AISLADORES EN BAJA Y MEDIA TENSION

Función:

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.

Niveles básicos de aislamiento

Al impulso: se refiere a pruebas bajo otras de sobretensión de impulsos normalizados que simula sobre ondas desde tiempo de origen atmosférico

A frecuencia industrial: una prueba de sobre tensión o frecuencia nominal en la red que simula sobretensiones debido a ciertas condiciones durante la operación del sistema

Apertura o cierre de interruptores

Desconexión de grandes cargas, arranque de motores

Nivel de aislamiento de las líneas

El nivel de aislamiento se define por las tensiones soportadas bajo lluvia, a 50 Hz, durante un minuto y con onda de impulso de 1.2/50 microsegundos, según Normas de la Comisión Electrotecnica Internacional.

Los niveles de aislamiento mínimos correspondiente a la tensión mas elevada de la línea, serán mostrados en la tabla siguiente

Categoría de la

línea

Tensión mas

elevada KV

eficaces

Tensión de ensayo

al choque KV

cresta

Tensión de ensayo

a frecuencia

industrial KV

eficaces.

3ª

3.6

7.2

12

17.5

24

45

60

75

95

125

16

22

28

38

50

2ª

36

52

72.5

170

250

325

70

95

140

1ª   Neutro a

tierra

Neutro

aislado

Neutro a

tierra

Neutro

aislado

100

123

145

170

245

420

380

450

550

650

900

1550

450

550

650

750

1050

--

150

185

230

275

395

680

185

230

275

325

460

--

 

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.

TERMINOS

Término Descripción

Tangente deltafactor de perdidas de energía debidas al aislamiento, factor utilizado comúnmente en alambres magneto.

Tanque, prueba dePrueba de rigidez dieléctrica efectuada a cables, los cuales son sumergidos en un tanque lleno de agua y el voltaje es aplicado entre el agua y el conductor.

Temperatura Ambiente

Temperatura del medio circundante.

Temperatura de operación

Máxima temperatura a la cual un cable puede trabajar por grandes periodos de tiempo sin causar daño a las propiedades físicas del aislamiento.

Temperatura máxima de cortocircuito en el conductor

Es la temperatura alcanzada en cualquier punto de la red durante un cortocircuito, cuya magnitud depende de las particularidades de la red y cuya duración máxima sea el tiempo en el cual la temperatura del conductor llegue a 250°C.

Temperatura máxima de operación en el conductor

Es la temperatura máxima alcanzada en ciclos de carga típicos de sistemas eléctricos de potencia y alumbrado.

Temperatura máxima de sobrecarga en el conductor

Es la temperatura alcanzada en cualquier punto de la red en condiciones de emergencia, de tiempo y frecuencia determinados. Esta temperatura es aplicable para un promedio de varios años, de un período de no más de 36 horas por año para cables de 5 a 46 kV y de no más de 72 horas por año para cables de 69 kV y mayores, pero para un total de no más de tres períodos en cualquiera de 12 meses consecutivos.

Temple

Tratamiento térmico o mecánico dado a los metales o aleaciones para controlar sus características, como grado de suavidad. Termino usado para referirse al grado de dureza de los conductores eléctricos usualmente se manejan tres niveles Duro, Semiduro y suave.

Tensión de Extinción de Descargas Parciales

Es la tensión a la cual cesan las descargas parciales que excedan a una intensidad especificada, bajo condiciones especificadas, cuando la tensión se hace disminuir gradualmente desde un valor que exceda a la tensión de iniciación.

Tensión de Iniciación de Descargas Parciales

Es la menor tensión a la cual se observan descargas parciales que excedan a una intensidad especificada, bajo condiciones también especificadas, cuando la tensión aplicada al objeto bajo prueba se aumenta gradualmente desde un valor inferior en el cual no se observan tales descargas.

Tensión de PruebaTensión que debe soportar un cable sin flameo o descarga disruptiva, cuando se aplica bajo condiciones específicas.

Tensión Eléctrica de Ruptura.

Tensión a la cual ocurre una descarga disruptiva a través de, o sobre la superficie de un aislamiento.

Tensión Máxima de un Sistema

Valor máximo de Tensión que se puede presentar bajo condiciones normales de operación en cualquier tiempo y lugar en el sistema.

Tensión Nominal de un Sistema

Es la tensión de designación del sistema a la cual están referidas ciertas características de operación el mismo.

Termacon NylonMarca registrada de Conductores Monterrey S.A. de C.V. de alambre magneto, con aislamiento a base de poliester y recubrimiento de Nylon.

Térmico, ChoquePrueba usada para determinar la habilidad de un material para soportar cambios rápidos en temperatura (aplicación de calentamiento y enfriamiento) y conserva sus características físicas dentro de rangos especificados.

Terminal

Dispositivo que proporciona control o alivio de los esfuerzos eléctricos que se presentan en el aislamiento del cable al interrumpir y retirar la pantalla sobre aislamiento, y que puede proporcionar además distancia de fuga aislada adicional y hermeticidad.

Termocontráctil Material que se contrae mediante la aplicación de calor.

Termoestable Ver : Termofijo.

TermofijoMaterial que una vez curado (vulcanizado), no se deforma mediante la aplicación de calor.

TermoplásticoMaterial que se suaviza con la aplicación de calor y se solidifica al enfriarse, este proceso puede llevarse a cabo varias veces mientras no se excedan los limites del material.

THHNCable para construcción, con aislamiento de PVC y cubierta de Nylon, clasificado para 600 V y 90°C en seco.

THHWCable o alambre individual, Usado en construcción con aislamiento termoplástico de PVC, 600 V, 90 °C en seco y 75°C en ambiente mojado.

THHW-LS Ver : THHW y LS, Cumple con la NOM – 063.

THWCable o alambre individual, Usado en construcción con aislamiento termoplástico de PVC, 600 V, 75 °C, en seco y húmedo.

THWNCable para construcción, con aislamiento de PVC y cubierta de Nylon, clasificado para 600 V y 75°C en seco y húmedo.

TierraConexión conductora intencional o accidental entre un circuito o equipo eléctrico y la tierra o algún conductor que se usa en su lugar.

Tierra, conexión aConexión eléctrica entre un circuito y Tierra física, con la finalidad de proteger el sistema contra descargas eléctricas.

Tracción, elemento de Ver : elemento de jalado.

TraslapeEn encintado de un cable es la cantidad de cinta que se coloca sobre la anterior, usualmente se mide en %.

Trefilado Ver “Estirado”.

Triple ExtrusiónProceso para extruír simultáneamente tres capas de materiales diferentes sobre un mismo cable.

TriplexCable de energía formado de tres conductores individuales, torcidos juntos sin cubierta general.

http://www.viakon.com/Home.aspx?tabId=19

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.

BIBLIOGRAFIA:

http://html.rincondelvago.com/tipos-de-aisladores.html

www.frro.utn.edu.ar/.../electrica/...electrica/Aisladores_para_LA.doc