Tipos de aisladores

Electrónica. Sistemas de potencia. Líneas eléctricas. Materiales. Forma. Características

  • Enviado por: Ana
  • Idioma: castellano
  • País: México México
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SISTEMAS DE POTENCIA

Tipos de aisladores
Tipos de aisladores

INTRODUCCIÓN

Las propiedades eléctricas y el comportamiento de los aisladores no cerámicos dependen principalmente de sus propiedades superficiales (como la hidrofobicidad) y de los cambios de estas propiedades debidos a la exposición a la intemperie (envejecimiento).

Asimismo, dicho comportamiento depende también de un diseño adecuado al reducir el número de interfaces donde se pueden presentar arqueos y donde puede ocurrir una degradación acelerada del material.


El proceso de selección de un aislador no cerámico para una aplicación particular debe incluir un análisis de los materiales disponibles, de la experiencia operativa, del dimensionamiento de su longitud y distancia de fuga, de los resultados de pruebas de envejecimiento acelerado y de las condiciones bajo las cuales va a operar.


Los aisladores no cerámicos están sujetos a diferentes condiciones ambientales y de contaminación, por lo que el material de los faldones y de la cubierta debe ser capaz de soportar los efectos de las descargas superficiales (erosión o tracking) y diversos mecanismos de falla que pueden presentarse en campo.

Mecanismos de degradación asociados con la exposición a la intemperie
Los aisladores no cerámicos pueden envejecerse y presentar cambios debido a los múltiples esfuerzos encontrados en servicio, ya que tienen uniones más débiles que los materiales cerámicos.

El envejecimiento y la vida esperada de los aisladores no cerámicos dependen de varios factores, muchos de los cuales están asociados con la exposición a la intemperie, mientras que otros están relacionados con las condiciones de operación. Aunque el exponerse a los elementos naturales ha demostrado que envejece los materiales, existe una gran experiencia que sugiere que la vida del aislador está más relacionada con diseños de pobre desempeño y un mal control de calidad durante el proceso de fabricación.


El envejecimiento se refiere al proceso que causa la falla del aislador para poder cumplir con su función. Dependiendo de los materiales utilizados en los aisladores, de su diseño y de las condiciones ambientales, se pueden generar diferentes mecanismos de degradación que pueden provocar la falla del aislador. Algunos de estos mecanismos son:

  • Diversas formas de falla mecánica de la barra de fibra de vidrio.

  • Formación de caminos conductores sobre la superficie del material aislante.

  • Aparición de partículas del relleno en la superficie aislante.

  • Cambios en el color base del material aislante.

  • Rompimiento del material no cerámico como resultado de la exposición a altos niveles de energía UV asociada con la presencia de corona.

  • Corrosión de las partes metálicas debido a la reacción química con el ambiente.

  • Microfracturas superficiales con profundidades entre 0.01 y 0.1 mm.

  • Rompimiento del material adhesivo usado para unir químicamente dos materiales del aislador.

  • Pérdida significante del material aislante, irreversible y no conductora (erosion).

  • Exposición de la barra de fibra de vidrio al ambiente.

  • Fracturas superficiales con profundidad mayor a 0.1 mm .

  • Fuga de grasa de las interfaces faldón-cubierta o faldón-núcleo hacia la superficie .

  • Penetración de agua en forma líquida o vapor, causando el ablandamiento de cubierta o faldones (hydrolisis).

  • Pérdida de hidrofobicidad.

  • Pérdida de adhesión del sello de los herrajes.

  • Daños por arco de potencia.

  • Daños por perforación.

  • Separación o apertura del material aislante.

  • Daños por vandalismo

  • Entre otras.

    Tipos de aisladores
    Tipos de aisladores

    AISLADORES DE LINEAS ELECTRICAS

    Los aisladores cumplen la función de sujetar mecánicamente el conductor manteniéndolo aislado de tierra y de otros conductores.

    Deben soportar la carga mecánica que el conductor transmite a la torre a través de ellos.

    Deben aislar eléctricamente el conductor de la torre, soportando la tensión en condiciones normales y anormales, y sobretensiones hasta las máximas previstas (que los estudios de coordinación del aislamiento definen con cierta probabilidad de ocurrencia).

    La tensión debe ser soportada tanto por el material aislante propiamente dicho, como por su superficie y el aire que rodea al aislador.

    La falla eléctrica del aire se llama contorneo, y el aislador se proyecta para que esta falla sea mucho mas probable que la perforación del aislante sólido.

    Surge la importancia del diseño, de la geometría para que en particular no se presenten en el cuerpo del aislador campos intensos que inicien una crisis del sólido aislante.

    MATERIALES DE LOS AISLADORES

    Históricamente se han utilizado distintos materiales, porcelana, vidrio, y actualmente materiales compuestos, y la evolución ha ocurrido en la búsqueda de mejores características y reducción de costos.

    PORCELANA, es una pasta de arcilla, caolín, cuarzo o alúmina se le da forma, y por horneado se obtiene una cerámica de uso eléctrico.

    El material es particularmente resistente a compresión por lo que se han desarrollado especialmente diseños que tienden a solicitarlo de esa manera.

    VIDRIO, cristal templado que cumple la misma función de la porcelana, se trabaja por moldeado colándolo, debiendo ser en general de menos costo.

    Se puede afirmar que en general la calidad de la porcelana puede ser mas controlada que la del vidrio, esta situación es evidenciada por una menor dispersión de los resultados de los ensayos de rotura.

    MATERIALES COMPUESTOS:

    Fibras de vidrio y resina en el núcleo, y distintas "gomas" en la parte externa, con formas adecuadas, han introducido en los años mas recientes la tecnología del aislador compuesto.

    Estas modernas soluciones con ciertas formas y usos ponen en evidencia sus ventajas sobre porcelana y vidrio.

    FORMA DE LOS AISLADORES

    La forma de los aisladores está en parte bastante ligada al material, y se puede hacer la siguiente clasificación:

    AISLADORES DE CAMPANA, (también llamados de disco) generalmente

    varios forman una cadena, se hacen de vidrio o porcelana con insertos metálicos que los articulan con un grado de libertad (horquilla) o dos (caperuza y badajo, cap and pin).

    Las normas fijan con detalle geometría, tamaños, resistencia electromecánica, ensayos.

    AISLADORES DE BARRA, los hay de porcelana, permiten realizar cadenas de menor cantidad de elementos (mas cortas), la porcelana trabaja a tracción y existen pocos fabricantes que ofrecen esta solución, especialmente si se requieren elevadas prestaciones, ya que no es una solución natural para este material, en cambio es la solución natural de los aisladores de suspensión compuestos.

    Mientras que para la porcelana se limita la longitud de la barra y en consecuencia para tensiones elevadas se forma una cadena de algunos elementos, para el aislador compuesto siempre se realiza un único elemento capaz de soportar la tensión total.

    AISLADORES RIGIDOS, en tensiones bajas y medias tienen forma de campana, montados sobre un perno (pin type) y se realizan de porcelana o vidrio.

    A medida que la tensión crece, tamaño y esfuerzos también, y se transforman en aisladores de columna aptos para soportar esfuerzos de compresión y de flexión (post type) y pueden asumir la función de cruceta en líneas de diseño compacto.

    En estos casos pueden ser de porcelana y modernamente de materiales compuestos, cuando el esfuerzo vertical a que se somete la "viga" aislante es muy elevado se agrega un tensor del mismo material (inclinado 45 grados generalmente) dando origen a una forma de V horizontal.

    Los aisladores se completan, como ya indicado, con insertos metálicos de formas estudiadas para la función, y que tienden a conferir movilidad (en las cadenas) o adecuada rigidez (en las columnas).

    Para evitar solicitaciones anormales e indebidas de los elementos aislantes, los casos mas comprometidos se resuelven con fusibles mecánicos instalados del lado del conductor o del lado base y que al romperse permiten el giro del aislador, cargándose entonces en forma mas favorable.

    Al especificar los aisladores se resaltan dos tipos de características, que deben combinar por su función, las mecánicas, y las eléctricas.

    CARACTERISTICAS MECANICAS

    Los aisladores de cadena deben soportar solo cierta tracción 7000, 16000 o mas kg.

    Los aisladores rígidos deben soportar cierta compresión, y/o cierta flexión.

    Los ensayos de características mecánicas se hacen con solicitación eléctrica simultánea.

    Al estar sometidos a las inclemencias del tiempo una característica muy importante es la resistencia al choque térmico (que simula el pasar del pleno sol a la lluvia).

    También por los sitios donde se instalan, los aisladores son sometidos a actos vandálicos (tiros con armas, proyectiles pétreos o metálicos arrojados), es entonces importante cierta resistencia al impacto.

    Frente a estas solicitaciones el comportamiento de los tres tipos de materiales es totalmente distinto, el vidrio puede estallar, siendo una característica muy importante que la cadena no se corte por este motivo.

    La porcelana se rompe perdiendo algún trozo pero generalmente mantiene la integridad de su cuerpo, mecánicamente no pierde características, solo son afectadas sus características eléctricas.

    Con los aisladores compuestos por su menor tamaño es menos probable que la agresión acierte el blanco, los materiales flexibles no se rompen por los impactos y las características del aislador no son afectadas.

    CARACTERISTICAS ELECTRICAS

    Los aisladores deben soportar tensión de frecuencia industrial e impulso (de maniobra y/o atmosféricos), tanto en seco como bajo lluvia.

    Influyen en la tensión resistida la forma de los electrodos extremos del aislador.

    Una característica importante es la radiointerferencia, ligada a la forma del aislador, a su terminación superficial, y a los electrodos (morseteria).

    En las cadenas de aisladores, especialmente cuando el número de elementos es elevado la repartición de la tensión debe ser controlada con electrodos adecuados, o al menos cuidadosamente estudiada a fin de verificar que en el extremo crítico las solicitaciones que se presentan sean correctamente soportadas.

    La geometría del perfil de los aisladores tiene mucha importancia en su buen comportamiento en condiciones normales, bajo lluvia, y en condiciones de contaminación salina que se presentan en las aplicaciones reales cerca del mar o desiertos, o contaminación de polvos cerca de zonas industriales.

    La contaminación puede ser lavada por la lluvia, pero en ciertos lugares no llueve suficiente para que se produzca este efecto beneficioso, o la contaminación es muy elevada, no hay duda de que la terminación superficial del aislante es muy importante para que la adherencia del contaminante sea menor, y reducir el efecto (aumentar la duración).

    Una característica interesante de los materiales compuestos siliconados es un cierto rechazo a la adherencia de los contaminantes, y/o al agua.

    La resistencia a la contaminación exige aumentar la línea de fuga superficial del aislador, esta se mide en mm/kv (fase tierra), y se recomiendan valores que pasan de 20, 30 a 60, 70 mm/kv según la clasificación de la posible contaminación ambiente.

    CONCLUSIONES

    Se han presentado en forma resumida los aspectos relacionados con los procesos de degradación que pueden presentarse en los aisladores no cerámicos en campo. Asimismo, se mencionaron algunos aspectos que deben considerarse para su selección adecuada y las técnicas establecidas para su evaluación y seguimiento.


    En México es poca la experiencia que se tiene con el uso de aisladores no cerámicos y por tanto se requiere de un mayor conocimiento sobre el proceso de selección para una aplicación particular, los mecanismos de falla y las técnicas de evaluación tanto de laboratorio como de campo, que permitan incrementar su aplicación.

    Recientemente, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) elaboró una especificación para aisladores no cerámicos basada en los requerimientos de prueba establecidos por la norma IEC1109 en adición a algunos criterios dimensionales (longitud, distancia de fuga, valores dieléctricos y mecánicos, etcétera), que deben tomarse en cuenta durante las adquisiciones.

    Tambien se presentaron la función de los aisladores de manera resumida, el material con que estan hechos, tipo de material con el que se pueden hacer, las características eléctricas y mecánicas de los mismos y la forma de los aisladores, esta explicación fue en forma resumida para su mejor entendimiento.

    BIBLIOGRAFÍA

    http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/le/le-03/le-03.htm

    http://www.meltec.cl/1.htm

    http://www.insulators.com/general/faq.htm#style

    http://www.chilnet.cl/icb/32754-99.htm

    http://www.iie.org.mx/publica/boletin%20mar-abr99/tec2ma99.htm