Tecnologa de Alta Tensin. UNIVERSIDAD DE CUENCAFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

TECNOLOGA DE ALTA TENSIN

TEMA:Aisladores Lquidos y Aisladores SolidosDocente:Ing. Hernando Merchan AUTOR:

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CUENCA ECUADOR

1. Aceites Dielctricos Los aceites dielctricos son aceites minerales puros que se encuentran formados por carbono e hidrogeno, estos aceites se obtienen a partir de bases naftnicas de bajo punto de fluidez. Poseen una alta resistencia a la oxidacin, lo que permite funcionar por largos perodos, tanto en transformadores de potencia y de distribucin, como en interruptores. Adems cuentan con una alta estabilidad qumica y buenas propiedades refrigerantes debido a su baja viscosidad, lo cual facilita la transferencia del calor generado en el equipo en que se est utilizando el aceite.1.1 Fabricacin La materia prima para la fabricacin de aceites aislantes, est constituida por hidrocarburos parafnicos, naftnicos y aromticos, as mismo se encuentran presentes en concentraciones muy bajas, compuestos de azufre, nitrgeno y oxgeno que son denominados compuestos polares que dan al aceite su inestabilidad a la oxidacin9.El proceso que se sigue para su fabricacin es el siguiente: Destilacin a vaco del crudo reducido, para aislar y separar las diferentes fracciones brutas de aceite. Desasfaltado con disolventes, aplicado slo al residuo de la destilacin a vaco, para extraer los asfaltos. Eliminacin de los hidrocarburos aromticos a fin de mejorar las propiedades geolgicas del aceite. Desparafinado, con el fin de separar los componentes slidos (parafinas) del aceite y mejorar sus caractersticas de congelacin. Tratamiento de acabado, para mejorar el color y el aspecto de los productos finales, adems de algunas propiedades funcionales.

1.2 Caractersticas Un aceite dielctrico cumple dos funciones la de aislante dielctrico y medio refrigerante es por ello que debe tener las siguientes caractersticas: Baja viscosidad Influye en la capacidad del aceite para evacuar el calor generado en el equipo. Baja temperatura de congelacin Es la temperatura ms baja a la cual fluye en aceite. Conviene que sea lo ms bajo posible para evitar solidificacin de parafinas y con ello reduccin de la viscosidad. Alta temperatura de inflamacin Indica la tendencia a la formacin de gases inflamables a altas temperaturas. No debe confundirse esta temperatura con la combustin que es muy superior. Bajas prdidas dielctricasEstas prdidas son funcin directa de la cantidad de impurezas y compuestos polares debidos al envejecimiento del aceite. Originan un calentamiento del aceite. Alta tensin de ruptura dielctricaLa tensin de ruptura viene medida por la tensin necesaria para saltar un arco entre dos electrodos situados en el seno del aceite en unas condiciones normalizadas. Su valor est influenciado por la presencia de contaminantes fsicos como el agua. DensidadDebe ser lo suficientemente baja como para evitar, en climas fros, que el hielo producido por la congelacin del agua libre est flotando en la superficie del aceite y posibilite que se produzcan arcos elctricos en los conductores. Ausencia de compuestos corrosivos Los componentes sulfurados corrosivos pueden estar presentes debido a un defectuoso refinado. Actan sobre los materiales metlicos. Ausencia de agua El agua puede estar presente en un aceite en forma de disuelta o de emulsin, produciendo una disminucin de la rigidez dielctrica, un aumento de las prdidas elctricas. Mnima formacin de lodos y barros durante el servicioLos aceites en servicio pueden contaminarse por partculas slidas en suspensin como: fibras de vidrio, xidos metlicos, etc. Por oxidacin del aceite se forman lodos que se depositan en los equipos. Totalmente exento de PCBs y PCTs. Buena estabilidad qumica. Elevada estabilidad a la oxidacin. Elevada conductividad trmica.

1.3 Usos Transformadores de potencia y de distribucin. Condensadores. Convertidores. Interruptores de potencia. Bobinas de arranque en automotores. Maquinas herramientas para electroerosin.

1.4 PruebasLas pruebas de diagnstico realizadas al aceite dielctrico forman parte de un correcto mantenimiento. Estas pruebas deben realizarse mnimo una vez al ao.1.4.1 Examen Visual:La muestra de aceite debe ser revisada para detectar turbidez, partculas en suspensin, lodo, carbn o agua. Un aceite aceptable debe ser claro, brillante y libre de cualquier tipo de contaminacin. 1.4.2 Color:Esta prueba permite determinar el grado de deterioro del aceite sin embargo no es del todo confiable. Se compara la muestra de aceite con una escala de colores del 0.5 al 8.0, el valor del color de un aceite dielctrico nuevo es menor a 0.5, cuando envejece se aproxima a 8.0.1.4.3 Densidad Relativa o Gravedad Especifica: Permite determinar posibles contaminaciones en el aceite. Un valor de densidad relativa que se encuentre dentro del rango de 0.84 a 0.91 se considera como aceptable, si dicho valor es menor a 0.84 es cuestionable, pero si excede el 0.91 es inaceptable. 1.4.4 Punto de Anilina:Es la temperatura a la cual el aceite dielctrico disuelve completamente a un volumen igual de anilina (compuesto orgnico poco soluble en aceites dielctricos). Las especificaciones vigentes para aceites dielctricos establecen que el punto de anilina debe estar entre los 63 C y 84C.1.4.5 Numero de Neutralizacin (Acidez):Cuando el aceite envejece, algunos de los productos de oxidacin que se forman son cidos, lo que significa que pueden reaccionar y neutralizarse con materiales alcalinos. Para calcular el nmero de neutralizacin se utiliza hidrxido de potasio (KOH) que reacciona con los componentes cidos en el aceite.1.4.6 Tensin Interfacial:Es la tensin de barrera entre el aceite y el agua ya que estos dos liquido no se mezclan, por lo tanto, al ponerse en contacto estos se separan y forman entre ellos una barrera. 1.4.7 Inhibidor de Oxidacin:Se recomienda el uso de inhibidores en aceites cuyo contenido de oxigeno excede los 1000 ppm. Para determinado el contenido de inhibidor se utiliza en espectrofotmetro infrarrojo. El nivel ptimo para el inhibidor de oxidacin es 0.3% en el aceite.1.4.8 Rigidez Dielctrica:Esta prueba permite evaluar la capacidad del aceite para soportar un esfuerzo elctrico, la cual se reduce si el aceite contiene agua, o cualquier tipo de contaminacin. La prueba consiste en el sometimiento de una muestra de aceite en una celda, esta contiene dos electrodos y se le aplica una tensin cada vez mayor hasta que se d una descarga en el aceite.1.4.9 Humedad en el Aceite:Permite determinar el contenido de humedad en el aceite, para ello se inyecta una muestra de aceite en el equipo de prueba, al cual se le agrega ciertos reactivos hasta encontrar el contenido de agua presente en la muestra.1.4.10 Factor de Potencia del Aceite Dielctrico:Esta prueba es un buen indicador del estado del aceite dielctrico. Cuando el aceite es expuesto a un campo alterno la corriente resultante se desva fuera de fase con el campo alterno y la energa de prdidas se disipa como calor. La prueba se realiza colocando la muestra en una celda, la cual tiene dos cortezas (interna y externa). Cuando las dos celdas se energizan con AC, el aceite se expone a un campo alterno, producindose as las prdidas que son medidas por el instrumento. 1.4.11 Anlisis de Gases Disueltos:Los gases disueltos en el aceite dielctrico se generan como producto de los esfuerzos trmicos y elctricos que soporta el trasformador. Para la prueba se hace uso de un cronomatografo de gases para separar los gases componentes en una columna para luego detectarlos individualmente.1.4.12 Anlisis de Gases Disueltos:Permite analizar el contenido de metales disueltos en el aceite dielctrico, para ello se usa un espectrmetro, en donde se inyecta una muestra de aceite a una llama de plasma inducido de frecuencia radial a 10000C. Los compuestos del aceite son destruidos, dejando nicamente los tomos de los metales ms pesados. 1.4.13 Anlisis de PCB en el Aceite Dielctrico:Los equipos que contienen Bifenilos Policlorados (PCB) deben separarse y sacarlos de funcionamiento puesto que estos son perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana. Si el contenido de PCB es mayor a 50 ppm, el aceite debe ser sacado de funcionamiento.

2. Aisladores Solidos Los aislantes solidos son los que mayoritariamente se usan en la ingeniera elctrica, puesto que presentan una mayor resistencia al paso de la corriente y pueden poseer una polarizacin permanente dentro de ellos, aun cuando no se le aplique un campo elctrico externo. Los aislantes solidos pueden ser orgnicos e inorgnicos.Solidos orgnicos: Polietileno, Etileno-propileno rubber, Polipropileno, Politetrafluoroetileno, Polister, Kapto, Nylon, Policarbonatos, Resina epoxi, Goma Silicona. Solidos inorgnicos: Almina, Titanio de bario, Porcelana, Oxido de Magnesio, Cristales de grado elctrico, Mica, Oxido de silicio.Aisladores de Porcelana: estos aisladores son fabricados por procesos hmedos, y su superficie debe cubrirse con un vitrificado de tipo compresin dura, liso, brillante e impermeable a la humedad, de forma que facilite el lavado natural debido a la lluvia. La superficie debe ser esmaltada, libre de imperfecciones, sin porosidades, qumicamente, inerte, elevado punto de fusin, con una alta resistencia dielctrica y mecnica.Aisladores Polmeros: estos aisladores son livianos, resistentes a actos vandlicos, e inmunes a daos causados por agua, rayos ultravioleta o radiacin solar, debe poseer una especie de aleta aerodinmica que facilite la auto limpieza. Se prefiere a los aisladores que sean de goma silicona de alta performance, no se aceptan aquellos que son hechos de combinaciones de silicona o EPDM (Ethylene Pylene Termolyner).

2.1 Fabricacin: Los aisladores debern fabricarse de porcelana procesada en hmedo, la cual presentar una resistencia a la compresin doce veces superior a la resistencia de tensin. Para prevenir fracturas y perforaciones elctricas a largo plazo, la cabeza de porcelana de los aisladores, ser diseada en forma recta y con tecnologa de arenado. Las partes metlicas, sern hechas de hierro maleable o de acero fundido, galvanizado en caliente. El material entre la porcelana y las partes metlicas ser cemento tipo PORTLAND.2.2 Caractersticas Elctricas y Tipos de Aisladores2.2.1 Caractersticas ElctricasResistencia: Es la propiedad de oponerse al paso de la corriente a travs de una superficie, de aqu se puede comparar el menor o mayor carcter aislante de cada dielctrico.Conductividad: Esta dada por la conduccin de pequeas cantidades de corriente en el momento que ocurre la polarizacin. Esta puede ser a travs de su superficie o a travs de su cuerpo. Este parmetro es de importancia ya que puede introducir corrientes elctricas que afecten el diseo electrnico dado.Permeabilidad dielctrica: La permeabilidad es una medida cuantitativa de los fenmenos de polarizacin del dielctrico, como funcin de su naturaleza qumica.Perdidas de energa en los dielctricos: No son ms que ciertas cantidades de energa elctrica que se trasforma en energa calorfica al actuar el campo elctrico sobre cualquier sustancia. Debido a esto es posible que el dielctrico cambie sus propiedades en funcin de la temperatura adquirida. Rigidez dielctrica: Es la propiedad que nos permite evaluar la capacidad de un dielctrico a oponerse a la accin destructiva de las fuerzas elctricas, es decir, es la magnitud de la intensidad del campo elctrico a la que ocurre una ruptura del dielctrico.Polarizacin: Si un material contiene molculas polares, estarn en una orientacin aleatoria cuando no tienen en campo elctrico aplicado. Si se aplica un campo elctrico, polariza el material, orientando los momentos de dipolos en las molculas polares.2.2.2 Tipos de AisladoresAislador de suspensinEs el ms empleado en redes de transmisin de energa elctrica. Un aislador de suspensin tiene dos funciones bsicas: (i) una funcin mecnica la cual es la de servir de conexin entre un conductor elctrico y una estructura soporte manteniendo el conductor en posicin bajo accin de cargas mecnicas estticas y dinmicas. (ii) una funcin de aislamiento elctrico en la cual se suman dos factores importantes: la de impedir el paso de los electrones del conductor a la torre. El segundo factor radica en su geometra y superficie, elementos que minimizan las corrientes de fuga y permiten mantener la lnea lo suficientemente alejada de la torre para prevenir descargas elctricas.

ITEMDESCRIPCINUNIDADREQUERIDO

13.2 KV34.5 KV34.5 KV

1Clase NTC (ANSI)As-1(52-1)As-3(52-3)As-4(52-4)

2Distancia de fugamm (in)178 (7)292 (11-1/2)292 (11-1/2)

3Voltaje promedio de flameo de baja frecuencia en secoKV608080

4Voltaje promedio de flameo de baja frecuencia en hmedoKV305050

5Voltaje de perforacin a baja frecuenciaKV80110110

Aislador tipo tensorEste tipo de aislador en usado para suspender los conductores en redes de transmisin areas en las que existe un ngulo de giro mayor a 30 o en los extremos de la lnea, razn por la cual deben soportar esfuerzos mecnicos elevados, existen aisladores tipo tensor de 3 1/2, 4 1/4, 5 1/2, 6 3/4.

ITEMDESCRIPCINUNIDADREQUERIDO BTREQUERIDO MT

1ClaseNTC (ANSI)At-1(54-1)At-3(54-3)

2Distancia de fugamm41 57

3Voltaje promedio de flameo de baja frecuencia en secoKV2540

4Voltaje promedio de flameo de baja frecuencia en hmedoKV1223

Aislador tipo PinEl aislador tipo pin es empleado en redes elctricas de distribucin, en estructuras en las cuales van crucetas, este, es empleado para sostener el conductor. Existen aisladores de pin sencillos y dobles y es seleccionado segn el nivel de tensin al cual va a trabajar, para 7.2 kV, 13.2kV, 15 kV se emplea pin sencillo y para 23 kV y 34.5 kV se emplea pin doble.

ITEMDESCRIPCINUNIDADREQUERIDO

13.2 KV34.5 KV

1ClaseNTC (ANSI)Ae-5(55-5)FA-3(56-3)

2Distancia de fugamm305 533

3Voltaje promedio de flameo de baja frecuencia en secoKV80125

4Voltaje promedio de flameo de baja frecuencia en hmedoKV4580

5Voltaje de perforacin a baja FrecuenciaKV115165

Aislador tipo Carrete o rolloEl aislador tipo carrete se emplea en redes areas de distribucin de energa elctrica, en las estructuras que no llevan crucetas para sostener el conductor, el aislador es ubicado en perchas, estas pueden ser de uno, dos, tres, cuatro y cinco puestos segn la cantidad de lneas.

ITEMDESCRIPCINUNIDADREQUERIDO BT

1ClaseNTC (ANSI)Ac-2 (53-2)

2Voltaje promedio de flameo de baja frecuencia en secoKV25

3Voltaje promedio de flameo de baja frecuencia en hmedo, verticalKV12

2.3 Usos Lneas de transmisin de baja, media, alta tensin. Seccionadores tipo cuchilla. Aisladores de porcelana, polmeros y vidrio. Pararrayos. Interruptor fusibles. Transformadores, interruptores de aceite. Condensadores. Para sujetar rgidamente las barras de los dispositivos de distribucin. Reconectadores y Descargadores. Bushing de porcelana, aislador grey line post.2.4 PruebaMtodo de prueba estndar para tensin de ruptura dielctrica y rigidez dielctrica de los materiales slidos de aislamiento elctrico con ondas de impulso.Este mtodo de ensayo cubre la determinacin de la rigidez dielctrica de los materiales slidos de aislamiento elctrico, bajo condiciones simuladas de impulso tipo rayo, ya sea usando electrodos simples o modelos funcionales. Los procedimientos se dan para las pruebas estndar de impulsos de 1,2 s por 50 s de onda completa. Para obtener esta onda de impulso particular se necesita un generador de impulso, capaz de aplicar a la muestra de la prueba un estndar de 1,2 s por 50 s de onda de cualquier polaridad positiva o negativa. La tensin mxima y la capacidad de almacenamiento de energa debe ser suficiente para proporcionar las ondas de choque de la forma adecuada a cualquier muestra para analizar hasta la tensin de ruptura se produzca.Mtodo de prueba estndar de voltaje de ruptura dielctrica y rigidez dielctrica en materiales slidos de aislamiento elctrico a frecuencia de red industrialEste mtodo de prueba cubre la determinacin de la rigidez dielctrica de los materiales slidos de aislamiento elctrico a frecuencia industrial, bajo determinadas condiciones. A menos que se especifique lo contrario, las pruebas se harn a 60 Hz. Se puede realizar a diferentes temperaturas, y en cualquier medio adecuado, incluso alrededor de lquidos o gases.La tensin alterna, con una frecuencia industrial de 60 Hz se aplica a una muestra de prueba. La tensin se incrementa de cero o de un nivel muy por debajo de la tensin de ruptura, hasta que la falla dielctrica de la muestra de ensayo se produzca.