Aisladores Eléctricos

 

Aisladores eléctricos Los aisladores son piezas de material aislante empleadas para soportar los conductores eléctricos de las líneas eléctricas de transmisión y distribución.  Típicamente son aislador aisladores es de disco ccuyas uyas caracterí características sticas están n normali ormalizadas zadas según el peso o fuerza soportable, nivel de contaminación admisible y diámetro. n alta tensión suelen emplearse aisladores de !" pulgadas y en media tensión deaplicables # pulgadas esto puede variar en función de las normas técnicas en$aun%ue cada país&. Los aisladores son los elementos encargados de sostener los conductores en las estructuras bajo condiciones de viento y contaminación ambiental; ambiental; a la vez como su nombre lo indica aísla el conductor de las estructuras y evitan el efecto corona; los aisladores en su mayoría son fabricados en porcelana, ya que brinda gran resistencia a las condiciones ambientales por no ser un material poroso lo que limita la absorción de agua. Existen diversos tipos de aisladores, entre los cuales se pueden destacar los aisladores de suspensión, aisladores tipo tensor, tensor, aisladores tipo pin y aisladores tipo carrete.

El envejecimiento se refiere al proceso que causa la falla del aislador para poder cumplir con su función. ependiendo ependiendo de los materiales utilizados en los aisladores, de su dise!o y de las condiciones ambientales, se pueden generar diferentes mecanismos de degradación que pueden provocar la falla del aislador. "ecanismos# 

  'iversas formas de falla mecánica de la barra de (bra de vidrio.



  )ormación de caminos conductores sobre la super(cie del material aislante.



  Aparición de partículas del relleno en la super(cie aislante.



  *ambios en el color base del material aislante.



 

*orrosión de las partes metálicas debido a la reacción %uímica con el ambiente.

  +ompimiento del material adesivo usado para unir %uímicamente dos materiales del aislador ais lador.. 



  -érdida signi(cante del material aislante, irreversible y no conductora $erosion&.



  )racturas super(ciales con profundidad mayor a ".! mm .

  -enetración de agua en forma lí%uida o vapor, causando el ablandamiento de cubierta o faldones $ydrolisis&. 



  'aos por perforación.

 



  /eparación o apertura del material aislante.



  'aos por vandalismo

)unciones0 /u1etar mecánicamente mecánicamente el conductor mantenién manteniéndolo dolo aislado de tierra y de otros conductores. 'eben soportar la carga mecánica %ue el conductor transmite a la torre a través de ellos. 'eben aislar eléctricamente el conductor de la torre, soportando la tensión en condiciones normales y anormales, y sobretensiones asta las má2imas previstas $%ue los estudios de coordinación del aislamiento de(nen con cierta probabilidad de ocurrencia&. La tensión debe ser soportada tanto por el material aislante propiam propiamente ente dico, como por su super(cie y el aire %ue rodea al aislador. La falla eléctrica del aire se llama contorneo, y el aislador se proyecta para %ue esta falla sea muco más probable %ue la perforación del aislante sólido. /urge la importancia del diseo, de la geometría para %ue en particular no se presenten en el cuerpo del aislador campos intensos %ue inicien una crisis del sólido aislante. MATERIALES AISLANTES

En las líneas de transmisión distribución deelenergía el aislamiento el$ctrico es en realizado principalmente pory dos elementos aire y el$ctrica, los aisladores los cuales son fabricados diferentes materiales como porcelana, vidrio y resina epoxica. AIRE: El aire es elemento m%s empleado en las &edes El$ctricas para aislamiento, la rigidez diel$ctrica del aire se puede ver afectada por la contaminació contaminación n del ambiente, la altura sobre el nivel de mar y la densidad del aire.

El aire tiene una rigidez diel$ctrica de alrededor de '( )*+cm a la presión normal, y alcanza un valor alrededor de - )*+cm a una presión de  /+cm( y alrededor de 0 )*+cm para ' /+cm(. El aire y otros gases tienen elevadísima resistividad y est%n pr%cticamente exentos de p$rdidas diel$ctricas. 1ienen en mayor o menor medida la propiedad com2n que la rigidez diel$ctrica crece a medida 1ienen que aumenta la presión.

 

PORCELANA: La porcelana es el material m%s utilizado en la fabricación de aisladores, est% conformado por arcilla, feldespato y cuarzo o al2mina, la porcelana ofrece baja porosidad lo que ayuda a la baja absorción de agua, alta resistencia al calor y resistencia mec%nica. El material es particularmente resistente a compresión por lo que se 3an desarrollado especialmente dise!os que tienden a solicitarlo de esa manera VIDRIO: El vidrio empleado en la fabricación de aisladores esta compuesto por sílice, oxido de calcio y oxido de sodio, por ser un material fr%gil debe sufrir un proceso de endurecimiento, los aisladores de vidrio son empleados en zonas de alta contaminación contaminación.. 4e 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. RESINA EPOXICA: Las características principales de este tipo de aisladores es la gran resistencia que presenta contra impactos, brinda una baja posibilidad de filtración y tiene un excelente diel$ctrico en comparación con los aisladores de porcelana.

)3+4A ' L3/ A5/LA'3+/ La forma de los aisladores está en parte bastante ligada al material, y se puede acer la siguiente clasi(cación0 A5/LA'3+/ ' *A4-A6A, $también llamados de disco& generalmente varios forman una cadena, se acen de vidrio o porcelana con insertos metálicos %ue los articulan con un grado de libertad $or%uilla& o dos $caperuza y bada1o, cap and pin&. Las normas (1an con detalle geometría, tamaos, resistencia electromecánica, ensayos. A5/LA'3+/ ' 7A++A, los ay de porcelana, permiten realizar cadenas de menor cantidad de elementos $mas cortas&, la porcelana traba1a a tracción y e2isten pocos fabricantes %ue ofrecen esta solución, especialmente si se re%uieren elevadas prestaciones, ya %ue no es una solución natural para este re%uieren material, en cambio es la solución natural de los aisladores de suspensión compuestos. 4ientras %ue para la porcelana se limita la longitud de la barra y en consecuencia consecuenci a 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. A5/LA'3+/ +585'3/, en tensiones ba1as y medias tienen forma de campana, montados sobre un perno $pin type& y se realizan de porcelana o vidrio. A medida %ue la tensión crece, tamao y esfuerzos también, y se transforman en aisladores de columna aptos para soportar esfuerzos de compresión y de 9e2ión $post type& y pueden asumir la función de cruceta en líneas de diseo compacto.

 

n estos casos pueden ser de porcelana y modernamente de materiales compuestos,, cuando el esfuerzo vertical a %ue se somete la :viga: aislante es compuestos muy elevado se agrega un tensor del mismo material $inclinado ;< grados generalmente& dando origen a una forma de = orizontal. Los aisladores se completan, como ya indicado, con insertos metálicos de formas estudiadas para la función, y %ue tienden a conferir movilidad $en las cadenas& o adecuada rigidez $en las columnas&. -ara 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 %ue al romperse permiten el giro del aislador, cargándose entonces en forma mas favorable. Al especi(car los aisladores se resaltan dos tipos de caracterís características, ticas, %ue 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 acen con solicitación el!ctrica sim"ltánea.  #l estar sometidos a las inclemencias inclemencias del tiempo "na característica característica m"y importante es la resistencia al co$"e t!rmico %$"e sim"la el pasar del pleno sol a la ll"&ia'. (ambi!n por los sitios donde se instalan, los aisladores son sometidos a actos &andálicos (ambi!n %tiros con armas, proyectiles p!treos o metálicos arro)ados', es entonces importante cierta resistencia al impacto. *rente a estas solicitaciones el comportamiento de los l os tres tipos de materiales es totalmente distinto, el &idrio p"ede estallar, siendo "na característica m"y importante $"e la cadena no se corte por este moti&o. La porcelana se rompe perdiendo alg+n troo pero generalmente mantiene la integridad de s" c"erpo, mecánicamente no pierde características, solo son afectadas s"s características el!ctricas. -on los aisladores comp"estos por s" menor tamao es menos probable $"e la agresión acierte el blanco, los materiales flexibles no se rompen por los impactos i mpactos y las características del aislador no son afectadas. CARACTERISTICAS ELECTRICAS

 

Los aisladores deben soportar tensión de frec"encia ind"strial e imp"lso %de maniobra y/o atmosf!ricos', tanto en seco como ba)o ll"&ia. nfl"yen en la tensión resistida la forma de los electrodos extremos del aislador. na característica importante es la radiointerferencia, ligada a la forma del aislador, a s" terminación s"perficial, y a los electrodos %morseteria'. n las cadenas de aisladores, especialmente c"ando el n+mero de elementos es ele&ado la repartición de la tensión debe ser controlada con electrodos adec"ados, o al menos c"idadosamente est"diada a fin de &erificar $"e en el extremo crítico las solicitaciones $"e se presentan sean correctamente soportadas. La geometría del perfil de los aisladores tiene m"ca importancia en s" b"en comportamiento en condiciones normales, ba)o ll"&ia, y en condiciones de contaminación salina $"e se presentan en las aplicaciones reales cerca del mar o desiertos, o contaminación de pol&os cerca de onas ind"striales. La contaminación p"ede ser la&ada por la ll"&ia, pero en ciertos l"gares no ll"e&e s"ficiente para $"e se prod"ca este efecto beneficioso, be neficioso, o la contaminación es m"y ele&ada, no ay d"da de $"e la terminación s"perficial del aislante es m"y importante para $"e la aderencia del contaminante sea menor, y red"cir el efecto %a"mentar la d"ración'. na característica interesante de los materiales comp"estos siliconados es "n cierto recao a la aderencia de los contaminantes, y/o al ag"a. La resistencia a la contaminación exige a"mentar la línea de f"ga s"perficial del aislador, esta se mide en mm/k& %fase tierra', y se recomiendan &alores $"e pasan de 20, 30 a 60, 70 mm/k& seg+n la clasificación de la posible contaminación ambiente.

Aislador de Suspensión:

Este tipo de aislador o llamado tambi$n tipo disco es el mas empleado en redes de transmisión de energía el$ctrica, se utilizan cadenas de aisladores para suspende el conductor, el n2mero de elementos aisladores que debe tener la cadena se determina por la tensión de servicio en la línea de transporte de energía. 5sí, en las líneas a  )*, las cadenas suelen tener - ó 6 elementos aisladores y en las líneas a (( )*,  a (. Existen aisladores de suspensión de -7y 7 los cuales soportan un esfuerzo mec%nico de . y 0. libras.

 

8igura '.(.. 5islador de 4uspensión

Aislador tipo Tensor:

El aislador tipo tensor es utilizado para suspender los conductores en redes de transmisión a$rea a$reass en las que existe un %ngulo de giro mayor a '9 o en los extremos de la línea, razón por la cual deben soportar esfuerzos mec%nicos mec%nicos elevados, existen aisladores tipo tensor de ' +(7, : +:7, 0 +(7, - '+:7.

8igura '.(.(. 5islador tipo 1ensor

Aislador tipo Pin:

 

El aislador tipo pin es empleado en redes el$ctricas de distribución, en estructuras en las cuales van crucetas, este, es empleado para sostener el conductor.

8igura '.(.'. 5islador tipo in Existen aisladores de pin sencillos y dobles y es seleccionado seg2n el nivel de tensión al cual va a trabajar, para 6.( )*, '.()*, 0 )* se emplea pin sencillo y para (' )* y ':.0 )* se emplea pin doble.   Aislador tipo Carrete:

El aislador tipo carrete se emplea en redes a$reas de distribución de energía el$ctrica, en las estructuras que no llevan crucetas para sostener el conductor, el aislador es ubicado en perc3as, estas pueden ser de uno, dos, tres, cuatro y cinco puestos seg2n la cantidad de líneas.

8igura '.(.:. 5islador tipo 6 A5/LA'3+ stas son las características %ue deben de comprobarse en un aislador, las cuales son las siguientes0  Línea de fuga



 'istancia disruptiva



 Tensión de corona



 Tensión disruptiva, en seco, a la frecuencia normal



 Tensión disruptiva, ba1o lluvia, a la frecuencia normal



 Tensión disruptiva, con ondas de sobretensión de frente recto





 Tensión de perforación

 

 *arga de rotura mecánica $tracción, compresió compresión, n, fle2ión, torsión según cada tipo de aislador& 

 *arga de rotura combinada electromecá electromecánica nica



 -eso unitario



 )orma y medidas, según plano acotado



Línea de fuga. s la distancia entre las fuerzas conductoras de las %ue esta provisto el aislador, en las condiciones %ue se establecen para los ensayos de tensión disruptiva, medida sobre la super(cie del aislador. 'istancia disruptiva. s la distancia, en el aire? entre las piezas de las %ue está provisto el aislador, en las condiciones establecidas para los ensayos de tensión disruptiva. También se denomina distancia de contorneamiento.  Tensión de corona. s el valor e(caz de la tensión, e2presado en Cilovoltios, al %ue de1a de ser visible, en la oscuridad, toda manifestació manifestación n luminosa en cual%uier punto del aislador, causada por la ionización del aire $ efecto corona &.  T  Tensión ensión disruptiva. disruptiva. /e d denomina enomina tamb también ién tensión d de e contornea contorneamiento miento y es el valor e(caz de la tensión, e2presado Cilovoltios, en el %ue se produce la descarga disruptiva o descarga por contorneamiento, en el aislador. +ecordemos %ue la descarga disruptiva se produce a través del aire ba1o aspecto de una cispa o arco, o de con1unto de cispas o arcos, %ue establecen cone2ión eléctrica entre las piezas metálicas del aislador, sometidas normalmente a la tensión de servicio. -ara la determinación de la tensión de la tensión disruptiva, en seco, a la frecuencia normal, se somete al aislador a un ensayo en atmósfera seca, a una frecuencia de