Condensatori in polipropilene: confronto tra l’utilizzo della resina, dell’olio o dell’azoto come riempitivo

Condensatori in polipropilene: confronto tra l’utilizzo della resina, dell’olio o dell’azoto come riempitivo

La parte attiva del condensatore di rifasamento è un avvolgimento cilindrico in polipropilene metallizzato, alloggiato in un contenitore metallico che lo isola meccanicamente dall’ambiente esterno. L’avvolgimento viene posizionato nel contenitore metallico e, prima che questo venga chiuso ermeticamente, si riempie lo spazio rimasto libero con un materiale che ha lo scopo principale di protezione dall’ambiente esterno. Il riempitivo inoltre può migliorare le prestazioni del condensatore in termini di:

  • isolamento della parte attiva verso massa,
  • smaltimento del calore generato all’interno dell’avvolgimento una volta che il condensatore è posto sotto tensione.

Attualmente come riempitivi si utilizzano la resina, l’olio o l’azoto che portano a determinati fenomeni del condensatore, analizzati nel seguito.

Isolamento verso massa

Il materiale riempitivo, dovendo svolgere funzione di isolamento verso massa, deve avere ottime caratteristiche di rigidità dielettrica. Olio e resina garantiscono una rigidità dielettrica molto migliore (10kV/mm): l’azoto infatti ha una rigidità dielettrica pari a quella dell’aria (3kV/mm) essendone il maggiore componente (78%).

confronto riempitivo

Smaltimento del calore

Tanto migliori sono le caratteristiche di conducibilità termica del materiale usato, tanto maggiore sarà il calore asportato ottenendo l’ottimizzazione della durata del condensatore.

Se riempiamo l’intercapedine che c’è tra l’elemento capacitivo e la custodia con azoto (oppure con aria) il calore generato all’interno sarà trasmesso all’esterno con difficoltà, questo perché la resistenza termica dell’azoto è molto maggiore di quella dell’olio o della resina. In pratica abbiamo la stessa situazione che si ha in casa per effetto dei doppi vetri: la temperatura all’interno aumenta a causa dell’intercapedine d’aria, che è un ottimo isolante. Una temperatura di lavoro più alta significa una vita più breve per il condensatore.

La conducibilità termica di olio e resina è invece molto più elevata, e permette un’ ottimale trasmissione all’ambiente esterno del calore generato nel condensatore durante il normale funzionamento. Il rischio di sovratemperature è quindi ridotto al minimo, per ottenere la massima durata di vita del condensatore.

Per avere un’idea delle differenze, la conducibilità termica dell’azoto è di 0,026 W/m°K, quella dell’olio è di 0,15W/m°K e quella della resina è di 0,17/0,4 W/m°K: è evidente il vantaggio che si ha utilizzando olio o resina.

Ottimizzazione del riempimento

Il materiale riempitivo deve essere in grado di occupare tutto lo spazio tra l’avvolgimento ed il contenitore. L’azoto e l’olio, per loro stessa natura, occupano tutti gli spazi liberi. Riguardo alla resina questa deve essere opportunamente fluida nel momento della colatura nel condensatore, al finire di riempire tutti gli spazi.

Sicurezza

L’olio attualmente utilizzato è esente da PCB e altre sostanze pericolose, ed in caso di perdite la visibilità è immediata. Utilizzando azoto se il contenitore subisce delle fessurazioni, le perdite sono inevitabili e di difficile individuazione.

Le perdite invece non ci sono in caso di resina.

L’azoto non è infiammabile, ma il rischio di incendio rimane, a  causa dell’elevata infiammabilità intrinseca del polipropilene.