ISOLATORI COMPOSITI

Nella generazione, trasmissione e distribuzione di energia elettrica, per ragioni tecniche, è necessario variare il livello di tensione dell’elettricità, misurarla e controllarla. Tutto ciò viene effettuato utilizzando apparati elettrici specifici, statici o rotanti, per passare dalla media tensione della generazione all’alta tensione della trasmissione, per poi tornare alla media e alla bassa della distribuzione ma anche per misurazioni, protezione ed interruzione delle reti elettriche.

Gli isolatori sono utilizzati in tutti questi apparati elettrici: hanno lo scopo di isolare elettricamente due parti metalliche aventi un livello di tensione diverso (solitamente uno è messo a terra) per evitare corto circuiti che potrebbero causare l’interruzione della rete o danni e la distruzione degli apparati elettrici.

SAVER è in grado di fornire isolatori compositi e bushing assemblati che utilizzano SF6 come mezzo isolante.
I bushing sono utilizzati per portare i conduttori, sotto tensione, all’interno di tutti i tipi di apparati elettrici come trasformatori, interruttori, blindosbarre e passamuro.
I bushing sono suddivisi in non-condensatore e condensatore e questi ultimi sono suddivisi in base alla loro applicazione in bushing aria-aria, aria-SF6, aria-olio, passamuro (etc..) e il loro mezzo isolante (gas, RIP, OIP). Per gli isolatori compositi è importante conoscere il mezzo isolante e la specifica applicazione come il livello di inquinamento, l’altitudine della zona nella quale saranno installati e così via.

In applicazioni in alta e altissima tensione, il gas SF6 è comunemente utilizzato come mezzo isolante poiché non è soggetto ad invecchiamento, non è tossico, né infiammabile, ha buone proprietà dielettriche, spegni-arco e termiche ed è possibile controllare lo stress dielettrico attraverso la sua densità (attraverso un rilevatore di pressione).
Gli isolatori sono suddivisi in isolatori ceramici o compositi, questi ultimi con l’alettatura siliconica per applicazioni outdoor o senza alettatura siliconica per applicazioni indoor o all’interno dell’apparato elettrico (di solito impregnati sottovuoto).

La complessità di produzione degli isolatori compositi cresce esponenzialmente al crescere della classe di tensione; per questa ragione, il design dal punto di vista elettrico e meccanico deve essere molto accurato. Anche la loro fabbricazione deve essere effettuata con la massima cura e precisione possibile, per evitare qualsiasi difetto - anche di minor entità - che possa causare effetti catastrofici (scariche e/o danni agli apparati elettrici).

La maggior parte degli isolatori attualmente in uso sono ceramici, ma nel corso degli ultimi decenni gli isolatori compositi hanno incrementato la loro quota di mercato per gli importanti vantaggi che garantiscono rispetto agli isolatori ceramici tradizionali:

  • la sicurezza per gli operatori e gli apparati elettrici. A causa del loro design, dei materiali e della tecnologia di fabbricazione, gli isolatori compositi non esplodono come gli isolatori ceramici in presenza di difetti. La porcellana è un materiale molto rigido e fragile e può rompersi in presenza di difetti di produzione (non sempre possibili da individuare) o in presenza di un forte stress termico. Per gli apparati isolati in gas in normali condizioni di servizio (solitamente la pressione di servizio è 8-9 MPa) o per sovrappressioni interne (sopra 1,2 MPa), un difetto della porcellana potrebbe causare una vera e propria esplosione con “proiettili di porcellana” scaraventati anche a lunghe distanze. Un difetto nell’isolatore composito, se mai ci fosse, comporterebbe il progressivo rilascio delle fibre con il conseguente abbassamento della pressione interna o della sovrappressione. Questo è sicuramente uno dei principali vantaggi degli isolatori compositi rispetto a quelli ceramici, considerando l’usuale presenza di operatori nelle installazioni ma anche di abitazioni civili e uffici nelle vicinanze delle stesse.
  • l’alta idrofobicità del silicone che evita di dover lavare con una certa frequenza l’esterno dell’isolatore (minori costi di manutenzione);
  • un lead time molto contenuto degli isolatori compositi fabbricati nella Divisione Alta Tensione di SAVER in confronto al lead time medio dei produttori di isolatori ceramici per alta tensione;
  • un minor peso rispetto agli isolatori ceramici e questo comporta un doppio vantaggio in termini di risparmio negli oneri di trasporto e di possibilità di progettare apparati elettrici più snelli (ossia meno costosi);
  • gli isolatori compositi sono meno fragili rispetto agli isolatori ceramici e questo permette di maneggiarli con molta più facilità e velocità durante l’assemblaggio degli apparati o durante la loro installazione in servizio; inoltre l’alettatura siliconica in caso di danneggiamento spesso può essere riparata.

Per moltissimi anni SAVER ha prodotto e venduto migliaia di tubi in filament winding ai produttori europei di isolatori compositi. Pertanto, abbiamo una profonda esperienza nella fabbricazione di tubi per queste applicazioni e nel loro incollaggio alle parti metalliche.
Nel 2007 SAVER ha deciso di iniziare a produrre non solo il tubo in filament winding incollato alle flange metalliche, che rimane la “competenza chiave” all’interno dell’isolatore composito, bensì l’isolatore finito con l’alettatura siliconica.
Infatti, l’isolatore composito è composto da un tubo che gli garantisce la resistenza meccanica (FRP tube), assemblato con flange metalliche e coperto con un’alettatura siliconica che garantisce l’isolamento elettrico richiesto. In particolare, l’alettatura siliconica permette la creepage distance necessaria per evitare scariche e protegge il tubo in filament winding dai raggi UV.
Il dimensionamento elettrico e meccanico, l’installazione degli isolatori in zone molto inquinate o ad altitudini elevate, problemi di effetto corona sono tutti aspetti che devono essere considerati per il corretto dimensionamento tecnico, per la progettazione e il processo di fabbricazione di questi prodotti.

Esempi di simulazione del campo elettrico per una corretta progettazione degli isolatori e dello schermo:

SAVER ha effettuato importanti investimenti per i test esterni, i macchinari, il capitale umano, le attrezzature e le dotazioni per i controlli. La strategia di SAVER è stata quella di conservare ed incrementare sempre più la propria posizione nel settore della trasmissione e distribuzione di energia elettrica, specialmente in alta tensione. Oggi SAVER è tra i maggiori produttori mondiali di isolatori compositi e fornisce in tutto il mondo i maggiori e ben conosciuti produttori di HV OEM.

Come per tutte le altre linee di prodotto, considerando la specifica applicazione molto critica in alta tensione, SAVER ha selezionato soltanto le migliori materie prime testate e certificate prodotte in Europa, al fine di poter garantire la maggior qualità ed affidabilità possibile.
I leader nella produzione di HV OEM possono omologare isolatori compositi soltanto dopo aver testato le loro perfomance attraverso test elettrici e meccanici molto severi e simulando il lodo comportamento e il loro deterioramento nel lungo periodo.
SAVER ha superato tutti i test previsti dagli Standard internazionali IEC 61462 e i test (ancora più severi) specifici dei clienti, richiesti dai più importanti produttori mondiali di apparecchiature elettriche.

Design test Acc to IEC 61462

  • Tests on interfaces and connections of end fittings (IEC 61462 § 7.2)
  • Tests on shed and housing material (IEC 61462 § 7.3) which includes:
    • Hardness test (IEC 61462 § 7.3.1)
    • Accelerated weathering test (IEC 61462 § 7.3.2)
    • Tracking and erosion test (IEC 61462 § 7.3.3)
    • Flammability test (IEC 61462 § 7.3.4)
  • Tests on the tube material (IEC 61462 § 7.4)
    • Dye penetration (IEC 61462 § 7.4.1)
    • Water diffusion test (IEC 61462 § 7.4.2)

altri test specifici dei clienti

  • Thermal ageing under internal pressure (2000 hours at Tmax under MSP)
  • Thermal stability (10 cycles of 24 h between Tmin and Tmax under MSP)

Type test:

I Type test sono effettuati per misurare la corrispondenza tra i calcoli progettuali e la realizzazione effettivamente prodotta. Tutti i test sono effettuati ogni qualvolta ci sia un cambiamento nelle dimensioni o nel design. Tutti i type test sono effettuati internamente da SAVER utilizzando gli estensimetri.

  • Internal pressure test (IEC 61462 § 8.4.1)
    • Stage 1: test at 2,0 × maximum service pressure (MSP)
    • Stage 2: test at 4,0 × maximum service pressure
    • Stage 3: test at specified internal pressure (SIP) level (if SIP > 4 x MSP)
    • Stage 4: test up to burst-pressure
  • Bending test (IEC 61462 § 8.4.2)
    • Stage 1: test at maximum mechanical load (MML)
    • Stage 2: test at 1,5 × maximum mechanical load
    • Stage 3: test at 2,5 × maximum mechanical load
    • Stage 4: test up to failure

Routine tests:

I routine test sono effettuati per verificare la qualità della produzione standard. Tutti i routine test sono effettuati internamente da Saver in accordo con il cliente.

  • Bending test
  • Test di Pressione
  • Test di tenuta (con gas Elio e spettrometro di massa)
  • Macchine di misurazione tridimensionale
  • Ispezione visiva

SAVER è già omologata per le seguenti applicazioni:

  • Live Tank Circuit Breakers da 36 a 170kV
  • Live Tank Circuit Breakers da 245 a 800kV
  • Aria-SF6 bushings per Dead Tank Circuit Breakers da 72 a 362 kV
  • Trasformatori di misura da 72 a 800kV
  • Terminazione dei cavi
  • Scaricatori

Per essere sempre più competitiva nella produzione di isolatori compositi, SAVER ha deciso di dedicare interamente uno stabilimento alle applicazioni in alta tensione con una capacità produttiva annua molto industrializzata ed automatizzata di circa 50.000 isolatori compositi.

Diverse migliaia di isolatori composti sono già installate e in servizio da numerosi anni in molte aree geografiche e in severe condizioni di servizio.

ANALISI DEL CAMPO ELETTRICO:

  • Ottimizzazione delle dimensioni dell’isolatore;
  • Progettazione dello schermo interno / esterno;
  • Definizione dell’alettatura siliconica dell’isolatore composito;
  • Controllo degli stress elettrici lungo il materiale

Finite Element Method Analysis