AISLADORES. TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

Los aisladores además de mantener aislado de tierra y de otros conductores a las líneas sujetan mecánicamente al conductor por lo que deben soportar la carga mecánica que el conductor transmite a la torre a través de ellos. Aíslan eléctricamente el conductor de la torre de transmisión, y soportan la tensión en condiciones normales y anormales, como de fuertes vientos. Deben también soportar sobretensiones de corriente hasta los valores previstos (los estudios de coordinación del aislamiento los definen como cierta probabilidad de que ocurran).

La alta tensión que manejan estos elementos es soportada por el material aislante, por su superficie y por el aire que circunda al aislador. El contorneo es la falla eléctrica que ocurre en el aire, el aislador se debe seleccionar con la idea de que sea más probable que ocurra este tipo de falla que una perforación del material aislante sólido.

Debido a esto, el diseño y la geometría de un aislador son de vital importancia para que no se presenten fallas en el cuerpo del aislador provocadas por campos intensos que provoquen una afectación 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. La porcelana es muy resistente a la compresión por lo que se han desarrollado diseños haciendo hincapié en esta propiedad.

VIDRIO. El material usado para estos aisladores es realmente cristal templado y trabaja con propiedades parecidas a la porcelana. La fabricación de estos aisladores es por colado del material en moldes por lo que generalmente son más económicos.

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

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 más 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

El material de fabricación y la forma de los aisladores está íntimamente ligada, existiendo la siguiente clasificación general:

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). En las normas de fabricación se determinan con detalle sus características geométricas, tamaño, su resistencia electromecánica y los ensayos a los que serán sometidos.

AISLADORES DE BARRA, permiten fabricarlos en cadenas con una menor cantidad de elementos (más cortas), la porcelana trabaja a tracción. Existen pocas empresas dedicadas a su fabricación ya que se requiere maquinaria especializada, sobre todo si se requieren para aplicaciones con requerimientos de elevadas prestaciones ya que no es una solución natural para este material. En cambio para los aisladores de suspensión compuestos es una solución natural.

Esto es debido a que para el aislador compuesto se fabrica un único elemento que tiene la capacidad de soportar la tensión total, mientras que para su fabricación en porcelana se debe limitar la longitud de la barra y en consecuencia, para tensiones elevadas se debe forma una cadena de varios elementos.

Proveedores de aisladores en México

AISLADORES RÍGIDOS, en tensiones bajas y medias tienen forma de campana, montados sobre un perno (pin type) y se realizan de porcelana o vidrio. Si van a ser sometidos a mayores tensiones deben crecer el tamaño y los esfuerzos por lo que es mejor transformarlos en aisladores de columna, que soportan mayores esfuerzos de compresión y de flexión (post type) y pueden cumplir la función de cruceta en líneas de diseño compacto.

En el caso de que el esfuerzo vertical al que es necesario someter a la "viga" aislante sea muy elevado, se puede agregar un tensor del mismo material (generalmente inclinado 45°) por lo que toma la forma de una “V” horizontal. Estos aisladores pueden fabricarse en porcelana o de materiales compuestos.

Para dar movilidad en las cadenas o adecuada rigidez en las columnas los aisladores se completan con insertos metálicos de formas diferentes basados en el esfuerzo mecánico necesario para cumplir esta función.

Existen dos tipos de características que deben de cumplir y combinar por su función, las mecánicas, y las eléctricas, al momento de especificar el aislador a usar, estas características son fundamentales.

CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS

Los aisladores de cadena están diseñados para soportar cierta tracción: 7000, 16000 o más kg. Al mismo tiempo deberán soportar la compresión y/o cierta flexión.

Otro factor importante es la resistencia de los materiales al choque térmico ya que en su uso estarán sometidos a las inclemencias del tiempo. Estos estudios simulan el pasar de un clima del pleno sol a la presencia de lluvia y otros cambios climáticos que ocurren naturalmente.

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 necesidades, 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. En el caso de un impacto la porcelana se rompe perdiendo algún trozo, pero por las características del material mantiene la integridad de su cuerpo, no pierde características mecánicas pero si son afectadas sus características eléctricas. En el caso de los aisladores compuestos, el uso en su fabricación de materiales flexibles hace que no se rompan por los impactos por lo que las características del aislador no se afectan, además, debido a su menor tamaño es menos probable que las agresiones acierten en el blanco.

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

La frecuencia industrial y el impulso (de maniobra y/o atmosféricos) es otro tipo de tensión que deben soportar los aisladores, tanto en seco como bajo lluvia. La forma de los electrodos en los extremos del aislador influye en que tanto resisten esta tensión.

La radio-interferencia, provocada por la forma del aislador, su terminación superficial y a los electrodos (morsetería) también es una característica importante a considerar.

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 necesidades que se presentan sean correctamente soportadas.

Para que la adherencia de los contaminantes sea menor y minimizar el efecto que tienen sobre los materiales, aumentando su duración, es muy importante lograr un acabado superficial del aislante fina y tersa. Además la geometría de los es muy importante para que tengan un buen comportamiento en condiciones normales, bajo lluvia, y en condiciones de contaminación salina que se presentan en instalaciones cerca del mar o en desiertos, o la contaminación de polvos cerca de zonas industriales. La contaminación salina normalmente es lavada por la lluvia, pero en ciertos lugares no llueve suficiente o el grado de contaminación presente es muy elevado.

Los compuestos siliconados por su composición presentan un cierto rechazo a la adherencia de los contaminantes, y/o de agua.

La línea de fuga superficial del aislador que se mide en mm/kv (fase tierra) es una medida de la resistencia de un aislador y es una característica a tomar en cuenta para seleccionar aisladores con un valor alto si existen condiciones de contaminación. Se recomiendan valores que sobrepasen los 20, 30 a 60, 70 mm/kv según el grado de contaminación presente en el ambiente.

Las características dieléctricas del aire, los tipos de aisladores y los ensayos a los que deben someterse son muy importantes al momento de su selección.

EL AIRE EN EL AISLAMIENTO DE LÍNEAS.

El aislante más usado para las líneas de transmisión de energía es sin lugar a duda el aire. La rigidez dieléctrica del aire puede verse influenciada por los siguientes factores:

• Densidad del aire.

• Altura sobre el nivel del mar.

• Humedad y presencia de partículas contaminantes.( de gran importancia en el diseño y mantenimiento de los elementos aisladores).

AISLADORES DE LÍNEA.

Para las líneas de transmisión se usan principalmente tres tipos de aisladores:

• Suspensión.

• Barra larga.

• Poste.

Los aisladores de suspensión o disco son los más empleados en las líneas de transmisión, se fabrican de vidrio o porcelana uniéndose varios elementos para conformar cadenas de aisladores de acuerdo con el nivel de tensión de la línea y el grado de contaminación del entorno. En cambio, los aisladores de barra larga se fabrican de porcelana o con materiales sintéticos (composite insulators) en una sola pieza.

Este tipo de aisladores requieren menos mantenimiento que los de tipo disco, aunque su costo es más elevado. En esta figura se aprecia un aislador de barra larga sintético.

Los aisladores de tipo poste tienen su mayor aplicación en las subestaciones eléctricas, se fabrican en porcelana o usando materiales sintéticos. Se utilizan poco en líneas de transmisión y para altas tensiones.

Se fabrican de dos tipos de aisladores en función de las condiciones ambientales:

• Normales.

• Para ambiente contaminante (tipo niebla).

Para zonas con alta contaminación existen los aisladores de porcelana vidriada con una composición 50% de caolín, 25% de feldespatos y 25% de cuarzo, este tipo de porcelana debe ser moldeada en húmedo con el fin de lograr un producto homogéneo, compacto, sin porosidad. Después de su armado tosa su superficie debe ser verificada.

Por su construcción los aisladores pueden ser:

• Tipo alfiler.

• Tipo suspensión.

Fuentes:

MC. Obed Renato Jiménez Meza, MC. Vicente Cantú Gutiérrez, Dr. Arturo Conde Enríquez. LÍNEAS DE TRASMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA. Departamento de Iluminación y Alta Tensión. U.A.N.L.

Enríquez Harper, Gilberto y Alejandro Frías Martínez, SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE POTENCIA ELÉCTRICA. Limusa. México , (2016) ISBN: 9789681867157.

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26.06.2023, 17:15

Category: Electricidad

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