle proprietà elettriche, termiche, meccaniche, fisiche e chimiche del materiale isolante.
Sotto l’azione di un campo elettrico esterno, il materiale isolante subisce processi quali polarizzazione, perdita e rottura.
Inoltre invecchia. 2. Il fenomeno per cui l’ isolante perde completamente le sue prestazioni isolanti sotto l’azione di un forte campo elettrico e di altri fattori è chiamato rottura dell’isolamento.
Il guasto si divide in tre tipi: guasto dielettrico gassoso, guasto dielettrico liquido e guasto dielettrico solido.
Le caratteristiche di rottura dei dielettrici gassosi possono utilizzare metodi ad alto vuoto e ad alta pressione per migliorare la forza di rottura del gas.
Il gas contiene impurità (vapore conduttivo, impurità conduttive) che possono ridurre la tensione di ripartizione.
Dopo la rottura del gas, quando la tensione esterna applicata viene rimossa, le prestazioni di isolamento del gas vengono ripristinate rapidamente.
Dopo la rottura del gas, nella fessura si forma un percorso di corrente che aumenta bruscamente, come nel caso di archi, fulmini, luci fluorescenti, luci al neon e così via nella vita quotidiana, formando una conduzione del gas.
② Le caratteristiche di rottura dei dielettrici liquidi.
In genere si ritiene che la ripartizione dei liquidi puri sia simile a quella dei gas.
La rottura è causata dalla ionizzazione da impatto degli elettroni. Tuttavia, la densità del liquido è elevata, la corsa libera degli elettroni è breve e l’energia accumulata è piccola, quindi la rottura è più intensa di quella del gas.
Il guasto del dielettrico liquido è legato alla sua purezza.
Per garantire la qualità dell’isolamento, il dielettrico liquido deve essere purificato, disidratato e degassato prima di essere utilizzato.
Dopo la rottura del liquido, quando la tensione applicata viene rimossa, le prestazioni di isolamento del liquido possono essere ripristinate in una certa misura.
③Caratteristiche della rottura dei dielettrici solidi La rottura dei dielettrici solidi comprende la rottura elettrica, la rottura termica e la rottura chimica.
Il breakdown elettrico è caratterizzato da un breve tempo di applicazione della tensione e da un’elevata tensione di breakdown; l’intensità del campo di breakdown è strettamente correlata all’uniformità del campo elettrico e non ha quasi nulla a che vedere con la temperatura circostante e il tempo di applicazione della tensione.
La caratteristica del breakdown termico è che la tensione è più lunga rispetto al breakdown elettrico, la tensione di breakdown è più bassa e la temperatura di isolamento aumenta.
La tensione di rottura diminuisce all’aumentare della temperatura circostante, ma ha poco a che fare con l’uniformità del campo elettrico.
Il guasto elettrochimico è il guasto causato dall’effetto combinato di fattori quali la liberazione, il riscaldamento e la reazione chimica.
Il guasto elettrochimico si forma sotto l’effetto prolungato della tensione e la sua tensione di guasto è spesso molto bassa.
È strettamente legato alle prestazioni di resistenza libera del materiale isolante stesso, al processo di produzione e alle condizioni di lavoro.
La rottura ha un effetto cumulativo, ovvero un danno parziale o una rottura incompleta è causata da un’azione di tensione impulsiva, mentre più azioni di tensione impulsiva provocano una rottura completa.
Il dielettrico solido non può essere recuperato dopo la rottura e perde le sue proprietà isolanti.
(2) Durante il funzionamento del materiale isolante delle apparecchiature per l’invecchiamento dell’isolamento, a causa degli effetti a lungo termine di vari fattori, si verificherà una serie di cambiamenti chimici e fisici che porteranno al graduale deterioramento delle sue proprietà elettriche e meccaniche.
Questo fenomeno è chiamato invecchiamento dell’isolamento.
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Nelle apparecchiature elettriche a bassa tensione, l’invecchiamento dell’isolamento è principalmente di tipo termico.
Ogni tipo di materiale isolante ha una temperatura limite di resistenza al calore.
Se la temperatura supera questo limite quando l’apparecchiatura è in funzione, l’invecchiamento del materiale isolante si aggrava e la vita utile dell’apparecchiatura elettrica si riduce.
Nelle apparecchiature elettriche ad alta tensione, l’invecchiamento dell’isolamento è principalmente di tipo elettrico.
È causato dalla scarica parziale del materiale isolante.