Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Publish Time: 2025-07-16 Origine: Sito
In trasformatori ad alta tensione, quadri e apparecchiature di distribuzione dell'alimentazione, I materiali di isolamento elettrico devono sopportare non solo sollecitazioni elettriche ma anche carichi meccanici. Resistenza alla flessione - la capacità di un laminato isolante o composito di resistere alla flessione - alla base di affidabilità e durata della vita. Quando i componenti dell'isolamento si rompono o si deformano in carichi di flessione, la loro integrità dielettrica può essere compromessa, rischiando di scarico parziale, guasti all'arco o guasti catastrofici. Questo articolo approfondisce i fondamenti della resistenza alla flessione nei materiali di isolamento elettrico, delinea i metodi di test standardizzati e offre strategie per ottimizzare la resistenza alla flessione per prestazioni migliorate.
Gli isolanti elettrici sono spesso sottoposti a forze meccaniche durante l'installazione, il ciclo termico o le vibrazioni in servizio. I motivi principali della forza di flessione sono fondamentali includono:
Integrità strutturale sotto carico: i supporti della barra e le barre dei distanziali si basano su piastre di isolamento che devono resistere alla flessione senza crack.
Sicurezza dielettrica: una microcrack indotta dalla curva può creare un'intensificazione del campo elettrico localizzato, innescando scarico parziale.
Durabilità a lungo termine: ripetuta espansione termica e vibrazione meccanica che gli isolanti si flettono entro limiti sicuri per evitare l'affaticamento.
L'ottimizzazione della resistenza alla flessione garantisce che le parti isolanti mantengano la geometria, prevengano lacune d'aria e sostengano proprietà dielettriche uniformi durante la loro durata.
Due parametri complementari regolano il comportamento di flessione:
| Proprietà | Definizione | Unità |
| Forza di flessione | Sollecitazione massima di piegatura prima del guasto del materiale sotto carico | MPA o PSI |
| Modulo di flessione | Pendenza della curva stress -deformazione nella regione di flessione elastica; indica rigidità | MPA o PSI |
La resistenza alla flessione individua la capacità di carico di picco prima di crack o frattura.
Il modulo di flessione riflette la rigidità dell'isolamento: il modulo più alto significa meno deflessione sotto sollecitazioni operative.
Nel design dell'isolamento, viene raggiunto un equilibrio: alta rigidità per mantenere la forma, ma una tesi sufficiente per resistere alla propagazione delle crepe.
L'isolamento elettrico impiega una varietà di laminati e compositi termoset, ognuno che offre caratteristiche di flessione distinte:
Glass epossidico (FR -4): ampiamente utilizzato nei circuiti stampati e nelle strisce terminali, FR -4 mostra in genere una resistenza alla flessione intorno ai 300–350 MPa e un modulo di 15-18 GPa. La sua miscela di stabilità elettrica e robustezza meccanica lo rende un cavallo di battaglia in applicazioni a media tensione.
Fogli fenolici (serie PFCC): realizzati con resina fenolica rinforzata con cellulosa o tessuto di cotone, questi gradi vanno da 80 MPa (basati su carta) fino a 200 MPa (basati sul tessuto) in resistenza alla flessione, con moduli tra 5 e 10 GPa. Excel nelle barriere dei quadri e nei distanziali isolanti.
Il vetro di silicone (G - 10/11): con resistenza alla flessione superiori a 400 MPa e moduli vicino a 20 GPa, laminati a base di silicone offrono un'elevata resistenza all'umidità, ideale per installazioni umide o esterne.
Vetro melamina: offrendo una moderata resistenza alla flessione (150–250 MPa) ma resistenza alla fiamma superiore, i laminati di melamina servono in blocchi di fusibili e alloggiamenti del connettore in cui la sicurezza antincendio è fondamentale.
Selezionando il materiale giusto, le cerniere sulla corrispondenza delle proprietà di flessione ai carichi meccanici, alle condizioni ambientali e ai livelli di sollecitazione elettrica.
Per quantificare la resistenza alla flessione, i laboratori si basano su protocolli ASTM e IEC, più comunemente sui test di flessione a 3 e 4 punti.
Preparazione del campione: barre di taglio della larghezza standard (ad es. 12,7 mm) e spessore (ad es. 3 mm) dal laminato.
Impostazione del test: supportare la barra su due rulli separati da una campata nota (di solito 16 × spessore).
Caricamento: applicare la forza a metà span a una velocità controllata (1-5 mm/min) fino alla frattura.
Calcolo: 
dove f è il carico di picco, L è l'intervallo di supporto, B e D sono larghezza e spessore della barra.
Nonostante la sua semplicità, il test a 3 punti concentra lo stress sotto il naso di carico, potenzialmente sottovalutando le prestazioni nei materiali con proprietà non uniformi.
Supporto e carico: due supporti esterni e due nasi di caricamento interno distribuiscono il momento di flessione uniformemente attraverso la sezione centrale.
Vantaggio: una regione di stress più uniforme riduce l'influenza dei difetti superficiali, offrendo una misura più vera per laminati non omogenei o rinforzati in fibra.
Calcolo: 
(con diverse convenzioni di span basate su distanze interne/esterne).
Entrambi i metodi richiedono un allineamento preciso, apparecchi calibrati e condizioni ambientali controllate: la temperatura e l'umidità possono alterare la tenacità della resina e distorcere i risultati.
Diverse variabili modellano le prestazioni di flessione:
Orientamento delle fibre: le fibre di vetro unidirezionali allineate con l'asse di flessione aumentano drasticamente la forza e il modulo.
Chimica della resina: epossidici induriti con modificatori di gomma resistono al cracking in modo più efficace dei fragili fenolici.
Spessore e rapporto span: campioni più spessi o campate più brevi tendono a mostrare una maggiore resistenza alla flessione assoluta ma possono mascherare i punti deboli interlaminari.
Qualità della produzione: vuoti, tasche ricche di resina o indurimento irregolare introducono concentratori di stress che precipitano i fallimenti precoci.
Implementazione di un controllo di qualità rigoroso - misurazione della frazione di annullamento, ispezione ad ultrasuoni e monitoraggio dei processi - i laminati di Yields con proprietà di flessione coerenti.
Per elevare la resistenza alla flessione senza compromettere altre proprietà, gli ingegneri possono:
Ottimizzare la frazione di volume delle fibre: aumentare il contenuto di vetro fino a ~ 70 % in volume massimizza la rigidità e la resistenza.
Incorporare i nano -fideor: particelle di nanoclay o silice disperse nella resina migliorano la tenacità e ritardano la crescita delle crepe.
Architetture laminato ibride: la combinazione di strati di vetro e aramide può sinergizzare l'elevata rigidità con un'eccellente resistenza all'impatto.
Trattamento termico post -Cure: la cura estesa ad alta temperatura riduce le sollecitazioni residue e aumenta la densità del reticolo, sostenendo le prestazioni di flessione.
Queste tattiche devono essere validate attraverso i test iterativi per garantire che le proprietà elettriche e termiche rimangano all'interno delle specifiche.
Per i materiali di isolamento elettrico, la resistenza alla flessione non è semplicemente una curiosità meccanica: è un parametro critico che protegge l'integrità dielettrica sotto carichi di flessione. Comprendendo le metodologie di test, le influenze materiali e le strategie di ottimizzazione, i progettisti e i produttori possono fornire componenti isolanti che resistono all'abuso meccanico, allo stress ambientale e ai rigori del servizio. Un approccio sistematico alla misurazione e al miglioramento delle prestazioni di flessione garantisce che i trasformatori, i sistemi di potenza e di alimentazione funzionino in modo affidabile per decenni.
