94 Ingeniería Eléctrica • Octubre 2014

Nota técnica

Aisladores de silicona, un análisis de sus componentes

Por Pfisterer

Las siguientes descripciones

pretenden presentar un panorama

general del aislador compuesto Sil-

cosil, de Pfisterer Sefag. Las mismas

se focalizan en los materiales uti-

lizados para proveer un producto

duradero y fiable a la red.

Los aisladores compuestos pe-

netraron en el mercado hacia fines

de la década de 1960. Principal-

mente se componen de diferentes

materiales que cumplen los dife-

rentes requerimientos para el fun-

cionamiento del aislador conforme

a su resistencia y su característica.

Los herrajes teminales suelen

ser de metal, por ejemplo, acero

forjado o aluminio. Para los herrajes

de aisladores de líneas se ha logra-

do un alto grado de estandariza-

ción para garantizar una sustitución

sencilla de aisladores convenciona-

les por aisladores compuestos.

La varilla de resina reforzada

con fibra de vidrio absorbe las car-

gas mecánicas: tensión, flexión o

compresión. También es capaz de

combinar las tres cargas, depen-

diendo de la aplicación y las varia-

ciones de carga.

Los materiales para el reves-

timiento son tan diversos como

los correspondientes métodos de

fabricación. No obstante, la expe-

riencia ha demostrado que ciertos

materiales muestran un compor-

tamiento óptimo.

Herraje terminalEn la figura 2 se muestran mo-

delos típicos de herrajes termina-

les. Las dimensiones correspon-

den a las normas IEC 60120. 60471

o 61466, así como a las normas

equivalentes de ANSI.

Para la red de distribución,

caracterizada típicamente por

fuerzas hasta los 70 kN, se pue-

den aplicar herrajes terminales

de acero fundido. Para clases de

fuerza mayores se emplea acero

forjado. Para aplicaciones especia-Figura 1. Componentes

de un aislador compuesto

Figura 2. Modelos típicos de herrajes terminales

Ingeniería Eléctrica • Octubre 2014 95

les como, por ejemplo, sistemas

de catenaria ferroviaria, se aplica a

menudo aluminio de fundición en

coquilla de alta resistencia.

Los herrajes terminales de ace-

ro se galvanizan en caliente. El es-

pesor de la galvanización se efec-

túa según las recomendaciones

de la norma IEC 60383. A pedido,

Pfisterer suministra mayores espe-

sores, por ejemplo, para condicio-

nes altamente corrosivas o aplica-

ciones de corriente continua.

La varillaLa varilla de resina reforzada

con fibra de vidrio es un compo-

nente importante del aislador

compuesto. La misma se produce

generalmente durante un proceso

continuo de pultrusión. Diferentes

diámetros están disponibles, de-

pendiendo de la aplicación o carga.

El contenido de la fibra deter-

mina la resistencia intrínseca es-

pecificada a la tensión y flexión de

la varilla.

La dimensión de las fibras de

vidrio es importante para la ad-

hesión a la matriz de resina. Ésta

debe formularse para aplicaciones

eléctricas para garantizar una baja

absorción de humedad y cambios

insignificantes de las propiedades

eléctricas y mecánicas en servicio.

El alargamiento de rotura de la

resina debe estar equilibrado con

el alargamiento de rotura de las

fibras de vidrio para impedir fisu-

ras y fracturas en el momento de

ser sometido a cargas mecánicas.

Hoy en día, se suele utilizar gene-

ralmente resinas epoxi.

Por diferentes motivos se añade

material de relleno a la matriz de re-

sina. Como resultado, la varilla gana

un aspecto transparente u opaco.

Varillas para aplicaciones de tensión

La elección de 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

soportar las cargas de tensión en

servicio. La probabilidad de una

rotura frágil se reduce significati-

vamente con el uso de fibras de

vidrio especiales (con un conteni-

do de boro reducido o bien libre

de boro, llamado “vidrio E-CR”).

Pfisterer Sefag utiliza tales varillas

resistentes a la rotura frágil.

Una guía sobre construcción y

prueba de aisladores compuestos

para conjuntos de suspensión y

amarre se indica en IEC 61109 (ais-

ladores compuestos tipo bastón).

Varilla para aplicaciones de flexión

Los diámetros de las varillas se

eligen considerando la carga en

servicio, la resistencia a la rotura

por flexión y el movimiento admi-

sible por carga en servicio.

Como ventaja, el aislador tipo

poste ha comprobado el llamado

modo de fallo no peligroso al so-

brecargar la solicitación de flexión

máxima. Esto significa que un ais-

lador compuesto tipo poste dise-

ñado apropiadamente no fallará

a causa de una rotura completa,

sino solamente por una rotura por

cizallamiento interlaminar en la

zona neutra de la flexión.

Figura 3. Ejemplos para dimensiones de varillas

Figura 4. Corte transversal de un aislador tipo poste para líneas

aéreas después del “modo de fallo no peligroso”

96 Ingeniería Eléctrica • Octubre 2014

Nota técnica

Este modo de fallo no peligro-

so tiene las siguientes ventajas

respecto al aumento del valor y

rendimiento en comparación con

aisladores tipo poste de porcelana:

• Ningunaroturarelacionadacon

la caída inmediata del conductor

• Identificación fácil gracias al

movimiento sobredimensionado

• Alta capacidad de resistencia

residual del aislador sobrecargado

Una guía sobre el diseño y la

prueba de aisladores compuestos

para aplicaciones de poste se in-

dica en IEC 61952 (aisladores tipo

poste para líneas aéreas) y en IEC

62231 (aisladores tipo poste para

estaciones).

RevestimientoEl objetivo eléctrico de un aisla-

dor es el aislamiento entre conduc-

tor-tierra o conductor-conductor

contra un salto de chispas. Dicho

de forma simplificada, un salto de

chispas puede deberse a una so-

bretensión o a una contaminación.

Desde la introducción de los ais-

ladores poliméricos se han proba-

do y ensayado diversos materiales,

diferentes respecto a su comporta-

miento al aire libre. La experiencia

ha demostrado que existe una in-

teracción fuerte entre las propie-

dades elementales del material y la

contrucción total del aislador.

Mientras que la distancia de

arco determina el comportamien-

to durante una sobretensión, la

geometría (de aletas) y la reacción

a la humedad de su revestimiento

son los factores decisivos en caso

de contaminación.

Hidrofobicidad como propie-dad clave

En general, los aisladores com-

puestos para líneas aéreas tienen

menor diámetro que los aislado-

res de porcelana o de vidrio. Esta

diferencia en la geometría y una

superficie preferiblemente no mo-

jada (hidrofobicidad) llevan a un

comportamiento en servicio más

fiable en caso de contaminación

en comparación con los aisladores

convencionales. La humectabili-

dad caracteriza el comportamien-

to de dispersión del agua y puede

ser categorizada principalmente

por los estados hidrofílico (figura

5) e hidrófobo (figura 6).

La experiencia en servicio ha

mostrado que la hidrofobia es

decisiva para un funcionamiento

fiable en condiciones de conta-

minación sin medidas de mante-

nimiento preventivo tales como

limpieza o engrasado.

Comparando la goma silicona

con otros materiales así como vi-

drio/porcelana como referencia,

se puede presentar la tabla 1.

Cualidades de resitencia al en-vejecimiento

En cuanto al comportamiento

aislante de los aisladores compues-

tos, se considera que la propiedad

hidrofóbica es el factor más im-

portante. Los procesos dinámicos

de pérdida temporal de hidrofobi-

cidad y la siguiente recuperación/

transferencia así como la fuerte

dependencia de estos procesos

para la formulación del material (la

fórmula, material de relleno y adi-

tivos) y para la tecnología de ela-

Figura 5. Comportamiento hidrofílico de la superficie

Figura 6. Comportamiento hidrófobo de la superficie

Ingeniería Eléctrica • Octubre 2014 97

boración son asuntos a considerar

para una continua optimización.

Si se pierde la hidrofobicidad,

un segundo mecanismo de pro-

tección contra el envejecimiento

intensivo (erosión de la masa, trac-

king) deberá actuar sobre el aisla-

dor. Este mecanismo se evalúa en

particular mediante ensayos que

valoran el comportamiento de

erosión y tracking (figura 7).

Está bien documentado que

los tipos de goma de silicona

vulcanizados a alta temperatura

(HTV) y enriquecidos con trihidra-

to de aluminio son superiores a ti-

pos de goma silicona no enrique-

cidos y de baja viscosidad como,

por ejemplo, silicona vulcanizada

a temperatura ambiente o silicona

líquida, en cuanto al comporta-

miento ante la erosión y tracking.

Mientras que en un principio

el material de relleno podía tener

influencia diametral en la dinámi-

ca de la hidrofobicidad, los mate-

riales HTV actuales combinan de

forma óprima la resistencia a la

erosión y tracking con el compor-

tamiento de la hidrofobicidad di-

námica –una rápida recuperación

y un corto tiempo de transferencia

(figuras 8 y 9)-.

El desarrollo de Pfisterer Sefag

en el campo de la tecnología de

aisladores compuestos comenzó

por una solicitud de ferrocarriles

suizos para aplicaciones de aisla-

miento en condiciones con un alto

grado de contaminación. Ésta fue

una de las razones por las que se

introdujo la goma silicona como

Figura 7. Comportamiento de erosión de aisladores de silicona

no cargados (serie superior) y goma de silicona enriquecida

óptimamente (serie inferior)

Clases de material

de revestimiento Comportamiento hidrófobo en la superficie Comportamiento hidrofílico en la superficie

Nuevo Viejo Contaminado Nuevo Viejo Contaminado

Goma silicona Sí Sí, después de

recuperación

Sí, después del

proceso de

transferencia

No No, solo

temporalmente No, solo temporalmente

Otros materiales

poliméricos Sí No No No Sí Sí

Vidrio/Porcelana No No No Sí Sí Sí

Tabla 1

Figura 8. Efecto hidrofóbico de la superficie de silicona

sin contaminación

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Nota técnica

Figura 9. Efecto hidrofóbico de la superficie de silicona

con contaminación industrial

Propiedad Goma silicona HTV Goma silicona RTV/LSR

Viscosidad 30... 45 Mooney (estable) 30.000... 150.000 mPa

Resistencia al envejecimiento

Tracking/Erosión Alto Medio

Resistencia a los rayos UV Alto Alto

Inflamabilidad Alto Alto

Hidrofobicidad

Recuperación Veloz Veloz

Transferencia Veloz Veloz

material de revestimiento. A cau-

sa de las experiencias positivas, se

han desarrollado continuamente

las propiedades del material y la

tecnología de producción. Con-

siderando el avance técnico y las

reacciones de usuarios se han rea-

lizado innovaciones.

Hoy en día, alrededor de un

95% de aisladores se fabrican

con la tecnología HTV, la razón,

la mejor resistencia al envejeci-

miento que resulta. Una compa-

ración de las tres clases de goma

silicona utilizadas se muestra en

la tabla 2.

Tabla 2