Introduzione
Le boccole elettriche sono componenti fondamentali per una vasta gamma di apparecchiature elettriche come trasformatori di potenza, reattori shunt, interruttori e condensatori. Questi dispositivi, apparentemente semplici, svolgono la funzione cruciale di trasportare corrente ad alta tensione attraverso le custodie delle apparecchiature. Forniscono una barriera isolante tra il conduttore attivo e il corpo metallico dell'apparecchiatura elettrica, che è a potenziale di terra.
Trasformatore di Potenza Boccole Evidenziate
Classificazione e Costruzione
Le boccole elettriche possono essere suddivise in due categorie principali in base alla loro costruzione e assemblaggio:
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Come Funzionano le Boccole Elettriche
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Boccole Tipo Bulk
Una boccola di tipo bulk è costituita da un conduttore centrale solitamente in rame o alluminio, racchiuso da un isolante. L'isolante può essere in porcellana o gomma siliconica in resina composita.
L'isolante in porcellana tradizionale offre robustezza meccanica e lunga durata, mentre la gomma siliconica è sempre più utilizzata per il suo costo inferiore, facilità di manipolazione e idrofobicità superficiale, che riduce il rischio di flashover dovuti all'inquinamento. A causa delle limitazioni di resistenza dielettrica, le boccole di tipo bulk sono limitate a tensioni di sistema di 72 kV e inferiori.
Boccole Condensatore
Per tensioni di sistema più elevate, si utilizzano boccole condensatore. Rispetto alle boccole di tipo bulk, le boccole condensatore sono più complesse nella loro costruzione. Per gestire le elevate sollecitazioni del campo elettrico generate ad alta tensione, le boccole condensatore sono dotate di un nucleo isolante graduato in capacità, interposto tra il tubo centrale che trasporta la corrente e l'isolante esterno.
Il nucleo del condensatore è composto da strati coassiali di carta Kraft di grado elettrico e inserti di lamina conduttiva di lunghezze variabili. Gli inserti di lamina sono posizionati a intervalli radiali fissi, aiutando a distribuire e stabilizzare il campo elettrico attraverso l'isolamento della boccola. Questi inserti conduttivi imitano gli elementi capacitivi (collegati in serie) che collegano il conduttore ad alta tensione della boccola a terra. Per questo motivo, le boccole condensatore sono talvolta chiamate boccole graduato in capacità.
Sezione Trasversale di Boccola Condensatore
Per aumentare ulteriormente la resistenza dielettrica di una boccola, l'isolamento del condensatore è impregnato con olio minerale o resina epossidica curabile; queste tecnologie sono note rispettivamente come carta impregnata d'olio (OIP) e carta impregnata di resina (RIP).
Il materiale dell'isolante esterno è invariabilmente porcellana per i condensatori OIP e gomma siliconica per i condensatori RIP, entrambi con lo scopo di limitare il flusso di corrente di dispersione e prevenire flashover esterni. Le boccole condensatore OIP sono inoltre dotate di una camera di espansione a molla per consentire le fluttuazioni del volume dell'olio (espansione/contrazione) dovute alla variazione di temperatura (un serbatoio conservatore su un trasformatore di potenza svolge uno scopo simile).
Boccola Condensatore Impregnata d'Olio
Le flange di montaggio delle boccole condensatore sono dotate di un test tap (di cui parleremo più avanti) e di spazio aggiuntivo per l'installazione di un trasformatore di corrente (CT) di tipo ad anello. I terminali di collegamento interni sono dotati di scudi di stress per limitare le elevate sollecitazioni potenziali all'interno dell'involucro riempito d'olio.
Valutazione delle Condizioni
Il test tap è collegato alla lamina del condensatore più esterna ed è utilizzato per eseguire due importanti misurazioni di riferimento. Queste misurazioni sono capacità (C) e fattore di dissipazione (tanδ); entrambi i test sono utilizzati per determinare la condizione dell'isolamento di una boccola.
Qualsiasi aumento dei valori di C e/o tanδ indica deterioramento dell'isolamento, ingresso di umidità e/o cortocircuito delle lamine del condensatore. I test di resistenza dell'isolamento, le misurazioni di scarica parziale e le ispezioni termografiche sono anche utili strumenti per valutare la condizione di una boccola.
Applicazioni
Nell'industria dell'ingegneria elettrica, le applicazioni più comuni per le boccole sono:
- Aria-Olio – utilizzate in apparecchiature stazione isolata in aria (AIS) all'aperto, come trasformatori e reattori shunt ecc.
- Aria-Gas – utilizzate in stazioni isolate a gas (GIS) e interruttori SF6.
- Aria-Aria – utilizzate per connessioni esterne a interne, ad esempio boccole a muro.
Installazione di una Boccola Condensatore Trasformatore Aria-Olio
Requisiti di Progettazione
La progettazione di qualsiasi tipo di boccola elettrica tiene conto dei seguenti requisiti e aspetti:
- Il conduttore centrale di una boccola dovrebbe essere in grado di trasportare il carico previsto, o le correnti di guasto, senza surriscaldare l'isolamento circostante (che può portare a una perdita di vita anomala).
- Per qualsiasi trasformatore, il conduttore di una boccola a bassa tensione (LV) è richiesto per trasportare una corrente più alta rispetto al suo omologo a alta tensione (HV). Di conseguenza, il conduttore di una boccola LV è sempre più spesso (ha un diametro maggiore) rispetto al suo omologo HV.
- L'isolamento interno di una boccola deve essere in grado di resistere alle sollecitazioni del campo elettrico nominali e occasionali transitorie che vengono poste su di esso. Queste sollecitazioni derivano dalle differenze di potenziale tra il conduttore attivo e l'ambiente esterno a terra. L'isolamento interno di una boccola dovrebbe anche limitare l'inizio delle scariche parziali (PD), che possono causare un deterioramento progressivo dell'isolamento.
- L'isolamento esterno di una boccola dovrebbe fornire una distanza sufficiente di arco secco per resistere ai fulmini e agli impulsi di commutazione. L'isolamento esterno dovrebbe anche fornire una distanza di creepage adeguata (distanza di dispersione) per prevenire un flusso eccessivo di corrente di dispersione; la corrente di dispersione può derivare da una combinazione di accumulo di inquinamento (sporco, sabbia, sale ecc.) e/o umidità ambientale.
Distanza di Arco Secco e Creepage della Boccola
- La resistenza a sbalzo di una boccola dovrebbe essere sufficientemente alta per far fronte alle sollecitazioni meccaniche previste che verranno poste sulla boccola durante eventi sismici e di cortocircuito.
- Il design e la costruzione di una boccola dovrebbero essere abbastanza robusti da resistere alle difficoltà del trasporto, della manipolazione e dell'installazione.
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Risorse Aggiuntive
https://en.wikipedia.org/wiki/Bushing_(electrical)
https://electrical-engineering-portal.com/purpose-and-maintenance-of-transformer-bushings