I materiali isolanti vengono utilizzati come strato isolante del cavo per isolare i conduttori a trefolo e le interazioni tra i conduttori e la guaina. Forniscono inoltre una certa resistenza alla tensione, una certa resistenza al calore e una qualità di isolamento stabile.
Lo spessore dello strato isolante è correlato alla tensione operativa. In generale, maggiore è il livello di tensione, più spesso è lo strato isolante, ma non è proporzionale.
A causa dell'intensità del campo elettrico, lo spessore dello strato isolante può essere inferiore per cavi dello stesso livello di tensione quando la sezione trasversale del conduttore è maggiore.
Per cavi a bassa tensione, soprattutto cavi isolati in carta, per garantire la flessione del cavo, lo strato di carta ha una certa resistenza meccanica, lo spessore dello strato isolante dovrebbe essere aumentato con l'aumentare della sezione trasversale del conduttore.
I materiali dello strato isolante sono principalmente carta impregnata di olio, plastica e gomma.
A seconda dello strato isolante del conduttore utilizzato nei diversi materiali, il cavo isolato è principalmente suddiviso in cavo isolato in plastica, cavo isolato in gomma e cavo isolato in carta impregnata d'olio.
La struttura e le caratteristiche dei tre tipi di isolamento del cavo sono le seguenti.
Isolamento in plastica
L'isolamento in plastica è un importante materiale isolante, che comprende principalmente l'isolamento PVC e l'isolamento XLPE.
Lo strato isolante del cavo è realizzato in plastica termoplastica estrusa, che viene reticolato aggiungendo un agente reticolante dopo l'estrusione della plastica termoplastica in PVC.
Questo tipo di isolamento ha buone proprietà elettriche e una buona resistenza all'acqua., può resistere agli acidi e agli alcali, previene la corrosione, ma presenta anche i vantaggi di un'elevata temperatura operativa, buone proprietà meccaniche e può essere utilizzato per la produzione di cavi ad alta tensione.
Isolamento A Caoutchouc
IL cavi elettrici isolati in gomma sono isolati con gomma stirene-butadiene o gomma sintetica.
I principali vantaggi di questi cavi sono la flessibilità e la buona saldabilità, che li rende particolarmente adatti per gli impianti mobili di fornitura di energia ed elettricità.
Tuttavia, l'isolamento in gomma si danneggia rapidamente quando entra in contatto con l'olio.
Ciò è dovuto all'effetto dell'alta tensione, che si fessura a causa della sensibilità del materiale all'effetto corona.
Perciò, Questi cavi vengono generalmente utilizzati per cavi isolati di media tensione fino a 10 kV e meno, mentre per tensioni fino a 35 kv.
Isolamento A PAPI IOimpregnato di’HTutto
L'isolamento in carta impregnata d'olio è costituito da una combinazione di carta per cavi e agente impregnante.
Lo spessore della normale carta per cavi isolata con carta impregnata d'olio è 0,08, 0,12 et 0,17 mm.
L'agente impregnante è miscelato con olio per cavi a bassa tensione e colofonia ed è chiamato olio per cavi impregnato viscoso.
Costruzione dell'isolamento
Cavi unipolari e cavi con guaina di piombo (alluminio) le fasi separate hanno un conduttore circolare e l'isolamento è costituito da una striscia di carta avvolta in strati concentrici a forma di cerchio.
IL Cavi multiconduttori da 10kV e meno, il conduttore è semicircolare, ovale o a forma di ventaglio, la struttura dello strato isolante è del tipo a fascio di nastri.
Questa struttura è la seguente : ciascun conduttore è avvolto attorno a parte della carta isolante, diversi conduttori sono avvolti insieme, quindi avvolto attorno ad uno spessore di carta per cavi, noto come isolamento totale del pacchetto o isolamento a nastro.
In questo modo, lo spessore dell'isolamento tra conduttore e conduttore è il doppio di quello del conduttore.
Tra conduttore e guaina del conduttore, lo spessore dell'isolamento del conduttore viene sommato allo spessore dell'isolamento totale dell'imballaggio.
L'isolamento in carta impregnata d'olio dei cavi riempiti d'olio richiede prestazioni elettriche elevate, uno spessore di carta di 0,045, 0,075, 0,125, 0,175 mm e così via, il valore della tangente dell'angolo di perdita dielettrica deve essere maggiore di 0,0026.
Impregnazione con olio a bassa viscosità, la resistenza alla rottura della frequenza dell'olio non deve essere inferiore a 60 kV/2,5 mm.
Ciò migliora notevolmente la resistenza elettrica dell'isolamento del cavo sotto una determinata pressione dell'olio.
Fattori UNinfluenzando lo spessore del’IOconsolazione
Lo spessore del materiale isolante del cavo è determinato dalla tensione operativa del cavo e dalla sezione nominale del conduttore, sia per garantire che la tensione di frequenza che la tensione di shock non siano interrotte, ma anche per garantire che l'isolamento non venga danneggiato meccanicamente nella normale costruzione.
L'isolamento in carta impregnata di olio è più resistente al calore rispetto all'isolamento in gomma e all'isolamento in polietilene ; la temperatura di esercizio può generalmente raggiungere gli 80°C e la resistenza elettrica è elevata.
Livelli di tensione inferiori o uguali a 35 kV sono isolati con carta isolante adesiva impregnata di olio, mentre i livelli di tensione maggiori o uguali 60 kV sono isolati con carta isolante impregnata d'olio.
L'isolamento in carta assorbe facilmente l'umidità, che riduce notevolmente la resistenza dell'isolamento. Questo è il motivo, oltre alla deumidificazione e all'impregnazione, una guaina metallica viene utilizzata per impedire la penetrazione dell'umidità.
Inoltre, l'isolamento in carta è relativamente rigido, sono specificati il raggio minimo di curvatura consentito e la temperatura minima di posa dei cavi.
Per questi motivi, durante la costruzione è necessario adottare precauzioni speciali per garantire buone proprietà di isolamento.
L'isolamento è PVC
L’isolamento al PVC presenta molti vantaggi rispetto all'isolamento in carta impregnata di olio, ma la sua perdita dielettrica è significativa, ambiente 10 ha 20 volte quello dell'isolamento in carta impregnata di olio.
Inoltre, la sua conduttività aumenta bruscamente con l'intensità del campo elettrico, che ne limita l'uso a tensioni più elevate.
Alle stesse condizioni, la resistenza alla rottura della corrente alternata del PE è approssimativamente 60 % superiore a quello del PVC, e la perdita dielettrica rappresenta solo 0,5 % da quello del PVC.
I cavi isolati in PE sono caratterizzati da elevate proprietà isolanti, bassa densità, buona resistenza all'acqua e alla corrosione chimica, ma il loro punto di fusione è così basso che si rompono facilmente sotto stress meccanico.
Per sfruttare le buone proprietà isolanti del polietilene e superare lo svantaggio del suo basso punto di fusione, il polietilene può essere reticolato.
Il polietilene può essere reticolato mediante irradiazione ad alta energia o metodi chimici, in modo che le sue molecole passino dalla struttura lineare originaria ad una struttura reticolare, cioè dal termoplastico al termoindurente, migliorando così la resistenza al calore e la stabilità termica del polietilene, chi è XLPE.
Le caratteristiche principali del materiale isolante XLPE sono l'elevato punto di rammollimento, bassa deformazione termica, elevata resistenza meccanica alle alte temperature, buona resistenza all'invecchiamento termico, ecc. La temperatura massima di esercizio dei cavi in polietilene reticolato può raggiungere i 90°C, e la temperatura di cortocircuito ammissibile 250°C.
Sebbene il cavo abbia proprietà elettriche molto superiori, ci sono inevitabilmente dei micropori, impurità e altri difetti all'interno dello strato isolante.
Particolarmente, la presenza di micropori favorisce l'assorbimento dell'acqua, che innesca il fenomeno dell “dendrite dell'acqua” lungo la direzione del campo elettrico sotto l'azione di un campo elettrico elevato e danneggia l'isolamento.
In realtà, la selezione del materiale isolante e il controllo dei micropori e delle impurità durante il processo di produzione sono i modi principali per ridurre il fenomeno dei dendriti dell'acqua, ma metodi costruttivi irragionevoli in fase di installazione possono portare anche alla formazione di nuovi micropori.
ZMS offre cavi isolati con eccellenti proprietà isolanti. La scelta dei materiali isolanti si basa su ciò che è meglio ottenere per ottenere le migliori proprietà isolanti.
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