MILESTONES

AISLADORES DE SILICONA SILCOSIL®

SISTEMAS DE LÍNEAS AÉREAS

DATOS TÉCNICOS

Soluciones innovadoras en Tecnología de Goma Silicona

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¿Qué destaca a PFISTERER SEFAG?

La empresa PFISTERER SEFAG está situada en Malters, Suiza, y lleva abasteciendo el campo de aisladores compuestos de silicona para diferentes aplicaciones eléctricas desde hace más de treinta años en toda Suiza y otros países. Desde el principio PFISTERER SEFAG ha utilizado goma silicona como material único de revestimiento de aisladores compuestos. La larga experiencia en este campo ha convertido a PFISTERER SEFAG en el líder del mercado cuando se trata de la adap-tación y utilización de aisladores compuestos a fin de sustituir tecnologías de vidrio o porcelana. Esto ha sido posible gracias a innovaciones en el desarrollo de la tecnología de goma silicona y como resultado de ensayos de laboratorio y pruebas de recepción de diferentes fórmulas de goma silicona. La actual posición singular de PFISTERER SEFAG se puede caracterizar de la siguiente manera: n Más de 30 años de experiencia en la construcción y producción de aisladores compuestos de goma siliconan Uso exclusivo de goma silicona como material de revestimienton Procesamiento de todos los tipos típicos de goma silicona, optimizados para la aplicaciónn Utilización de todos los procesos típicos de moldeo por inyección y del sistema modularn Participación a largo plazo en los grupos de trabajo CIGRE e IECn Conjuntos de aisladores para la protección combinada contra efecto corona y arco voltaico, comprobados en aplicaciones

en todo el mundo

La introducción de la tecnología de goma silicona para aisladores compuestos fue una ampliación visionaria de la gama de pro-ductos existentes, que consta de productos y componentes para los redes de distribución y de transmisión. Y esto desde hace más de cincuenta años en Suiza y desde 1921 en la ubicación de producción Alemania como parte del grupo PFISTERER. Desde que PFISTERER SEFAG introdujo en el año 1975 los aisladores compuestos de silicona bajo la denominación SILCOSIL®,

éstos han sido instalados en una amplia gama de aplicación en los redes de transmisión y distribución. Aparte de la aplicación «clásica» de amarre y suspensión de los aisladores de línea, la experiencia en servicio de PFISTERER SEFAG incluye además aisladores tipo poste para líneas aéreas y para estaciones. Además crucetas aislantes, aisladores de núcleo hueco y un programa de aisladores ferroviarios.

Primer sistema de catenaria ferroviaria instalado en 1979

Primeros aisladores de suspensión y amarre de 420 kV en 1990

Primer ejemplar del mundo de una cruceta aislante de 420 kV instalada en 1998

INTRODUCCIÓN

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Datos y cifras

Transformador de corriente de 145 kV en 1998

Conjunto de amarre 500 kN de 420 kV en 2004

Tercera generación de crucetas aislantes de 420 kV en 2007

1957 Fundación de SEFAG AG «Schweizerische Elektro- technische Fabrik AG»1958 Fabricación de componentes para la cartera de productos de PFISTERER1965 Desarollo y producción de componentes para T&D para el mercado energético en Suiza 1975 Construcción y producción del primer aislador com- puesto de tipo núcleo hueco 1978 Desarrollo del primer aislador compuesto para los Ferrocarriles Suizos en colaboración con la empresa Dätwyler 1979 Primer instalación de aisladores compuestos para los Ferrocarriles Suizos en el túnel de Lötschberg en Suiza 1981 Fundación de la empresa SEFAG EXPORT AG1986 Instalación del primer aislador compuesto en la red de transmisión suiza1987 Constitución del departamento de herrajes para líneas aéreas1988 Introducción del programa de SEFAG de los herrajes de líneas aéreas 1989 Suministro de conjuntos de aisladores de 420 kV y de espaciadores amortiguadores para Oriente Próximo 1990 Suministro de aisladores compuestos de 420 kV para NOK Suiza1993 Perfección del programa de los herrajes de líneas aéreas para cuestiones de vibraciones del conductor inclu- yendo amortiguadores, registradores de vibración, medición del campo eléctrico e investigaciones analíticas

1995 Certificado de calidad según ISO 9001 1997 Suministro de conjuntos de aisladores de 525 kV y espaciadores de campo antivibratorios para América del Sur1998 Construcción y suministro de la primera línea compacta del mundo de 420 kV con crucetas aislantes de aisladores compuestos 1999 Inicio de la producción de descargadores compuestos y aisladores ferroviarios con la tecnología de goma silicona HTV 2000 Fundación de SEFAG IXOSIL AG – antes parte de Dätwyler AG2000 Ampliación de la producción LSR y de la instalación del laboratorio de ensayos para AT2003 Integración de la empresa Hardware Assemblies (RSA) en el grupo PFISTERER SEFAG [PFISTERER (Pty) Ltd.]2004 Actualización del certificado según ISO 9001: 2000 2005 Dimensiones para aisladores de tipo núcleo hueco hasta un diámetro de 600 mm son disponibles2006 Introducción de la nueva estructura de grupos y cambio de nombre a PFISTERER SEFAG2006 Terminación de la nueva nave de producción2007 Introducción en Dubai de la tercera generación de línea compacta para la línea de 420 kV de DEWA con restric- ciones de conducción2008 Suministro de aisladores compuestos especiales para el proyecto de 800 kV c.c. Yunnan-Guangdong (China)

HITOS

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Las siguientes descripciones presentan una vista general sobre el producto «Aislador compuesto SILCOSIL®» de PFISTERER SEFAG. Descripciones detalladas explican la selección de los materiales para un resultado duradero y fiable del producto en la red.

Los aisladores compuestos se introdujeron a finales de los años sesenta. La idea básica consiste en la combinación de diferentes materiales que cumplen los diferentes reque-rimientos en el funcionamiento del aislador conforme a su resistencia y su característica (Fig. 1). Los herrajes terminales suelen ser de metal p. ej. acero forjado o aluminio. Para los herrajes de aisladores de líneas se ha conseguido un alto grado de estandarización para garantizar una sustitución fácil de aisladores convencionales existentes por solucines con aisladores compuestos. La varilla de resina reforzado con fibra de vidrio absorbe las cargas mecánicas que pueden ser tensión, flexión o compre-sión. También puede ser una combinación de las tres cargas dependiendo de la aplicación y las variaciones de carga. Los materiales para el revestimiento son tan diversos como los correspondientes métodos de fabricación. No obstante, la experiencia presente en servicio ha demostrado que ciertos materiales muestran un comportamiento óptimo. Más detalles a este propósito siguen más adelante.

Introducción

En Fig. 2 se muestran modelos típicos de herrajes termi-nales. Las dimensiones corresponden a las normas IEC 60120, IEC 60471 o IEC 61466 así como a las normas equivalentes de ANSI. Para la red de distribución, caracterizada típicamente por fuerzas hasta los 70 kN, se pueden aplicar herrajes termi-nales de acero fundido. Para clases de fuerza mayores de 70 kN se emplean herrajes terminales de acero forjado. Para aplicaciones especiales, como p. ej. herrajes para siste-mas de catenaria ferroviaria, se aplica a menudo aluminio de fundición en coquilla de alta resistencia. Los herrajes terminales de acero están galvanizados en caliente. El espesor de la galvanización se efectúa según las recomendaciones de la IEC 60383. A pedido, se suministran mayores espesores p. ej. para condiciones de empleo alta-mente corrosivas o aplicaciones de corriente continua. Informaciones detalladas sobre las dimensiones y las clases de fuerza correspondientes se presentan por separado en el catálogo de aisladores.

Herraje terminal

Herraje terminal

Revestimiento

Varilla de resina reforzada con fibra de vidrio

Fig.1: Componentes de un aislador compuesto

Fig. 2: Modelos típicos de herrajes terminales

PRODUCTO

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La varilla de resina reforzado con fibra de vidrio es un compo-nente importante del aislador compuesto. La varilla se produce generalmente en un proceso continuo de pultrusión. Diferentes diámetros son disponibles dependiendo de la aplicación o carga (Fig. 3). El contenido de la fibra determina la resistencia intrínseca especificada a la tensión y flexión de la varilla. La dimensión de las fibras de vidrio es importante para la adhesión a la matriz de resina. La matriz de resina tiene que ser formulada para aplicaciones eléctricas para garantizar una baja absorbción de humedad y cambios insignificantes de las propiedades eléctricas y mecánicas en servicio. El alargamiento de rotura de la resina deber estar equilibrado con el alargamiento de rotura de las fibras de vidrio para impedir fisuras y fracturas en el momento de ser sometido a cargas mecánicas. Hoy en día, se suelen utilizar general-mente resinas epoxi. Por diferentes motivos se añade el material de relleno al matriz de resina. Como resultado la varilla tiene un aspecto transparente u opaco. Cuando se controlan cuidadosamente las materias primas, se seleccionan exactamente los paráme-tros del proceso y se aplican controles de rutina determinados mediante estadísticas, los dos tipos de varillas presentan un comportamiento de servicio excelente y fiable.

La varilla

Fig. 3: Ejemplos para dimensiones de varillas

Varillas para aplicaciones de tensión

La elección de la fibra de vidrio determina la susceptibilidad de la varilla para la corrosión de tensión electrolítica (rotura frágil). Este fenómeno se da por un ataque ácido destructivo sobre la fibra de vidrio, seguido por un defecto mecánico del aislador cuando las restantes fibras no son capaces de seguir soportando las cargas de tensión en servicio. Investigaciones recientes en CIGRE e IEEE, así como las experiencias en el campo, han demostrado que la probabilidad de una rotura frágil se reduce significativamente con el uso de fibras de vidrio especiales (con un contenido de boro reducido o bien libre de boro, llamado vidrio E-CR) (Fig. 4). PFISTERER SEFAG utiliza tales varillas resistentes a la rotura frágil desde hace muchos años. Una guía sobre la construcción y prueba de aisladores com-puestos para conjuntos de suspensión y amarre se indica en:

n IEC 61109 (aisladores compuestos tipo bastón)

Fig. 4: Con el uso de vidrio E-CR no hay fractura frágil

PRODUCTO

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El objetivo eléctrico de un aislador es el aislamiento entre conductor-tierra o conductor-conductor contra un salto de chispas. Dicho de forma simplificada, un salto de chispas puede ocurrir debido a una sobretensión o por contaminación. Desde la introducción de los aisladores poliméricos se han probado y ensayado muchos materiales diferentes respecto a su comportamiento bajo condiciones de aire libre. La expe-riencia ha demostrado que hay una interacción fuerte entre las propiedades elementales del material y la construcción total del aislador. Una encuesta llevada a cabo por el grupo de trabajo CIGRE B2.03 y publicada en el año 2000, demuestra que en la mayor parte de las aplicaciones con aisladores compuestos se emplea goma silicona como material de revestimiento (Fig. 6). EPDM y otros materiales desempeñan un papel menos importante. Mientras que la distancia de arco determina el comporta-miento durante una sobretensión, la geometría (de aletas) y el comportamiento con humedad en su revestimiento son los factores decisivos del comportamiento en caso de contaminación.

Fig. 6: Uso de material para el revestimiento para aisladores compuestos > 100 kV

Revestimiento

Varilla para aplicaciones de flexión

Los diámetros de las varillas se eligen considerando la carga en servicio, la resistencia a la rotura por flexión así como el movimiento admisible a carga en servicio. Como ventaja del aislador tipo poste se ha revuelto el llamado «modo de fallo no peligroso» al sobrecargar la solicitación de flexión máxima. Esto significa que un aislador compuesto tipo poste diseñado apropiadamente no fallará a causa de una ro-tura completa sino solamente por una rotura por cizallamiento interlaminar en la zona neutra de la flexión (Fig. 5). Este «modo de fallo no peligroso» tiene las siguientes ventajas respecto al aumento del valor y rendimiento en comparación con aisladores tipo poste de porcelana: n Ninguna rotura relacionada con la caída inmediata del con- ductor n Identificación fácil gracias al movimiento sobredimensionado n Alta capacidad de resistencia residual del aislador sobrecar- gado Una guía sobre el diseño y la prueba de aisladores compuestos para aplicaciones de poste se indica en:

Fig. 5: Corte transversal de un aislador tipo poste para líneas aéreas después del «modo de fallo no peligroso»

n IEC 61952 (aisladores tipo poste para líneas aéreas) n IEC 62231 (aisladores tipo poste para estaciones)

Lado de compresión

Lado de tensión

PRODUCTO

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Processing

Hidrofobicidad como propiedad clave

En general, los aisladores compuestos para líneas aéreas tienen menor diámetro que los aisladores de porcelana o de vidrio. Esta diferencia en la geometría y una superficie preferiblemente no mojada (hidrofobicidad) llevan a un comportamiento en servicio más fiable en caso de contaminación en comparación con los aisladores convencionales. La humectabilidad caracteriza el comportamiento de dispersión del agua y puede ser categorizada principalmente en el estado hidrofílico (Fig. 7) e hidrófobo (Fig. 8). La experiencia en servicio ha mostrado que la cualidad de «hidrofobia» es decisiva para un functioinamiento fiable en con- diciones de contaminación sin medidas de mantenimiento preventivo tal como limpieza o engrasado. Comparando la goma silicona con otros materiales así como vidrio/porcelana como referencia, se puede presentar la siguiente tabla:

Fig. 7: Comportamiento hidrofílico de la superficie Fig. 8: Comportamiento hidrófobo de la superficie

Clases de material de revestimiento

nuevo viejo contaminado nuevo viejo contaminado

Goma silicona sí sí, después de recuperación*

sí, después del proceso de transferencia**

no no, sólo temporalmente

no, sólo temporalmente

Otros materiales poliméricos sí no no no sí sí

Vidrio/Porcelana no no no sí sí sí

Comportamiento hidrofílico de la superficie

* La recuperación es un proceso bien documentado de la goma silicona y significa que las cualidades hidrófobas suelen volver con la reorientación de grupos metilos en la superficie de la masa del material. ** La transferencia es la difusión de moléculas de cadenas de bajo peso molecular de la goma silicona en la capa de contamina- ción de la superficie del aislador. En cantidades suficientes de estas moléculas, la capa de contaminación se vuelve hidrófoba y se comporta, en el caso ideal, como un aislador no contaminado.

Comportamiento hidrófobo de la superficie

Tabla 1: Comportamiento de la superficie versus material

PRODUCTO

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En cuanto al comportamiento aislante de los aisladores compuestos, se considera que la propiedad hidrofóbica es el factor más importante. Los procesos dinámicos de pérdida temporal de hidrofobicidad y la siguiente recuperación/trans-ferencia así como su fuerte dependencia de estos procesos de la formulación del material (la fórmula, material de relleno y aditivos) y de la tecnología de elaboración, son asuntos de una continua optimización. Por ejemplo, en el Grupo de Trabajo CIGRE D1.14 se han realizado investigaciones científicas con el objetivo de definir un método de ensayo para medir la transferencia de propie-dades hidrófobas a una capa contaminada definida.

Cualidades de resistencia al envejecimiento

Fig. 9: Comportamiento de erosión de aisladores de silicona no cargados (la seria superior) y goma de silicona enriquecido óptimamente (la seria inferior)

Si se pierde la hidrofobicidad, un segundo «mecanismo de protección» del material contra el envejecimiento intensivo (erosión de la masa, tracking) deberá proteger al aislador. Este mecanismo se evalúa en particular mediante ensayos que valoran el comportamiento de erosión y tracking (p. ej. IEC 60587) (Fig. 9). Está bien documentado que los tipos de goma silicona vulcani-zados a alta temperatura (HTV) y enriquecidos con trihidrato de aluminio son superiores a tipos de goma silicona no enri-quecidos y de baja viscosidad como p. ej. silicona vulcanizada a temperatura ambiente (RTV) o silicona líquida (LSR) en cuanto al comportamiento de erosión y tracking. Mientras que al principio el material de relleno podía tener influencia diametral en la dinámica de la hidrofobicidad, los materiales HTV actuales combinan de forma óptima la resis-tencia excelente a la erosión y tracking con el comportamiento de la hidrofobicidad dinámica – una rápida recuperación y un corto tiempo de transferencia (Fig. 10.1 y Fig. 10.2).

Fig. 10.2: Efecto hidrofóbico de la superficie de silicona con contaminación industrial

Fig. 10.1: Efecto hidrofóbico de la superficie de silicona sin contaminación

PRODUCTO

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Propiedad Goma silicona HTV* Goma silicona RTV/LSR**

Viscosidad

Resistencia al envejecimiento

Tracking/Erosión alto medio

Resistencia a rayos UV alto alto

Inflamabilidad*** alto alto

Hidrofobicidad

Recuperación veloz veloz

Transferencia veloz veloz

* HTV = High Temperature Vulcanizing (vulcanización a alta temperatura)** RTV = Room Temperature Vulcanizing (vulcanización a temperatura ambiente), LSR = Liquid Silicone Rubber (goma silicona líquida)*** Propiedades del material p. ej. importante para el comportamiento de arco voltaico y situaciones de fuego

30...45 Mooney (estable) 30,000...150,000 mPa

Como mencionado en la introducción, el desarrollo de PFISTERER SEFAG en el campo de la tecnología de aisladores com-puestos comenzó con una solicitud de los Ferrocarriles Suizos para aplicaciones de aislamiento bajo condiciones de un alto grado de contaminación. Esta es una de las razones por las que se introdujo la goma silicona como material de revestimiento. A causa de las experiencias en servicio positivas se han seguido desarrollando continuamente las propiedades del mate-rial y la tecnología de producción. Considerando el avance técnico y las reacciones de usuarios se han realizado innovaciones de esta familia de productos bastante joven. Hoy en día, alrededor de un 95 % de aisladores se fabrican con la Tecnología HTV. El factor decisivo es principalmente la mejor resistencia al envejecimiento de la goma silicona correspondiente. Una comparación de las tres clases de goma silicona utilizadas se muestra en la tabla 2.

Tabla 2: Comparación de propiedades de las diferentes clases de goma silicona

PRODUCTO

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Los herrajes terminales suelen suministrarse en grandes cantidades; por lo tanto se utilizan métodos estadísticos para controlar la calidad sobre un número de muestras los cuales son considerados como representativos del suministro (Fig. 11). Las siguientes cualidades deben ser examinadas y aprobadas: n Cantidad n Dimensiones n Composición del material n Dureza n Espesor de galvanización n Superficie interna del taladro

Introducción

Las siguientes explicaciones cubren los procesos de fabricación y sus correspondientes controles de calidad para aisladores compuestos de PFISTERER SEFAG. Se hace la división entre componentes y procesos de elaboración aplicados de un aislador compuesto.

Las varillas se fabrican mediante un continuo proceso de pultrusión (Fig. 12). Este método ha sido perfeccionado con el desarrollo de la tecnología de aisladores compuestos y ofrece, hoy en día, aparte de una productividad alta, una calidad de productos la cual es necesaria para un aislamiento eléctrico exigente. Sistemas automáticos de dosificación para los componentes de resina y el control estricto de la temperatura para la poli- merización garantizan la reproductividad constante de las cualidades de las varillas. Una amplia selección de diámetros es disponible según el perfil de requerimiento de la aplicación. Los diámetros típicos de varillas para aisladores tipo bastón varian de 14 a 38 mm y de 38 a 90 mm para aisladores tipo poste. Se examina cada serie de varillas y se toman muestras alea-torias según esquemas definidas. Las cualidades típicas que deben ser analizadas son: n Cantidad n Dimensiones n Medición de TG* n Contenido de vidrio n Ensayo capilar (Fig. 13) *TG = Glass transition temperature – temperatura de transición vitrea

Fig. 11: Volumen de suministro típico de herrajes terminales

Fig. 12: Máquina moderna de pultrusión

Fig. 13: Control de calidad de varillas

Herraje terminal Componente

Varilla Componente

COMPONENTES Y CONTROL DE CALIDAD

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Fig. 14: Examen de la goma silicona

La goma silicona es un componente con una fecha determi-nada de caducidad. Por esta razón, se cumple estrictamente con el principio de FIFO (first-in, first-out – lo primero en entrar es lo primero en salir). Cada serie llega con un certificado, el cual contiene los datos físicos relevantes medidos en muestras de goma silicona no tratada. Por eso, se vulcanizan las muestras de cada serie y se mide de forma individual y automática la resistencia a la erosión y la hidrofobicidad. El equipo de ensayo (Fig. 14) para esta inspección de entrada ha sido desarollado directamente de las actividades actuales del grupo de trabajo CIGRE D1.14.

Goma silicona Componente

Fig. 15: Vista sobre las mordazas de engarce

El estado de la técnica son máquinas de engarce controladas con ocho mordazas de presión (Fig. 15). PFISTERER SEFAG usa máquinas de engarce que tienen integrados dos meca-nismos de control independientes: n Fuerza de compresión n Distancia de recorrido de las mordazas móviles Para cada clase de metal (acero, aluminio, etc.) y cada combinación de herraje terminal y de diámetro de la varilla se aplica un campo de parámetros averiguado empíricamente de parámetros de engarce. Al poner en marcha las máquinas nuevas se prestan atención a su calibración para garantizar la aplicabilidad y cumplimiento de los parámetros de engarce introducidos durante años y bien establecidos.

Engarce a presión Elaboración

Composite Insulator DiagnosticCOMPONENTES/ELABORACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD

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Fig. 16: Captura de pantalla de una situación de sobreengarce

Además del mecanismo de control integrado y indepen-diente, se emplea el análisis de la emisión acústica como diagnóstico de la calidad de engarce. El sistema ha sido desarrollado autárquicamente de forma empírica: en gran escala relevante se ha grabado la emisión acústica de las diferentes escenarios de engarce (sobrepresión, presión óptima, presión reducida). Además se han definido los corres- pondientes valores límites con márgenes de seguridad para las combinaciones de material y de geometría respectivas. Para simplificar el proceso de producción se archivan de forma digital los datos del análisis de las emisiones acústicas y el operador recibe vía un indicador visual la información sobre un proceso de engarce conforme (barra en verde) o no conforme (barra en rojo) (Fig. 16).

Fig. 17: Modos de falla en la interfaz entre varilla y herraje terminal

El engarce correcto del herraje terminal a la varilla es decisivo para la funcionalidad a largo plazo del aislador en servicio. Los diferentes escenarios de engarce, simulados para dimen-siones idénticas de varilla y herrajes terminales, resultan en diferentes modos de fallas (Fig. 17). Se ha descubierto que un diseño de acuerdo al modo de «deslizamiento» proporciona la reproducibilidad más estable de la carga de falla máxima y su dispersión. Por esta razón, PFISTERER SEFAG sigue la filosofía de diseño del «deslizamiento», que requiere que la carga máxima de tensión sea aproximadamente un 20 % más alta que la Carga Mecánica Nominal (CMN). Una falla a causa de fisura indica que se ha ocasionado un efecto de entalle como resultado de la deformación durante el proceso de engarce o como resultado del diseño desequi-librado del herraje terminal. Por otra parte, una falla debido a la ruptura es un indicador inequívoco de sobreengarce. Este modo de falla puede ser detectado sin duda a través de medi-ción de emisiones acústicas.

Fig. 18: Mejora gracias a parámetros de engarce óptimados

La medición de los valores de rotura o falla es siempre un proceso estadístico con cierta dispersión de realizaciones puntuales. Por ello, la aplicación de modelos matemáticos es conveniente para el análisis de tendencias. Aplicando la función gaussiana (función de distribución normal), se puede cuantificar la diferencia entre las fuerzas de tensión máxima y su dispersión para diferentes escenarios de engarce (Fig. 18). Una comparación para mediciones idénticas pero con pará-metros no optimizados (línea en negro) y optimizados (línea en rojo) muestra valores mayores y menor emisión para la versión optimizada. Merece la pena mencionar que valores mayores del proceso de engarce optimizado no presentan ninguna reducción en el ensayo tiempo-carga que es aplicado normalmente para verificar la dependencia del tiempo del diseño (filosofía de ensayo de 96 horas de lEC 61109).

Deslice

Fisura

Ruptura

ELABORACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD

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Con motivo de la experienca larga en la elaboración de goma silicona para aplicaciones de aislamiento eléctricas, PFISTERER SEFAG ha adoptado y desarollado un número de tecnologías de procesos de elaboración para cumplir con los requerimientos del mercado para aplicaciones especiales con cantidades más pequeñas y proyectos grandes con tipos de aisladores estandarizados. Los procesos y los tipos de goma silicona utilizados se pueden distinguir como en Fig. 19. La optimización de las propiedades del material y de los parámetros relacionados al proceso se realiza mediante un análisis cuidadoso de los datos de la experiencia en servicio. Los resultados muestran claramente que se debe dar prefe- rencia al revestimiento hecho de goma silicona HTV.

Fig. 20: Moldeo por inyección múltiple a alta presión

Fig. 21: La matriz para el moldeo por inyección a baja presión

de proceso más sencillos, PFISTERER SEFAG utiliza los sistemas RTV/LSR como compromiso eficaz que ahorra tiempo, especialmente para la creación de prototipos o apli-caciones especiales, los cuales requieren el comportamiento blando de la goma silicona. En cuanto a sistemas RTV/LSR la falta del material de carga resulta en una línea de molde axial así como en una resistencia baja a la erosión. Por eso PFISTERER SEFAG recomienda no aplicar este tipo de goma silicona para condiciones de contaminación críticas y para niveles de tensión más altos. Cuanto más alta la tensión aplicada, más irregular (no linear) es la distribución de la tensión a lo largo del aislador. El riesgo de descargas parciales en el rango de mA crítico crece y requiere del revestimiento una resis-tencia a erosión elevada que solamente tipos HTV pueden cumplir y no tipos RTV/LSR.

Goma silicona Proceso de elaboración

Moldeo por inyección Proceso de elaboración

La alta viscosidad de la goma silicona HTV utilizada preferi-blemente requiere presiones relativamente altas por el moldeo por inyección. El rango típico de presión es alrededor de 1,500 bar y más. El proceso del moldeo por inyección permite la producción eficaz de grandes cantidades. A causa de la combinación de alta presión y alta temperatura se requieren un proceso y una tecnología exigente. Las piezas moldeadas pueden hacerse en uno o en múltiples pasos (Fig. 20); pasos múltiples ofrecen opcionalmente el desplazamiento de la rebaba del molde a lo largo del eje del aislador.

Fig. 19: Elaboración de goma silicona aplicada en PFISTERER SEFAG

Construcción del aislador

Moldeo por inyección

Sistema modular

HTV* RTV/ LSR** HTV* HTV*

Moldeo por inyección

automática continua

* Aplicación de moldeo por inyección a alta presión ** Aplicación de moldeo por inyección a baja presión

La viscosidad relativamente baja de sistemas de goma sili-cona RTV/LSR requiere una presión de inyección bastante menor en comparación a HTV. Para partes sencillas, se aplica el moldeo por gravedad (Fig. 21). Debido a requisitos

Composite Insulator DiagnosticELABORACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD

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El sistema modular fue inventado a principios de los años sesenta y se ha ido perfeccionado continuamente desde entonces. Combina las ventajas de la tecnología de goma silicona HTV con la alta flexibilidad de una adaptación fácil a las dimensiones de un aislador particular (especialmente la relación entre la distancia de fuga y la distancia de arco – Fig. 22). Como resultado de tener diferentes preprocesos necesarios para los módulos, esta técnica es más cara que el proceso de moldeo por inyección, a pesar del alto grado de automatización de la producción para los procedimientos individuales (Fig. 23). Hoy en día, el sistema modular es considerado como una compleción excelente a la producción de aisladores estándar y sirve como método alternativo apropiado y comprobado para aplicaciones de corriente continua que requieren una distancia de fuga elevada. Asimismo, este proceso se suele utilizar para producir aplicaciones especiales y encargos de poco volumen con uso limitado, donde no se justifican elevadas inversiones en herramientas. Para aplicaciones donde se requieran «aletas con un perfil de surcos en su cara inferior», esta característica de diseño se realiza fácilmente con el sistema modular. PFISTERER SEFAG emplea este proceso para todas las aplicaciones típicas de aisladores: n Aisladores de suspensión y de amarre n Aisladores tipo poste n Aisladores de núcleo hueco

El moldeo por inyección automática continua (ACIM – Automated Continuous Injection Moulding) es un proceso altamente avanzado para la producción de aisladores com-puestos de goma silicona. Este proceso (Fig. 24) es otro hito del trabajo pionero de PFISTERER SEFAG en este campo que combina la amplia experiencia en el moldeo por inyección multiple a alta presión con los resultados sobresalientes del servicio del sistema de goma silicona HTV. Una ventaja adicional para los usuarios es la geometría practicamente ilimitada del aislador. Una característica particular de este proceso es la posibilidad de girar el aislador para desplazar la rebaba de moldeo. Bajo condiciones de alta contaminación, este desplazamiento aumenta la fiabilidad opera-cional considerablemente. Al introducir esta innovación, los requerimientos especiales de hoy en día han sido considerados como por ejemplo la demanda de una distancia de fuga elevada, soluciones compactas o aplicaciones de corriente continua. Desde el punto de vista técnico, ACIM reune las siguientes características: n Flexibilidad alta con un grado de automatización alto n Tecnología de producción calificada y comprobada n Uso de goma silicona HTV con una experiencia en aire libre renombrada global- mente y de primera calidad La combinación de estas características significa para el usuario: ningún compromiso técnico en la fiabilidad operacional con la ventaja de menores costos de una producción en serie.

Fig. 24: Línea de producción ACIM

Sistema modular Proceso de elaboración

ACIM Proceso de elaboración

Fig. 22: Ventaja de «módulos»

Fig. 23: Robot de montaje modular

ELABORACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD

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Fig. 25: Proceso de sobremoldeo utilizado por PFISTERER SEFAG

PFISTERER SEFAG lleva aplicando ambos procesos de sellado desde hace dé-cadas. Esto es el resultado de los múltiples procesos aplicados internamente para la elaboración de goma silicona para producir el revestimiento de aislamiento. El comportamiento de los aisladores compuestos en servicio y las reacciones de los usuarios han demostrado claramente que ambos métodos de sellado con una construcción adecuada y una elaboración de alta calidad son equivalentes en aire libre. El sobremoldeo es el método más exigente, ya que la adhesión al herraje terminal de metal es absolutamente necesaria y requiere especial atención durante la fabricación. En cierta amplitud se puede obtener un mando del campo electrónico con el sobremoldeo (Fig. 27). No obstante, para tensiones por encima de 200 kV o para condiciones críticas del aire libre por encima de 145 kV, se emplean dispositivos de protección como anillos anti-corona o dispositivos combinados contra efecto corona y arco voltaico que determinan principalmente la distribución del campo eléctrico.

Fig. 27: Simulación FEM de sobremoldeo y colada

El «sellado» se refiere a la interfaz sellada entre varilla, herraje terminal y revestimiento de goma silicona para proteger esta interfaz del impacto ambiental. Es un procedimiento esencial para la fiabilidad del aislador compuesto, dado que la zona a sellada cubre el llamado Punto Triple que es el punto con la mayor intensidad del campo eléctrico a lo largo del aislador. Hay dos métodos de sellado: n Sellado directo con aplicación del revestimiento de goma silicona, llamado también «sobremoldeo» (overmoulding) (Fig. 25) n Sellado después del engarce con una goma silicona especial permanentemente elástica, llamado también «colada» (casting) (Fig. 26)

Sellado Proceso de elaboración

Fig. 26: Proceso de colada utilizado por PFISTERER SEFAG

SOB

REMOLDEO

COLADA

Composite Insulator DiagnosticELABORACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD

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Fig. 28: Máquina para ensayos de tracción

Fig. 29: Ensayo de adhesión

Las normas aplicables a los productos, tal como la IEC 61109, requieren ensayos en muestras y pruebas de rutina sobre los lotes del producto. Para los ensayos en muestras se han definido las siguientes cantidades para los tamaños de lote indicados en la tabla 3:

Para las pruebas de rutina se ha establecido un rango típico del 50 – 80 % de la Carga Mecánica Especificada (SML). Para los ensayos de tracción, PFISTERER SEFAG utiliza máquinas completamente automáticas (Fig. 28), los resultados son registrados digitalmente y archivados durante 10 años. Adicionalmente a los requerimientos de las pruebas estándar, se realizan los siguientes ensayos conforme a estrictas normas internas de calidad: n Ensayo de la tracción máxima (ensayo destructivo) de vari- llas o bien herrajes terminales en caso de transición del lote n Ensayo de adhesión (Fig. 29) n Control de las zonas de interfaz mediante ensayo de ebullición n Control visual de hidrofobicidad Estos ensayos de rutina adicionales garantizan la calidad exigida de una fabricación en grandes cantidades.

Tamaño N del lote Cantidad de muestras

≤ 300 Previo acuerdo

300 < N ≤ 2,000 4

2,000 < N ≤ 5,000 8

5,000 < N ≤ 10,000 12

Ensayo Proceso de elaboración

En casos especiales, por ej. referente a productos para el trabajo en línea bajo tensión eléctrica, se requiere un ensayo eléctrico de rutina. Normalmente, se realiza este ensayo con tensión fase-tierra o tensión fase-tierra elevada con el fin de excluir defectos eléctricos ocultos. En caso necesario se puede realizar este ensayo facilmente en el laboratorio AT de PFISTERER (Fig. 30).

Fig. 30: Ensayo de rutina AT realizado a pedido

Tabla 3: Cantidad de muestras según IEC 61109

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A pesar de las enormes ventajas que tienen los aisladores compuestos, éstos no son indestructibles. En su camino desde el fabricante hasta su ubicación final en el poste, los aisladores pasan diferentes etapas: entrada de mercancía y almacena- miento, transporte, manejo in situ, instalación en el poste y montaje del conductor. Estas etapas requieren cierta precaución. Daños o una penetración del revestimiento reduciría la distancia de fuga o descu-briría la varilla. Los dos casos pueden reducir la capacidad de aislamiento o la vida útil del aislador. Tales defectos pueden ocurrir si se usa un cuchillo para desem-balar los aisladores (Fig. 31) o si clavos sobresalen en las cajas de embalaje de madera. Se deben transportar los aisladores en su caja original con la tapa cerrada. Después de sacar los aisladores de su caja no se deben transportar de forma suelta o con otro material encima (Fig. 32). Las fibras de vidrio reforzadas unidireccionalmente en la varilla ofrecen una exce-lente resistencia a la tracción axial. Este refuerzo no está concebido a la torsión. Por esta razón, no se debe exponer al aislador compuesto a cargas de torsión o flexión (Fig. 33). Está prohibido trepar, sentarse o arrastrarse sobre conjuntos de aisladores (Fig. 34). Aunque la resistencia mecánica de la varilla dentro del aislador podría aguantar sin problemas el peso de una persona, la subida directa está prohibida para evitar daños del revestimiento. Como alternativa suelen usarse escaleras de aluminio. En caso de usar cuerdas para elevar el aislador al poste, estas cuerdas no deberán ser puestas alrededor del revestimiento (Fig. 35) sino fijadas en los herrajes termi-nales.

Introducción

Las siguientes recomendaciones para el manejo de los aisladores compuestos han sido compiladas considerando los resul- tados del Grupo de Trabajo CIGRE B2.03 y el Manual Técnico 184 publicado. Las recomendaciones se dividen en manejo y limpieza.

Manejo

Fig. 31: Evitar cortes en el revestimiento

Fig. 32: Impedir daños de transporte

Fig. 33: Evitar flexión o torsión excesiva

Fig. 34: Prohibido trepar sobre aisladores

Fig. 35: Evitar el contacto directo de cuerda con el revestimiento

Limpieza

AVISO n Uso de detergentes solamente en zonas con buena ventilación. No inhalar. n Evitar el contacto con la piel. n Alto peligro de incendio. No usar llama abierta, en caso de líquidos volátiles. n Seguir los folletos técnicos y las leyes nacionales.

La hidrofobicidad es una propiedad esencial que aumenta el valor de aisladores compuestos con revestimiento de goma silicona. Esta característaca incluye la recuperación después de la exposición a humedad y la transferencia de propie- dades hidrófobas a una capa de contaminación en el revestimiento mediante difusión de moléculas de cadenas de bajo peso molecular de la masa del material. Esta cualidad única de la goma silicona bien formulada mantiene la propiedad hidrófoba durante el servicio. Debido a esto, la mayoría de las veces no es ne- cesaria ninguna limpieza. Raras veces se presentan casos de contaminación especial que puedan exigir la limpieza del revestimiento como por ejemplo la contaminación axial extrema a causa de pájaros grandes o crecimiento de moho. El moho suele ser atribuido al almacenamiento inadecuado en un ambiente sin ventilación que causa una condensación en el revestimiento. Para la limpieza se puede utilizar disolventes volátiles como acetona, tolueno, tricloroetileno o isopropanol. Se debe poner el disolvente en un paño libre de pelusas (no directamente poner al aislador) para limpiar la superficie del aislador.

Composite Insulator DiagnosticMANEJO Y LIMPIEZA

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MILESTONES

Introducción

Existe una amplia variedad de diseños de aisladores, hay diferentes procesos de fabricación (p ej. aplicación del revestimiento por vulcanización o montaje por deslizamiento no encolado a la varilla, tecnología de engarce), varias normas de diseño (p ej. diámetro de la varilla para cargas de tracción determinadas), y naturalmente la diversidad del material (composición de la varilla, materiales para el revestimiento). Los aisladores compuestos han estado en servicio con éxito durante treinta años; no obstante la variadad mencionada arriba significa que métodos de diagnóstico son deseados que pueden ser aplicados prefe-riblemente en el estado instalado.

La medición con una cabeza de medida de campo es un método exacto, pero que exige mucho tiempo. Al principio, esta técnica fue desarrollada para la evaluación de aisladores tipo casquete en servicio. A causa de una aplicación creciente de ais-ladores compuestos, se ha modificado el método de medición para ser empleada también para la evaluación de la nueva tecnología de aisladores. Durante el pro-cedimiento de la medición se registra el campo eléctrico a lo largo del aislador. En caso de encontrar un defecto, el campo eléctrico muestra inmediatamente un cambio. La humedad ambiente tiene una importante influencia sobre los registros del campo eléctrico, lo cual complica, en algunos casos, la interpretación de los resultados.Fig. 37: Mediciones con la cabeza de medida

Fig. 36: Inspección con helicóptero

La inspección visual de la línea fue el primer método y sigue siendo el método más común aplicado de empresas de abastecimiento de energía. Así se descubren normalmente daños superficiales del revestimiento que pueden ser un indicador para defectos internas. Estos defectos, a menudo, son apenas visibles lo que exige gemelos prismáticos muy potentes. La inspección de la línea visual precisa tanto de un piloto de helicóptero muy versado como de un inspector de línea con experiencia (Fig. 36). Mediante la inspección por helicóptero se puede inspeccio-nar también la parte superior de los conjuntos de amarre, cosa que desde tierra generalmente es más bien difícil.

Medición del campo eléctrico

Inspección de la línea

Técnicas de diagnóstico

Muestra no instalada

Muestra en líneaRepetición de los métodos de ensayo IEC utilizados para materiales y calificación

de construcciónEnsayos específicos

IEC 61109 Comprobador Hot Stick* Medición de campos electromagnéticos***

IEC 62217 PD*/RIV** Medición de UV (visión de noche y de día)

IEC 60587 Calor + Tensión* Inspección de la línea (visual)

Medición infrarroja Medición infrarroja

Medición de UV (visión típica de noche) Medición combinada de UV e IR

Medición de campos electromagnéticos***

Visual

Detección acústica directa ****

Principios de diagnóstico

* Aisladores con riesgo de fallo inmanente ** Si no hay otras fuentes de RIV aparte de la existente

De estos métodos de diagnóstico se explicarán más detalladamente la inspección visual, la medición de campos electromagnéticos y la medición de UV/IR.

*** Requiere defectos altamente conductivos **** Sólo aplicable si hay alta actividad de PD (> 40 pC)

DIAGNÓSTICOS

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MILESTONES

Fig. 38: La actividad del efecto corona se puede medir a la luz del día

Fig. 40: Propuesta para una matrix de interpretación de fallas (fotos por cortesía de CSIR)

Progresos en las industrias ópticas y electrónicas han producido la primera gene-ración de cámaras, las cuales pueden transmitir simultaneamente imágenes ultra-violetas, infrarrojas y normales de instalaciones eléctricas, incluyendo conjuntos de aisladores y aparatos. Las actividades del efecto corona se pueden medir a la luz del día (Fig. 38) al igual que se pueden detectar puntos calientes (hot spots). Las imágenes pueden ser superpuestas (Fig. 39) que simplifica la interpretación de los resultados. No obstante, para la interpretación de las imágenes se necesita experiencia. Por ejemplo es importante distinguir los diferentes modos de descargas eléctricas que pueden ocurrir en un aislador. Descargas encima bandas secas de una capa ajena también tienen una radiación UV pero suelen ser causadas por contaminación en la superficie del aislador. Por otro lado, descargas secas de efecto corona se ocacio-nan en zonas con alta intensidad eléctrica del campo a causa de puntos agudos o irregulares en superficies metálicas o aislantes. Ya que la descarga por efecto corona es provocada por una descarga disruptiva parcial de aire, es importante registrar las condiciones meteorológicas de este momento simultáneamente con la medición. La experiencia ha demostrado que la medición visual de la actividad por efecto corona tiene que ser realizada tanto en condiciones de humedad atmosférica alta como baja para llegar a una conclusión asegurada sobre el estado del aislador o del conjunto completo de aislador. La medición del incremento de temperatura proporciona mucha información también en estaciones de transformación y para contactos bajo tensión eléctrica.

Medición UV/IR

Irregularidad de la superficie (bordes agudos)

Descarga parcial en la superficie

Defecto interno probableAislamiento intacto

Inte

nsid

ad d

e co

rona

Fig. 39: Imagen superpuesta de mediciones IR y de corona en la misma ejecución

Intensidad de calor

En la evaluación de aisladores compuestos, las experiencias iniciales muestran que la mejor manera de detectar un estado de envejecimiento avanzado es la medición combinada de UV/IR. Esta cuestión está siendo estudiada actualmente pro el grupo de trabajo CIGRE B2.21. Un primer enfoque trata la validación de una matriz de interpretación de fallas (Fig. 40).

Los resultados actualmente existentes de mediciones de aisladores con defectos internas y externas han demostrado claramente que cámaras modernas sirven como remedio auxiliar durante la inspección; sin embargo la interpretación correcta de las imágenes todavía precisa de un inspector de líneas experimentado.

Composite Insulator DiagnosticDIAGNÓSTICOS

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