AILSADORES_1

____________________ELEMENTOS Y EQUIPOS ELECTRICOS Unidad N 2 al 010302.doc- al 010302

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UNIDAD N 2

INDICE

1 AISLADORES ............................................................................................................................................ 2

1.1 CONCEPTOS GENERALES SOBRE AISLADORES Y HERRAJES. .......................................................................... 3

1.2 MATERIALES EMPLEADOS EN LA FABRICACIN DE AISLADORES .................................................................. 8

1.3 MATERIALES EMPLEADOS EN LA FABRICACIN DE HERRAJES ...................................................................... 9

1.4 CLASIFICACIN DE LOS AISLADORES EMPLEADOS EN LAS LNEAS ELCTRICAS AREAS ...............................10

1.5 CONDICIONES GENERALES QUE DEBEN CUMPLIR LOS AISLADORES PARA LNEAS ELCTRICAS AREAS .........18

1.6 CARACTERSTICAS QUE DEFINEN UN AISLADOR .........................................................................................18

1.7 DETERMINACIN DEL NIVEL DE AISLAMIENTO DE LOS AISLADORES ............................................................21 1.8 CARACTERSTICAS A TENER EN CUENTA EN LA ELECCCIN DE LOS AISLADORES SOPORTE

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1.9 AISLADORES PASANTES ....................................................................................................................23

1.10 AISLADORES ORGANICOS .................................................................................................................23

1.11 ASILADORES DE RESINA EPOXIDA ..................................................................................................25


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1 AISLADORES

En las lneas elctricas en general , los conductores deben ir aislados de los apoyos correspondientes. Para poder aislarlas se colocan aislantes slidos, que reciben el nombre de aisladores, que aslan los conductores bajo tensin, de los apoyos que lo soportan. Existen distintos tipos de aisladores, segn: a) Los materiales que los componen. b) Su utilizacin (interior o intemperie) c) De acuerdo a la funcin que cumplan

a) De acuerdo al material los aislantes ms utilizados son: * Aisladores a base de reina epoxdica * Aisladores de porcelana * Aisladores orgnicos * Aisladores de vidrio

b) De acuerdo al medio donde va a ser utilizado: * Para interior * Para exterior

La caracterstica diferencial entre los aisladores para interior e intemperie es su terminacin superficial . Los aisladores para intemperie tienen una forma constructiva diferente a los de interior, donde la resistencia superficial tiene que ser mayor. La terminacin es del tipo espejado, para evitar que se depositen partculas o elementos que se puedan acumular en el mismo, modificando su resistencia superficial. Los aisladores para uso interior, tienen un menor resistencia superficial, con una terminacin lisa y uniforme.

c) De acuerdo a su utilizacin podemos tener:

Figura N 1

Aisladores Soportes


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Figura N 2

Figura N 3

1.1 Conceptos generales sobre aisladores y herrajes.

Generalidades

En las lneas elctricas areas, los conductores deben ir aislados de los

apoyos correspondientes. Los conductores que se emplean en general no tienen aislacin, recibiendo el nombre de conductores desnudos. Por ello se necesita un elemento intermedio denominado aislador, de buenas propiedades dielctricas, que asle totalmente los conductores bajo tensin, de los apoyos que soportan la lnea. La unin de los conductores a los aisladores y de los aisladores a los apoyos se efecta por medio de piezas metlicas denominadas en general, herrajes y que naturalmente estn aislados entre s por medio del material que constituye el aislador.

La misin fundamental del aislador es evitar el paso de la corriente del conductor al apoyo. Este paso de corriente puede producirse por cualquiera de las causas que se citan a continuacin:

a) Por conductividad de masa: conduccin a travs de la masa del

aislador, como corriente de fuga (figura 203). Con los materiales que se emplean en la fabricacin de aisladores, la corriente de fuga resulta despreciable y no se tiene en cuenta.

Aisladores de suspensin

Aisladores de retencin

Aisladores pasamuro o pasantes


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b) Por conductividad superficial: Contorneando la parte exterior del

aislador por aumento de su conductividad debido a la formacin de una capa de humedad, de polvo o de sales depositadas sobre la superficie del aislador (figura 204).

La corriente de fuga puede reducirse hasta lmites seguros, cuando la superficie del

aislador tiene el perfil apropiado, permitiendo que el recorrido de la corriente de fuga sea

lo mayor posible.

c) Por perforacin de la masa del aislador (figura 20). Esta circunstancia

tiene poca importancia en los aisladores para bajas tensiones, debido a que el material constituyente del aislador es suficiente para evitar la perforacin. En cambio en media y alta tensin el peligro es mayor, sobre todo en aisladores de gran espesor, siendo muy difcil fabricarlos de forma que conserven sus propiedades dielctricas en toda su masa. Un fallo de estas propiedades en algn punto del interior del aislador puede provocar su perforacin. Por esta razn, los aisladores para altas tensiones se fabrican en varias piezas superpuestas de reducido espesor, unidas entre s por una pasta especial; de esta forma se evita el peligro de que puedan existir defectos en el interior de la masa del aislador, permitiendo que la estructura de ste pueda ser controlada cuidadosamente durante su fabricacin.


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d) Por descarga disruptiva a travs del aire: formndose un arco entre el

conductor y el soporte a travs del aire, cuya rigidez dielctrica no basta para evitar la descarga (figura 206). En ciertas ocasiones, la rigidez dielctrica del aire disminuye como sucede con la lluvia, porque los filetes de agua de lluvia que se desprenden de la superficie del aislador toman el potencial del conductor, y se encuentran a menor distancia del soporte que de aqul. Estas descargas pueden evitarse con un diseo adecuado de los de los aisladores para intemperie. Cuando son sometidos a la accin de la lluvia; para aumentar la distancia entre el conductor y el soporte, el perfil de los aisladores se hace con una o de varias ondulaciones en forma de campana, con lo que aumenta la distancia dielctrica, elevando el valor de tensin necesaria para que se forme el arco.

Consideraciones de los materiales aislantes de los aisladores. Un dispositivo aislante constituye un condensador. Entre las placas de un condensador, sometidas a una tensin U, existe un campo elctrico, caracterizado por la magnitud denominada intensidad de campo elctrico y expresada por:

a

UE

siendo a , la distancia entre placas. Si U est expresado en kV y a en cm,

E estar expresado en kV/cm.


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Rigidez dielctrica. Si se intercala una placa aislante entre las dos placas de un condensador y se aumenta gradualmente la tensin entre las placas, llega un momento en que es perforado el aislante, producindose la descarga. La tensin a la cual ocurre la perforacin pU se denomina tensin de perforacin y a

la intensidad de campo en que ocurre la perforacin:

a

UE

p

p

se denomina rigidez dielctrica. Si pU se expresa en kV y a se expresa en cm, la

rigidez dielctrica se expresar en kV/cm. El valor de la rigidez dielctrica tiene importancia el determinacin de la calidad de un aislante: Este ser mejor, cuanto mayor sea su rigidez dielctrica. Si U es la tensin de servicio de una instalacin y pU es la tensin de

perforacin de un aislante determinado, la relacin:

U

Us

p

es el coeficiente de seguridad a que trabaja dicha instalacin.

Constante dielctrica. Se llama tambin ndice dielctrico y expresa el

comportamiento dielctrico de un material aislante. Es un concepto relacionado con el de induccin dielctrica. La carga elctrica que admite cada placa de un condensador por cm2 de superficie se denomina induccin dielctrica. Si en el espacio entre placas existe el vaco, esta magnitud est relacionada con la intensidad de campo elctrico que hemos definido anteriormente por la siguiente expresin:

ED 0

D = induccin dielctrica, en culombios/cm2. E = intensidad de campo elctrico, en V/cm.

0 = constante dielctrica en el vaco o absoluta, su valor es 8.84 10-14.

Si en el espacio entre placas en lugar de existir el vaco estuviera lleno de

una sustancia aislante, varan las condiciones aumentando la induccin dielctrica aumenta. Tenemos:

ED 0

D = induccin dielctrica, en culombios/cm2. E = intensidad de campo elctrico en V/cm.

0 = constante dielctrica absoluta 0 = 8,84 10-14

= constante dielctrica relativa.


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La constante dielctrica relativa o, abreviadamente, constante dielctrica del material aislante, expresa cuntas veces dicho material es ms aislante que el vaco. Un material aislante ser mejor cuanto mayor sea su constante dielctrica.

Factor de prdidas. Cualquier dispositivo aislante es en realidad un

condensador. Si se aplica una corriente alterna a un condensador ste se carga y descarga sucesivamente; de ello resulta una corriente alterna cuyo valor mximo se halla defasado 90 en adelante del correspondiente a la tensin. Pero una sustancia aislante no tiene una conductividad nula; siempre pasa a travs de ella una pequea corriente de fuga que depende de la resistencia elctrica de la capa aislante. Esto hace que un dispositivo aislante no sea un condensador puro y que aparezca siempre una pequea corriente, debida a la resistencia y en fase con la tensin (figura 207).

Como consecuencia, el desfase entre la corriente de un condensador y la

tensin en bornes no es 90 sino algo menor. Al ngulo:

90

se le llama ngulo de prdida dielctrica y la relacin:

r

a

I

Itg

recibe el nombre de factor de prdidas.


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Esta magnitud tiene importancia para determinar la calidad de un aislante desde el punto de vista trmico, ya que la corriente activa aI , en fase con la tensin es

segn la ley de Joule, quien provoca el calentamiento del aislante. Cuanto menor sea esta corriente, menor ser tambin el factor de prdidas tg y mejor

ser el aislante en lo que a comportamiento trmico se refiere.

Tener en cuenta que las magnitudes que caracterizan las propiedades elctricas de los materiales aislantes, varan dentro de una misma clase de aislante y dependen, adems de la temperatura, de las condiciones elctricas que han de experimentar y de otros factores (por ejemplo, la humedad). Un dato que fije una propiedad determinada de un aislante, no queda suficientemente definido si no se conocen todas las circunstancias en que se han efectuado las correspondientes mediciones. Los valores numricos de las tablas representan valores medios que pueden tomarse como datos de orientacin.

Herrajes, se denominan as a los elementos metlicos no solidarios de

apoyos ni aisladores, que no forman parte de sus elementos estructurales y que se utilizan para las siguientes necesidades:

a) Para fijacin de los aisladores a los apoyos. b) Para fijacin de los conductores a los aisladores. c) Para fijacin de los cables de tierra a los apoyos. d) Para complementar o adaptar los anteriores.

1.2 Materiales empleados en la fabricacin de aisladores

Las normas y reglamentos prescriben que los aisladores utilizados en las lneas areas podrn ser de porcelana, vidrio u otro material de caractersticas adecuadas a su funcin.

La porcelana est constituida esencialmente, con caoln y cuarzo de primera

calidad. Para su empleo en aisladores debe ser de estructura homognea. Los aisladores se cuecen a 1400C y despus se recubren de una capa de esmalte de silicato, recocindose posteriormente para obtener un vidriado en caliente que los hace impermeables al agua y resbaladizos, dificultando de esta forma la adherencia de humedad y polvo. En las redes de baja tensin situadas en el interior de las poblaciones, el esmalte acostumbra ser de color castao, con lo que resultan menos visibles y se evita su destruccin por piedras o por disparos de cazadores.

La esteatita se utiliza cuando los aisladores han de soportar grandes esfuerzos

mecnicos, porque su resistencia mecnica es aproximadamente el doble que la de la porcelana y sus propiedades aislantes son mejores que las de este ltimo material. Otra ventaja es que los aisladores de esteatita estn moldeados a presin en seco y sus dimensiones pueden ser ms exactas que las de los aisladores de porcelana, los cuales estn preparados a presin en hmedo. El inconveniente de la esteatita es su alto costo. La esteatita se prepara a partir de una pasta con gran contenido de talco, que, por coccin, se convierte en una masa de


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cristales de silicato magnsico; la adicin de pequeas cantidades de xido de hierro, le da un color gris o castao caracterstico. La esteatita no admite el esmalte.

Tanto la porcelana como la esteatita son materiales cermicos,

caracterizados por su fabricacin basndose en procedimientos especiales provenientes de ciertos productos inorgnicos. Para dar forma a estas primeras materias hay que conferirles determinada plasticidad mediante un tratamiento previo (amasado). Se da a las masas la forma deseada por vaciado, a presin o torneado y los objetos se cuecen en hornos a altas temperaturas. El objeto obtenido en el horno tiene altas propiedades dielctricas, por sinterizacin, cristalizacin y fusin de los elementos componentes durante la coccin de la masa.

El vidrio se fabrica fundiendo a temperaturas entre 1300C y 1400C, una

mezcla de cido saliclico con xidos de calcio, sodio, bario, aluminio, etc. Segn su composicin, se le utiliza como material aislante para diversas aplicaciones. El vidrio utilizado en los aisladores es un vidrio de clcico alcalino, obtenido por un procedimiento especial mediante enfriamiento brusco por medio de una corriente de aire fro durante el proceso de fusin; de esta forma se obtiene un vidrio duro, de elevada resistencia mecnica y con buena estabilidad para los cambios de temperatura. Tiene color verde oscuro caracterstico. Aunque es un material ms barato que la porcelana, tiene el gran inconveniente de que su coeficiente de dilatacin es muy grande por lo que resulta, comparativamente, muy afectado por los cambios de temperatura. Adems, no se le puede trabajar en formas complicadas y la unin al soporte debe realizarse por procedimientos especiales.

Los tres materiales que hemos citado porcelana, esteatita, vidrio- son los ms empleados en la fabricacin de los aisladores utilizados en las lneas areas.

1.3 Materiales empleados en la fabricacin de herrajes

Las normas sealan que los herrajes han de ser de diseo adecuado a su funcin mecnica y elctrica y debern ser inalterables a la accin corrosiva de la atmsfera, particularmente cuando han de temerse efectos electrolticos.

De acuerdo con estas prescripciones, los materiales normalizados son los siguientes:

a) Los perfiles laminados de acero suave al carbono

b) La fundicin maleable c) El acero fundido d) El aluminio y sus aleaciones e) El cobre y sus aleaciones

f) El plomo. Para evitar los efectos de la oxidacin, todos los materiales citados,

anteriormente que contengan hierro han de estar convenientemente galvanizados.


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1.4 Clasificacin de los aisladores empleados en las lneas elctricas areas

Los aisladores pueden clasificarse segn diferentes criterios:

Por su constitucin:

Aislador simple, es el constituido por una sola pieza de porcelana, esteatita o vidrio (figura 208). Aislador compuesto, es el formado por dos o ms aisladores simples,

unidos entre s de forma permanente, por medio de un material de unin, aislante o semiconductor (figura 209).

Por su aplicacin:

Aislador soporte, es el destinado a mantener un conductor, en una

parte de su periferia, alejada de una masa conductora o semiconductora (figura 210).

Aislador pasante, es el provisto de un agujero que lo atraviesa y en el

que se introduce el conductor, con objeto de mantenerlo alejado de su periferia, de una masa conductora o semiconductora (figura 21l).


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Por el lugar de instalacin:

Aislador para servicio al interior, es el empleado en lugares

resguardados de la lluvia (figura 212). Aislador para servicio al exterior o para servicio a la intemperie es

el utilizado en lugares no resguardados de la lluvia (figura 213).

Por su forma y caractersticas especiales:

Aislador acoplable, es el proyectado de tal forma que permita el

acoplamiento amovible de una serie de elementos, hasta obtener el grado de aislamiento deseado (figura 214). El acoplamiento puede ser del tipo rgido o del tipo articulado.


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Aislador no acoplable, es el que no est construido para su acoplamiento amovible con otros elementos similares (figura 215).

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