isolanti elettrici

Un isolante, dal punto di vista elettrico, è un materiale che presenta una conduttività elettrica sensibilmente nulla.

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Il suo impiego nella vita quotidiana è di mantenere elettricamente separate parti a potenziali elettrici diversi: gli “isolanti” attorno ai conduttori nei cavi elettrici (1), l’aria attorno ai conduttori di media o alta tensione delle reti elettriche (2), installati sui tralicci, gli oli che riempiono i cassoni dei trasformatori (3), e così via.

Dal punto di vista fisico, l’isolante perfetto non esiste, così come non esistono conduttori perfetti; i migliori isolanti presentano i 2 parametri fondamentali, la resistività di volume e la rigidità dielettrica, superiori agli altri materiali.

  • La resistività di volume: è un parametro che definisce la resistenza ohmica specifica, normalmente espressa in Ω cm, e che più elevata è, migliore è l’isolante. Ottimi isolanti, quali porcellana, vetro ecc. arrivano a resistività dell’ordine dei   10 exp 9 Ω cm; altri isolanti, quali la carta per l’isolamento dei cavi MT, arrivano sui  5 x 10 exp 3 Ω cm. Oggi esistono materiali (elastomeri) sintetici che uniscono alle elevate caratteristiche meccaniche, termiche ed elastiche, proprietà dielettriche elevatissime: parliamo di gomme o gel particolarmente raffinati e formulati, per i quali la resistività di volume arriva anche a valori attorno ai  10 exp 15 – 10 exp 16 Ω cm (valori rilevati sui Magic Gel e Magic Rubber, o sullo Sky Plast, della Raytech).
  • La rigidità dielettrica: è in pratica la tensione media di scarica disruptiva del materiale, che porta alla perforazione del dielettrico, che si dice “cede” elettricamente. Abbiamo definito la tensione come media in quanto occorre tenere conto di una certa dispersione statistica dei risultati; possiamo dire inoltre che isolanti gassosi rispecchiano una legge statistica che rispecchia il modello di Gauss, quelli solidi sono più attinenti al modello Weibull. Gli isolanti gassosi sono definiti “auto ripristinanti” proprio perché, una volta avvenuta la scarica disruptiva e passato il transitorio di ionizzazione successivo alla scarica, il “potere” isolante del gas si ripristina e l’isolante è in grado di procedere ad una successiva rimessa in tensione. Un isolante solido non può, per ragioni ovvie, avere questo potere. Buoni materiali hanno rigidità dielettriche nell’ordine dei 10 – 15 kV/mm; bakelite stampata o resine epossidiche o poliuretaniche possono essere dai 4 ai 10 kV/mm. Gli elastomeri sintetici descritti in precedenza, di produzione Raytech, hanno rigidità dielettrica superiore ai 20 kV/mm.

Oltre a questi parametri primari esistono ulteriori parametri, sempre di primaria importanza, ma che tengono conto delle temperature di esercizio, o degli sforzi e delle sollecitazioni meccaniche (si pensi solo agli isolatori di sospensione delle linee aeree) ed a quelle chimiche.

Le temperature di esercizio, e di possibile sovraccarico per periodi limitati nella vita tecnica del materiale, vengono valutate, sulla base delle caratteristiche dell’isolante, secondo la legge di Arrhenius, che tiene conto del decadimento dei parametri meccanici in seguito alla esposizione alle alte temperature, oltre che ovviamente alle caratteristiche termoplastiche o termoindurenti. Da qui risulta che materiali come la carta possono essere eserciti a 70°C (per ridurre la depolimerizzazione della cellulosa), che gli isolanti dei cavi estrusi vengono eserciti a 90°C. per contro materiali quali i gel e le gomme Raytech hanno temperature di esercizio di 200°C.

  1. ISOLANTI GASSOSI

I gas sono normalmente buoni isolanti: alla elevata resistività di volume sono associate discrete rigidità dielettriche che possono andare da poco più di 2 kV/mm per l’aria secca, a valori molto più elevati per altri gas (ad es per l’SF6 – esafluoruro di zolfo). La rigidità aumenta anche con la pressione, come è visibile dalle curve di Paschen riportate a fianco.

2.  ISOLANTI LIQUIDI

Gli isolanti liquidi trovano impiego ad esempio nel riempimento di terminazioni per cavi alta tensione (ad esempio delle porcellane), dei trasformatori o degli interruttori; quando applicati in reti ad alta o altissima tensione devono essere opportunamente deumidificati e degassificati, per incrementare le caratteristiche dielettriche.

Vengono inoltre impiegati nella impregnazione di carte isolanti (es. cavi in carta impregnata, o ad olio fluido, nel primo caso utilizzando polibuteni più o meno caricati, nel secondo caso con decil o dodecilbenzeni, sempre deumidificati e degassati), o di tessuti e altro.

3.  ISOLANTI SOLIDI

Gli isolanti solidi trovano impiego nelle giunzioni di cavi, nelle protezioni di parti in tensione, per separare ed isolare connettori e capicorda; isolano parti di utensili elettrici (manici di cacciaviti, pinze ecc.), racchiudono come involucri le parti attive di interruttori, prese e spine ecc.

Realizzati in particolari resine, o gomme (si vedano ad es. le resine Raycast Raytech, o le sue gomme in pasta Sky Plast, o quelle liquide Magic Rubber, ecc.), sono utilizzati per confezionare nastri per uso elettrico (es. i nastri Raytech Rayteam in PVC, o Raytech 2-3 autoagglomeranti in EPR), guaine termo restringenti (vedi le poliolefine Raytech delle guaine LST-TEC, RGPO, MTR ecc.), e così via.

Isolanti elettrici – vedi prodotti Raytech