1. Standard fondamentali applicabili
DL/T 640‑2019Fusibili di interruzione CA ad alta tensione(standard primario del settore energetico)
GB/T15166.3‑2023Fusibili CA ad alta tensione - Parte 3: Fusibili di espulsione(norma nazionale che regola l'isolamento, la tenuta alla tensione e le proprietà meccaniche)
Isolanti in porcellana: GB/T 772; Isolanti compositi: GB/T 19519 (isolanti compositi per linea aerea)
Standard di supporto: GB/T 775.3 (test di resistenza meccanica per isolanti), DL/T 593 (rapporto di dispersione dell'isolamento esterno e classe di inquinamento), GB/T 16927 (tecniche di test ad alta tensione)
Gli isolanti sono classificati in tipo porcellana (porcellana ad alto contenuto di allumina) e tipo composito in gomma siliconica. Serve la doppia funzione diisolamento elettrico e supporto meccanico, gli isolanti per fusibili a caduta sopportano la tensione del conduttore, il carico del vento, il rivestimento di ghiaccio, la coppia operativa e la forza elettrodinamica di cortocircuito.
2. Requisiti di progettazione elettrica (principale)
2.1 Livello di isolamento nominale (per un sistema da 10 kV, tensione massima 12 kV come esempio)
Tensione di tenuta a frequenza industriale secca (1 min): maggiore o uguale a 42 kV; Tensione di tenuta a frequenza industriale bagnata: maggiore o uguale a 30 kV; valori più alti si applicano alla pausa di isolamento.
Tensione di tenuta all'impulso di fulmine (1,2/50 μs picco): maggiore o uguale a 75 kV; Maggiore o uguale a 85 kV per interruzione di isolamento.
I prodotti classificati per 35 kV devono adottare i livelli di isolamento specificati in GB/T 15166.3. Per altitudini superiori a 1000 m, il livello di isolamento dovrà essere migliorato in base ai fattori di correzione dell'altitudine.
2.2 Distanza di dispersione e rapporto di dispersione (flashover antinquinamento)
Il rapporto di dispersione dell'isolamento esterno deve essere selezionato in base alla classe di inquinamento:
Inquinamento leggero/medio (Classe Ⅰ, Ⅱ): Maggiore o uguale a 25 mm/kV
Inquinamento pesante (Classe Ⅲ): Maggiore o uguale a 31 mm/kV
Inquinamento molto forte (Classe Ⅳ): maggiore o uguale a 35 mm/kV
Per 10 kV (sistema a 12 kV) con inquinamento di classe Ⅲ: distanza superficiale maggiore o uguale a 372 mm. Viene adottata una configurazione alternata di capannoni grandi e piccoli. Angolo di inclinazione del capannone maggiore o uguale a 15 gradi per facilitare l'autopulizia tramite acqua piovana e ridurre l'accumulo di contaminazione. Il profilo del shed dovrà essere ottimizzato per evitare spigoli vivi e campo elettrico locale concentrato.
2.3 Proprietà elettriche dei materiali
Componenti in porcellana: porcellana densa ad alto contenuto di allumina priva di pori e crepe; resistività di volume Maggiore o uguale a 10¹² Ω·cm.
Isolanti compositi (gomma siliconica): possiedonoidrofobicità e trasferimento di idrofobicità, resistenza al tracciamento e all'erosione elettrica. L'asta centrale è realizzata in fibra di vetro epossidica per garantire la resistenza dell'isolamento interno. L'interfaccia dovrà essere sigillata in modo affidabile per impedire l'ingresso di umidità nell'asta centrale che potrebbe causare guasti interni.
3. Requisiti di progettazione della resistenza meccanica
Gli isolanti includono isolatori di supporto superiore e isolatori di cuscinetto inferiore soggetti a diverse condizioni di carico:
Resistenza alla rottura da flessione degli isolanti in porcellana: maggiore o uguale a 18 kN (indice di settore comunemente adottato).
Carichi da sostenere: tensione statica del conduttore, carico del vento, carico del rivestimento di ghiaccio, coppia operativa e impatto della forza elettrodinamica di cortocircuito, con un fattore di sicurezza generalmente fissato a 2,0-3,0.
Raccordi metallici: zincati a caldo o rivestiti per resistere alla corrosione per prevenire la corrosione galvanica. I corpi in porcellana dovranno essere saldamente cementati ai raccordi metallici con concentrazione controllata delle sollecitazioni sui giunti cementati; gli elementi di fissaggio dovranno essere dotati di strutture antiallentamento.
Resistenza al funzionamento meccanico: l'isolante deve rimanere esente da fessurazioni o distaccamenti dell'interfaccia dopo ripetute azioni di chiusura e caduta del fusibile.
4. Requisiti di progettazione di resistenza ambientale e agli agenti atmosferici
Condizioni ambientali operative: -40 gradi -+40 gradi come standard. In caso di alta quota, nebbia salina e aree chimicamente inquinate è necessario un rinforzo speciale dell'isolamento esterno.
Isolanti in porcellana: superficie smaltata liscia e compatta, resistenza agli agenti atmosferici e cicli qualificati agli shock termici; nessuno smalto mancante, fori di spillo o crepe.
Isolanti compositi: resistenti all'invecchiamento ultravioletto, all'ozono e alle nebbie saline. L'idrofobicità non si ridurrà in modo significativo dopo un'esposizione all'aperto a lungo termine; non devono verificarsi fratture del nucleo e penetrazione dell'acqua nell'interfaccia.
Progettazione del rivestimento di ghiaccio: la tensione di flashover dell'isolamento esterno deve mantenere un margine sufficiente in condizioni di rivestimento di ghiaccio.
5. Punti chiave della progettazione strutturale
Profilo a shed: alternanza di shed grandi e piccoli per estendere il percorso di perdita ed evitare film d'acqua conduttivi continui formati dall'acqua piovana. La dimensione di proiezione del capannone dovrà essere adeguatamente dimensionata per evitare ponti tra i capannoni.
Collegamento tra raccordi metallici e corpo isolante: cementazione/crimpatura affidabile per eliminare la concentrazione delle tensioni. Le parti metalliche dovranno adottare transizioni arrotondate per ridurre la concentrazione del campo elettrico sui terminali e sopprimere l'effetto corona e le interferenze radio.
Struttura di montaggio: assicurarsi che il tubo del fusibile sia installato con un'inclinazione di 15 gradi -30 gradi (25 gradi comunemente usati). La struttura di supporto dell'isolante non deve interferire con l'affidabile azione di caduta del tubo del fusibile.
Intercambiabilità dimensionale: le dimensioni dell'interfaccia di montaggio degli isolatori dello stesso modello devono essere unificate per una comoda sostituzione sul campo.
6. Prove di verifica (prove di tipo e prove di routine)
Test di tipo
Prova di tenuta all'impulso di fulmine, prova di tenuta a frequenza industriale a secco/umido
Prova di carico a rottura per flessione
Test di inquinamento (nebbia salina/flashover da inquinamento artificiale per prodotti utilizzati in aree fortemente inquinate)
Test di invecchiamento mediante cicli termici (parti in porcellana); per isolanti compositi: prova di invecchiamento, prova di resistenza al tracciamento, prova di diffusione dell'acqua
Test di corona e interferenza radio
Test di corrosione per raccordi metallici e test di affidabilità della tenuta
Test di routine
Ispezione visiva (crepe, difetti di smalto e altre imperfezioni)
Prova di tensione di tenuta a frequenza industriale su ogni singola unità
Verifica dimensionale e superficiale
7. Considerazioni generali sulla progettazione
Applicazioni ad alta quota: il semplice aumento dell'altezza dell'isolante non è sufficiente;La distanza superficiale insieme alle tensioni di tenuta ai fulmini e alla frequenza industriale devono essere corrette in modo sincrono.
Per gli isolanti compositi, la priorità deve essere data al controllo delle prestazioni di tenuta a livellointerfaccia nucleo-guaina, poiché l'ingresso di acqua nell'interfaccia è la modalità di guasto dominante degli isolanti compositi.
La zona cementata degli isolanti in porcellana costituisce un punto debole. Un controllo improprio dello stress di espansione del cemento può portare a fessurazioni in servizio.
La progettazione degli isolanti non dovrà concentrarsi solo sui parametri elettrici. Il guasto meccanico dovuto alla forza elettrodinamica del cortocircuito, al carico del vento e al rivestimento di ghiaccio è una modalità di guasto frequente per gli isolatori dei fusibili esterni.
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