Isolamento e componenti in resina epossidica

Che cosa sono le parti isolanti e quelle in resina epossidica?

I componenti isolanti e le parti in resina epossidica sono gli elementi dielettrici che tengono insieme gli apparecchi di interruzione a media tensione, sia dal punto di vista elettrico che meccanico. Gli isolatori di supporto sostengono le sbarre collettore e sopportano il carico meccanico a sbalzo. Le scatole di contatto, dette anche scatole di uscita, realizzano l’interfaccia di isolamento tra un carrello VCB estraibile e i conduttori fissi. I passacavi murali sigillano e isolano le sbarre collettore che attraversano le barriere dei compartimenti messi a terra. I manicotti GIS forniscono il punto di collegamento per il gomito del cavo nelle unità di derivazione ad anello, mantenendo l’integrità del gas SF6 e garantendo l’isolamento dielettrico nominale. Ciascuno di questi componenti isolanti e in resina epossidica ha un preciso compito elettrico e meccanico all’interno del quadro; la scelta di un componente errato — anche se classificato per la classe di tensione corretta — può generare debolezze dielettriche non rilevabili al momento della messa in servizio, ma che si deteriorano progressivamente nel corso di anni di esercizio.

Caratteristiche principali del prodotto

Dal punto di vista dielettrico, la specifica che distingue un’isolazione in resina epossidica adeguata da una affidabile è il processo produttivo, non solo la tensione nominale. I componenti isolanti e le parti in resina epossidica di questa categoria sono realizzati mediante colata APG (Automatic Pressure Gelation), in cui la resina viene iniettata in uno stampo riscaldato sotto pressione controllata e gelificata progressivamente. Il risultato è una matrice priva di vuoti e ad alta densità. I vuoti costituiscono i siti di innesco per le scariche parziali, e le scariche parziali sono il meccanismo che, nel corso di anni di servizio, provoca infine la perforazione dell’isolante. Ogni componente viene sottoposto a prova di scarica parziale, tipicamente a valori inferiori a 10 pC alla tensione pari a 1,1 volte la tensione nominale: tale soglia dimostra l’effettiva integrità dielettrica, non semplicemente la conformità nominale.

Potrebbe sembrare che una formulazione di resina epossidica conforme alla norma IEC sia sufficiente per tutti gli ambienti di installazione. Il problema è che le resine epossidiche a base di bisfenolo, di uso generale, sono soggette a tracking superficiale e degradazione da raggi UV in ambienti ad alta umidità o esposti ai raggi UV, mentre le resine epossidiche cicloalifatiche mantengono la resistenza superficiale su un intervallo ambientale più ampio. Questa gamma di componenti isolanti e resine epossidiche impiega una formulazione cicloalifatica per supportare installazioni che vanno da sottostazioni costiere ad alta temperatura a ambienti estremamente freddi, con un intervallo di funzionamento validato compreso tra −40 °C e +105 °C.

• Isolatori di supporto e isolatori di supporto per sbarre collettore: tensione nominale 12 kV, 24 kV e 40,5 kV; carico di flessione ammissibile da 1000 N a 2500 N; inserti filettati in ottone M10 e M12 su entrambe le estremità; gonne alternate profonde per il percorso di fuga per garantire resistenza al flashover in ambienti ad alta umidità.
• Scatole di contatto (scatole a becco): tensione nominale 12 kV, corrente nominale da 630 A a 1250 A; cavità interna liscia isolata; inserti di contatto in lega di rame argentata; gonne anti-arco per incrementare il percorso di strisciamento; base di fissaggio quadrata con flangia per pannelli di quadri elettrici KYN28 e compatibili.
• Passanti murali: tensione nominale 12 kV; canale cavo per il passaggio di sbarre collettore solide; gonne alternate per il percorso di strisciamento per elevata resistenza al flashover; flangia centrale integrata per il montaggio su pareti divisorie di compartimenti; disponibili in profili circolari ed ovali con ampia gamma di dimensioni.
• Guaina GIS 202: tensione nominale 24 kV, corrente nominale da 200 A a 630 A; terminale conduttivo per il collegamento a sbarre collettore solide; guarnizione ad anello O per la tenuta ermetica del gas SF6; sezione inferiore conicità per l’ottimizzazione del campo elettrico; progettata per applicazioni di collegamento con gomiti per cavi RMU.

Applicazioni comuni

Queste parti isolanti e in resina epossidica sono dimensionate e testate per l'uso diretto in quadri elettrici ad isolamento in aria e con involucro metallico da 12 kV e 24 kV, unità di derivazione (ring main units) e quadri elettrici ad isolamento in gas. I principali tipi di pannelli primari includono le configurazioni KYN28, HXGN, RMU e GIS — i formati di quadri elettrici in media tensione più diffusi nelle cabine di distribuzione elettrica dell'Europa orientale, dell'Africa, del Medio Oriente e dell'Asia sud-orientale.

La gamma copre sia la produzione di nuovi pannelli sia le esigenze di manutenzione con ricambi diretti. Per i costruttori di pannelli, le parti isolanti e in resina epossidica forniscono gli elementi di isolamento, i passatubi e le interfacce di contatto di un pannello KYN28 o HXGN, sulla base di dimensioni confermate. Per gli acquirenti che richiedono ricambi per quadri elettrici installati da cinque a quindici anni fa, la compatibilità diretta con i pannelli KYN28, HXGN e RMU risolve il problema comune della non disponibilità dei componenti quando il fornitore originale non commercializza più quella generazione di prodotto.

Utilizzati nelle cabine elettriche per le reti di distribuzione MT, nei sistemi elettrici industriali — inclusi impianti minerari e manifatturieri — nelle installazioni per il collegamento alla rete di energie rinnovabili e nelle reti secondarie di distribuzione gestite da utility. Per gli acquirenti dei mercati del Medio Oriente e dell’Africa — dove le temperature ambientali massime superano regolarmente i 50 °C e l’esposizione ai raggi UV costituisce un fattore operativo rilevante — la formulazione cicloalifatica e l’intervallo di funzionamento da −40 °C a +105 °C di questi componenti isolanti e in resina epossidica garantiscono una comprovata idoneità ambientale per tutta la durata di vita installata.

Come scegliere i componenti isolanti e in resina epossidica più adatti

La selezione di componenti isolanti e resine epossidiche richiede una serie sequenziale di decisioni. Partire da un input errato — ad esempio, specificare esclusivamente in base alla classe di tensione senza verificare il livello di tenuta agli impulsi — può portare a un componente che supera i test di accettazione ma fallisce in servizio nelle effettive condizioni transitorie del sistema. Il percorso di selezione riportato di seguito è applicabile sia che si parta da una lista materiali (BOM) di un quadro elettrico sia che si debba soddisfare un’esigenza di sostituzione in manutenzione.

Passo 1 — Verificare la classe di tensione e i livelli nominali di tenuta. Identificare la tensione di sistema (12 kV, 24 kV o 40,5 kV), la tensione nominale di tenuta a frequenza industriale e la tensione nominale di tenuta all’impulso da fulmine. Se il punto di installazione presenta una lunga tratta di cavo oppure si trova a valle di un trasformatore soggetto a transitori di commutazione particolarmente ripidi, l’effettiva esposizione ai transitori potrebbe superare le ipotesi basate sulla classe di tensione nominale. La scelta di una tensione nominale di tenuta all’impulso corrispondente esclusivamente alla classe di tensione nominale trascura l’esposizione a sovratensioni transitorie derivanti da fattori legati alla topologia del sistema — e tale lacuna potrebbe non emergere fino al verificarsi di un guasto dielettrico.

Passo 2 — Identificare il tipo di parti isolanti e in resina epossidica richiesto per la propria applicazione. Gli isolatori di supporto mantengono la posizione della barra collettore e sopportano il carico meccanico a sbalzo — verificare l’interfaccia di fissaggio M10 o M12 e la portata a sbalzo richiesta (da 1000 N a 2500 N, in funzione del peso e della campata della barra collettore). Le scatole di contatto costituiscono l’interfaccia di isolamento per lo sgancio del carrello VCB — confermare la corrente nominale (630 A o 1250 A) e il tipo di quadro (KYN28 o HXGN). I passacavi murali sigillano le penetrazioni delle barre collettore attraverso le barriere tra compartimenti — confermare la sezione trasversale della barra collettore e il profilo di fissaggio (rotondo o ovale). I manicotti GIS sono destinati al collegamento a gomito per cavi RMU — confermare la corrente nominale (da 200 A a 630 A) e il requisito di contenimento SF6.

Passo 3 — Valutare l’idoneità ambientale per il sito di installazione. La corrente nominale indicata sulla targhetta di un componente dell'apparecchiatura di commutazione si basa sull'ipotesi di una temperatura ambiente di 40 °C secondo gli standard IEC. In climi in cui la temperatura ambiente supera regolarmente i 45–50 °C, il carico sicuro effettivo è inferiore — e ignorare il fattore di riduzione della portata crea un rischio termico invisibile a livello di targhetta. Se l'installazione avviene in un ambiente costiero, ad alta intensità di raggi UV o chimicamente aggressivo, verificare che la formulazione cicloalifatica e la gamma di servizio convalidata da −40 °C a +105 °C coprano effettivamente le condizioni del sito.

Passo 4 — Verificare la compatibilità del quadro per le sostituzioni durante la manutenzione. Se si acquistano componenti isolanti e resine epossidiche per un'installazione KYN28, HXGN, RMU o GIS, confermare l'interfaccia dimensionale confrontandola con i disegni del quadro installato. Ricambi per sostituzione diretta sono disponibili per le generazioni più comuni di quadri; qualora i disegni non siano disponibili, le dimensioni del prodotto e i profili di installazione possono essere confermati prima dell'emissione dell'ordine d'acquisto.

Se l’ambiente di installazione è standard per interni, con temperature ambientali entro il limite di riferimento IEC di 40 °C e senza esposizione significativa ai raggi UV o a sostanze chimiche, la gamma di resine epossidiche APG cicloalifatiche in questa categoria è adatta a tutte le classi di tensione elencate. Se una di tali condizioni cambia — ad esempio, l’installazione avviene all’esterno in una stazione di trasformazione costiera esposta ai raggi UV nell’Africa orientale oppure in un impianto industriale situato in un clima freddo — allora il campo di temperatura validato e la specifica del materiale diventano i principali criteri di selezione.

Perché isolamento e componenti in resina epossidica sono fondamentali per l'affidabilità a lungo termine degli interruttori

Gli accessori per quadri elettrici — tra cui isolatori, passanti e scatole di contatto — costituiscono una categoria a riacquisto ripetuto, affiancata dall’acquisto di quadri elettrici di tipo capitale, ma con tempistiche d’acquisto e urgenza decisionale diverse. I componenti isolanti e in resina epossidica vengono acquistati per nuove realizzazioni di quadri, cicli programmati di manutenzione, ampliamenti di quadri ed interventi correttivi: ciascuno scenario richiede tolleranze diverse sui tempi di consegna e livelli diversi di certezza sulle specifiche.

Le linee guida generali fornite da riconosciute organizzazioni internazionali di standardizzazione del settore elettrico sono in linea con il principio secondo cui i componenti isolanti per quadri elettrici in media tensione devono essere caratterizzati da dati di prova di tipo che coprano la tenuta dielettrica, le scariche parziali e le prestazioni termiche — non semplicemente da ispezione visiva o dalla sola indicazione della portata nominale. Il superamento della prova di tipo alla tensione nominale rappresenta un punto di partenza necessario, ma non garantisce prestazioni affidabili a lungo termine nelle condizioni reali di esercizio. La discrepanza emerge quando l’umidità ambientale, l’esposizione ai raggi UV o la temperatura di esercizio nell’installazione effettiva differiscono dalle ipotesi previste dal protocollo di prova. La documentazione relativa al processo di colata APG e i verbali delle prove di scarica parziale inferiori a 10 pC costituiscono punti di controllo significativi nella fase di approvvigionamento, in quanto riflettono effettivamente la qualità produttiva, non soltanto la conformità alle specifiche nominali.

Per gli acquirenti che acquistano componenti isolanti e resine epossidiche per la costruzione di quadri KYN28 o HXGN, oppure per assemblaggi RMU e GIS che richiedono componenti di ricambio o di estensione, la gamma comprende scatole di contatto, passanti a parete, isolatori a colonna e manicotti GIS per le classi standard di tensione media. È disponibile sia la produzione OEM secondo i disegni del cliente, sia la fornitura diretta di ricambi per i tipi di quadro più comuni. Le richieste possono includere il tipo di quadro, la classe di tensione, la portata in corrente e i requisiti dimensionali, necessari per la conferma della specifica prima dell’ordine.