L'isolamento è una misura di sicurezza che utilizza materiali non conduttivi per isolare o racchiudere conduttori sotto tensione per proteggerli dalle scosse elettriche. Un buon isolamento è il mezzo più semplice e affidabile per garantire il funzionamento sicuro delle apparecchiature e delle linee elettriche e prevenire incidenti dovuti a scosse elettriche.
L'isolamento è generalmente classificato in tre categorie: isolamento dal gas, isolamento dal liquido e isolamento solido. Nelle applicazioni pratiche, l'isolamento solido rimane il tipo di materiale isolante più utilizzato e affidabile. Sotto l'influenza di una forte elettricità, i materiali isolanti possono rompersi e perdere le loro proprietà isolanti. Tra i tre tipi di materiali isolanti, i materiali isolanti gassosi, dopo la rottura, possono recuperare le loro proprietà intrinseche di isolamento elettrico una volta rimosso il fattore esterno (forte campo elettrico); tuttavia i materiali isolanti solidi, una volta degradati, perdono in modo irreversibile e completo le loro proprietà di isolamento elettrico.
Pertanto, la scelta dell'isolamento per linee e apparecchiature elettriche deve essere abbinata al livello di tensione e adattata all'ambiente e alle condizioni operative per garantire il funzionamento sicuro dell'isolamento. Inoltre, gas corrosivi, vapori, umidità, polvere conduttiva e operazioni meccaniche possono ridurre o addirittura distruggere le prestazioni di isolamento dei materiali isolanti. Inoltre, gli effetti a lungo termine di fattori ambientali come la luce solare, il vento e la pioggia possono anche causare l’invecchiamento dei materiali isolanti e la perdita graduale delle loro proprietà isolanti. In sintesi, i principali indicatori che influenzano le prestazioni dei materiali isolanti sono:
(1) Resistenza di isolamento e resistività: la resistenza è il reciproco della conduttanza e la resistività è la resistenza per unità di volume. Minore è la conduttività di un materiale, maggiore è la sua resistenza; i due sono inversamente correlati. Per i materiali isolanti è sempre desiderabile avere la massima resistività possibile.
(2) Permettività relativa e tangente di perdita dielettrica: i materiali isolanti hanno due applicazioni: isolamento reciproco tra i componenti di una rete elettrica e come dielettrico (immagazzinamento di energia) di un condensatore. Il primo richiede una permettività relativa bassa, mentre il secondo richiede una permettività relativa elevata. Entrambi richiedono una tangente di perdita dielettrica bassa, in particolare per i materiali isolanti utilizzati in applicazioni ad alta frequenza e alta tensione. Per ridurre al minimo la perdita dielettrica, sono necessari materiali isolanti con una bassa tangente di perdita dielettrica. (3) Tensione di rottura e rigidità dielettrica: la rottura si verifica quando un materiale isolante si rompe sotto un forte campo elettrico, perdendo le sue proprietà isolanti e diventando conduttivo. La tensione alla quale avviene la rottura è chiamata tensione di rottura (rigidità dielettrica). La rigidità dielettrica è il rapporto tra la tensione alla quale avviene la rottura in condizioni specificate e la distanza tra i due elettrodi soggetti alla tensione applicata; è la tensione di rottura per unità di spessore. In genere per i materiali isolanti sono migliori valori di tensione di rottura e rigidità dielettrica più elevati.
(4) Resistenza alla trazione: questa è la massima sollecitazione di trazione che un provino può sopportare in una prova di trazione. È la prova più utilizzata e rappresentativa per le proprietà meccaniche dei materiali isolanti.
(5) Resistenza alla fiamma: si riferisce alla capacità di un materiale isolante di resistere alla combustione quando è a contatto con una fiamma o di impedire un'ulteriore combustione quando viene rimosso dalla fiamma. Con la crescente applicazione di materiali isolanti, i requisiti relativi alla loro resistenza alla fiamma stanno diventando sempre più importanti. Le persone utilizzano vari mezzi per migliorare e aumentare la resistenza alla fiamma dei materiali isolanti. Una maggiore resistenza alla fiamma significa una migliore sicurezza.
(6) Resistenza all'arco: in condizioni di prova specificate, la capacità di un materiale isolante di resistere all'azione di un arco elettrico lungo la sua superficie. Durante il test viene utilizzata una piccola corrente con un'elevata tensione CA. L'arco generato tra i due elettrodi dall'alta tensione viene utilizzato per determinare la resistenza dell'arco del materiale isolante misurando il tempo necessario affinché uno strato conduttivo si formi sulla superficie del materiale isolante. Maggiore è il valore temporale, migliore è la resistenza dell'arco.
(7) Sigillatura: fornisce una buona tenuta e isolamento da olio e acqua. Le quattro costanti fondamentali che influenzano i dielettrici sono: Costante dielettrica: si riferisce alla trasmissione, immagazzinamento o registrazione dell'elettricità in modo di polarizzazione elettrica. Conduttività: si riferisce alla corrente di dispersione del dielettrico sotto l'azione di un campo elettrico. Perdita dielettrica: è la perdita di energia elettrica del dielettrico sotto l'azione di un campo elettrico. Rigidità dielettrica: si riferisce al potenziale danno al dielettrico sotto un forte campo elettrico.
