• No se han encontrado resultados

INFLUENCIA DE LA HUMEDAD Y CONTAMINACION SOBRE AISLADORES EPDM-SOLICONADOS

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Share "INFLUENCIA DE LA HUMEDAD Y CONTAMINACION SOBRE AISLADORES EPDM-SOLICONADOS"

Copied!
166
0
0

Texto completo

(1)

 

       

       ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA         UNIDAD ZACATENCO 

          

        

 

 

“INFLUENCIA DE LA HUMEDAD Y CONTAMINACIÓN

SOBRE AISLADORES EPDM-SILICONADOS”

 

   

T E S I S

 

 

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTAN:

HERNÁNDEZ MORALES SINAÍ MARTÍNEZ SÁNCHEZ ALFONSO

ASESORES:

(2)

CONTENIDO.

Agradecimientos. 7

Glosario 9

Lista de símbolos 11

Resumen 12

Objetivo general 13

Objetivos particulares 14

Índice de figuras 15

Índice de tablas 26

CAPITULO 1 MARCO CONCEPTUAL 28

1.1. INTRODUCCIÓN 29

1.2. PRINCIPALES MATERIALES SÓLIDOS AISLAMIENTES 32

1.3 COMPORTAMIENTO DE LOS AISLANTES SÓLIDOS 35

1.4 AISLANTES ELÉCTRICOS 38

1.5 BREVE HISTORIA DEL DESARROLLO DE LOS AISLADORES

POLIMÉRICOS 40

1.6 AISLANTES POLIMÉRICOS 45

(3)

1.8 CLASIFICACIÓN DE POLÍMEROS 48

1.9 CARACTERÍSTICAS DE LOS AISLADORES POLIMÉRICOS 52

1.10 CLASIFICACIÓN DE LOS AISLADORES POLIMÉRICOS 53

1.10.1 AISLADORES DE CAMPANA (TAMBIÉN LLAMADOS DE DISCO) 54

1.10.2 AISLADORES DE BARRA 54

1.10.3 AISLADORES RÍGIDOS 54

1.10.4 CADENAS DE AISLADORES DE RETENCIÓN 55

1.11 FÍSICA DE LA DESCARGA. 56

1.12 MECANISMO DE FLAMEO EN AISLADORES. 57

1.13 HIDROFOBICIDAD SUPERFICIAL 59

1.14 EFECTO CORONA 61

1.15 REVISIÓN DE LA NORMATIVIDAD INTERNACIONAL 64

1.15.1 RELEVANCIA DE LA NORMA IEC-815 66

1.16 MÉTODO DE NIEBLA LIMPIA 67

(4)

CAPÍTULO 2 ACONDICIONAMIENTO

 

DE

 

LOS

 

AISLADORES

 

PARA

 

EL

 

EFECTO

 

DE

 

LA

 

HUMEDAD

 

RELATIVA

 

SOBRE

 

LAS

 

TENSIONES

 

DE

 

FLAMEO

 

Y

 

CORRIENTES

 

DE

 

FUGA.

   

 

73

 

2.1 INTRODUCCIÓN 74

2.2 DISEÑO DE PRUEBAS 76

2.2.1 ARREGLO EXPERIMENTAL 76

2.2.1.1 MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO 77

2.3 EJECUCIÓN DE PRUEBAS DE LABORATORIO 85

2.3.1 ACONDICIONAMIENTO DE LOS AISLADORES 85

2.4 MEDICIÓN DE LAS TENSIONES DE FLAMEO 88

2.5 MEDICIÓN DE LAS CORRIENTES DE FUGA 89

2.6 MEDICIÓN DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES 91

2.7 EFECTO DE LA HUMEDAD RELATIVA SOBRE TENSIONES DE FLAMEO Y CORRIENTES DE FUGA. 92

2.8MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (SEM) 94

(5)

CAPITULO 3 ANÁLISIS DE RESULTADOS EN LAS PRUEBAS 103

3.1 INTRODUCCIÓN 104

3.2 RESULTADOS DE CORRIENTES DE FUGA 107

3.2.1 RESULTADOS DE CORRIENTES DE FUGA A HUMEDAD

RELATIVA PROMEDIO DEL 50 A 60%. 108

3.2.2 RESULTADOS DE CORRIENTES DE FUGA EN COMPARACIÓN

DE VALORES A SUS DISTINTOS NIVELES DE CONTAMINACIÓN EN

HUMEDAD RELATIVA PROMEDIO DEL 50 A 60%. 125

3.2.3 RESULTADOS DE CORRIENTES DE FUGA A HUMEDAD

RELATIVA PROMEDIO DEL 70 A 80% 128

3.2.4 RESULTADOS DE CORRIENTES DE FUGA EN COMPARACIÓN

DE VALORES A SUS DISTINTOS NIVELES DE CONTAMINACIÓN EN

HUMEDAD RELATIVA PROMEDIO DEL 70 AL 80%. 141

3.3 RESULTADOS DE TENSIONES DE FLAMEO 143

3.3.1 PRUEBAS DE TENSIÓN ALTERNA DE FLAMEO A AISLADORES

DE EPDM-SILICONADOS. 143

3.3.2 INTERPRETACIÓN DE TABLAS SOBRE LA TENSIÓN ALTERNA

DE RUPTURA. 149

3.4 CONCLUSIONES 153

(6)

Referencias 156

Apendices. 162

Apéndice A 163

Apéndice B 164

(7)

AGRADECIMIENTOS.

Antes que cualquier ente vivo, le agradezco a Dios, que me ha dado las fuerzas,

el tiempo y una excelente vida para terminar una meta más.

A mis padres que con su apoyo he superado mi sueño y comenzado un nuevo

camino, a ellos que me han brindado incondicionalmente su ayuda y sus consejos

y a quienes quiero con todo mi corazón.

A mi hermana que me ha dado mil y un consejos, que me han enseñado a no

dejarme de nadie, y que respeto y admiro.

A mi hermano, que siempre ha sido él ejemplo a seguir, una de las mejores

personas que he encontrado en este mundo, y uno de los pilares más fuertes de

mi vida.

A mi cosita hermosa, que me ha apoyado y brindado sus mejores momentos, que

me tiene confianza y que siempre está ahí cuando la necesito aunque no lo diga,

sabe que la quiero.

A aquellas amigas, que me han dado su cariño y que siempre contaran conmigo,

que espero nunca defraudar y que tienen su lugar especial en mí ser.

A mis carnales, que aunque no son de sangre, he tenido grandes momentos a su

lado y que gracias a ellos he aprendido mucho, espero nunca perder su amistad.

Y principalmente y sin menor importancia a el Dr. Primo Alberto Calva Chavaría

que sin su ayuda y regaños no existiera esta oportunidad tan grande que tenemos.

Gracias a todos, este es un momento muy significativo en mi vida, es todo suyo

también!!

(8)

Primero agradezco a Dios me allá permitido terminar mis estudios

satisfactoriamente y por la fe que me dio al permitirme lograr la terminación de

este trabajo hecho con la mayor responsabilidad.

A mi papa Jose M. Martínez quienes me dieron su gran apoyo moral y económico

para realizar este logro el cual realice con mucho interés y gusto.

A mi mamita linda Martha quien es la persona que adoro en mi vida y me motiva

día a día a ser quien soy ahora.

A mis hermanos que son las personas que me acompañan todos los días y en

especial a mi sobrino PablitoFerreira a quiero demasiado.

Agradezco al Dr. Primo Alberto Calva, quien nos dio el apoyo y asesoramiento

de realización de este trabajo.

A mis compañeros y amigos los cuales me apoyaron de gran forma en la

formación de este trabajo.

(9)

GLOSARIO

Camino eléctrico (Tracking). Formación de caminos conductores sobre la

superficie de un material aislante.

Punción (Punture). Ruptura eléctrica en un aislamiento sólido en forma de

perforación

Erosión. Es un proceso de degradación caracterizado por el desprendimiento del

material aislante

Hidrofobicidad superficial. Propiedad que inhibe la formación de una película

continúa de agua sobre una superficie aislante

Corriente de fuga. Corriente que circula sobre la superficie de un aislador cuando

se encuentra energizado

Descarga superficial. Descarga disruptiva a través del aire o sobre la superficie

de un aislante sólido, entre partes de diferente potencial o polaridad, generada por

una tensión eléctrica

Tensión de flameo. Tensión eléctrica necesaria para producir una ruptura lo

suficientemente ionizada para mantener un arco eléctrico

Tiempo de secado. Intervalo de tiempo entre la aplicación de la mezcla

contaminante y el inicio de la prueba

Humedad relativa: Es el cociente en la humedad absoluta y la cantidad máxima

de agua que admite el aire por unidad de volumen.

Humedad absoluta: Es la cantidad de vapor de agua por unidad de volumen de

(10)

Resiliencia .En ingeniería, resiliencia es la cantidad de energía que puede

(11)

LISTA DE SÍMBOLOS

kV Kilovolt

mA Miliampere

μA Microampere

mV Milivolt

m Metro

ºC Grado centígrado

μs Microsegundo

S Siemen

δ Densidad relativa del aire

h Humedad relativa

H Humedad absoluta

CA Corriente alterna

CD Corriente directa

DESD Densidad Equivalente de Sal Depositada

DDNS Densidad Depositada No Soluble

msnm Metros sobre el nivel del mar

U50 Tensión con una probabilidad de ruptura del 50%

LMW Peso molecular bajo.

RAD Densidad relatiba del aire.

NaCl Cloruro de sodio

ap Acido pirofosfórico

bar bars de presion

(12)

Resumen

En esta tesis se presentan y analizan resultados experimentales sobre el

comportamiento que tienen aisladores poliméricos EPDM siliconados de clase

15kV del tipo suspensión, se aplicó el método de niebla limpia como lo indica la

norma IEC 507 desarrollado para aisladores cerámicos y de vidrio, que

usualmente se está extrapolando a los aisladores poliméricos, sin embargo hay

algunas diferencias entre las que se encuentra la manera de aplicar la mezcla

contaminante sobre la superficie del aislador, esto debido a la naturaleza

hidrofóbica con la que cuentan los aisladores poliméricos. Se midieron las

tensiones de flameo y corrientes de fuga de los aisladores bajo condiciones de

contaminación.

Se realizo el análisis en los aisladores con ayuda de la microscopia electrónica de

barrido en sus distintos resultados obtenidos.

En el análisis de la tensión de flameo se encontró que éstas se reducen

significativamente cuando los aisladores presentaban mayor envejecimiento en su

superficie. Todas las pruebas se realizaron en el laboratorio de alta tensión de la

escuela superior de ingeniería mecánica y eléctrica (ESIME) del instituto

(13)

OBJETIVO GENERAL:

Analizar experimentalmente los efectos que provocan la humedad relativa y la

contaminación atmosférica, sobre las corrientes de fuga y las tensiones de flameo

(14)

OBJETIVOS PARTICULARES.

1.-Verificar las variables del método de niebla limpia (IEC-507) aplicado a

polímeros.

2.-Incorporar nuevas herramientas de diagnostico, como la microscopia a efecto

(15)

ÍNDICE DE FIGURAS

Página

Figura 1.1. Aislador cerámico 39

Figura 1.2 Aislador hidrofobico he aunto limpiable 45

Figura 1.3. Aislador de tipo gel 47

Figura 1.4 Aisladores poliméricos 52

Figura 1.5 Aisladores de suspensión 53

Figura 1.6. Aislador de barra 54

Figura 1.7. Configuraciones las cadenas de aisladores de retención 55

Figura 1.8 Conductividad superficial 56

Figura 1.9 Mecanismo de flameo en un aislador contaminado 57

Figura 1.10. Hidrofobicidad superficial 60

Figura 1.11. Perdidas hidrofobicas en aisladores 61

Figura 1.12. Efecto corona 62

Figura 2.1a Arreglo experimental 76

Figura 2.1b Arreglo experimental 76

(16)

Figura 2.3. Fuente de corriente alterna 78

Figura. 2.4 Divisor de tensión. 78

Figura. 2.5 Consola de control de la fuente de CA 79

Figura 2.6. Resistencia de agua de 150 Mega ohms. 79

Figura 2.7. Caja porta sistema de Protección. 80

Figura 2.8. Aislador sometido con varilla de cobre y base metálica 80

Figura 2.9. Psicrómetro. 81

Figura 2.10. Pasa muros 82

Figura 2.11. Humificador 83

Figura. 2.12. Osciloscopio tektronix 2440 84

Figura 2.13. Volmetro 84

Figura 2.14 Formas de radiación resultantes 95

Figura 2.15 Haz de electrones 96

Figura 2.16. Apariencia tridimensional 98

Figura 2.17. Composición química por diferencias de contraste . 98

(17)

Figura 2.18b Fotografía del aislador patrón tomada por el microscopio

de barrido con una escala dada a 10 micro metros 99

Figura 2.19a Fotografía del aislado con nivel de contaminación 2 tomada por el

microscopio de barrido con una escala de 5 micro metros 100

Figura 2.19b Fotografía del aislado con nivel de contaminación 3 tomada por el

microscopio de barrido con una escala de 10 micro metros 100

Figura 2.20a Fotografía del aislado con nivel de contaminación 3 tomada por el

microscopio de barrido con una escala de 5 micro metros 101

Figura 2.20b fotografía del aislado con nivel de contaminación 3 tomada por el

microscopio de barrido con una escala de 10 micro metros. 101

Figura 3.1 Circuito para la medicion de corriente de fuga 108

Figura 3.2a Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga con la mínima tensión 1.5 [kV] 109

Figura 3.2b Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 5 [kV] 109

Figura 3.2c Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

(18)

Figura 3.2d Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 20 [kV] 109

Figura 3.2e Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 30 [kV] 109

Figura 3.2fOscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 40 [kV] 109

Figura 3.2g Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a .50 [kV] 110

Figura 3.3. Grafica de resultados de la tabla 3.1 donde se

encuentran las manifestaciones de la corriente de fuga vs tensión

aplicada al aislador con un nivel de contaminación 1 111

Figura 3.4a Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 50 [kV] 112

Figura 3.4b Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 40 [kV] 112

Figura 3.4c Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 10 [kV] 112

Figura 3.4d Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

(19)

Figura 3.4e Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 20 [kV] 113

Figura 3.4f Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 5 [kV] 113

Figura 3.4g Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga con la mínima tensión 1.5 [kV] 113

Figura 3.5 Grafica de resultados de tabla 3.2 donde se encuentran las

manifestaciones de la corriente de fuga vs tensión aplicada al aislador

con un nivel de contaminación 2. 114

Figura 3.6a Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga con la mínima tensión 1.5 [kV] 115

Figura 3.6b Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 5 [kV] 115

Figura 3.6c Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 10 [kV] 116

Figura 3.6d Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 20 [kV] 116

Figura 3.6e Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 30 [kV] 116

Figura 3.6f Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

(20)

Figura3.6g Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 50 [kV] 116

Figura 3.7 Grafica de resultados de tabla 3.3 donde se encuentran las

manifestaciones de la corriente de fuga vs tensión aplicada al aislador

con un nivel de contaminación 3 117

.Figura 3.8a Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga con la mínima tensión 1.5 [kV] 119

Figura 3.8b Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 5 [kV] 119

Figura 3.8c Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 10 [kV] 119

Figura 3.8d Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 20 [kV] 119

Figura 3.8e Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 40[kV] 119

Figura 3.8f Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 30 [kV] 119

Figura 3.8g Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 50 [kV] 120

Figura 3.9. Grafica de resultados de tabla 3.4 donde se encuentran las

(21)

con un nivel de contaminación 4 121

Figura 3.10a Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 30[kV] 122

 

Figura 3.10b Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 20 [kV] 122

Figura 3.10c Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 10 [kV] 123

Figura 3.10d Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 5 [kV] 123

Figura 3.10e Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 50 [kV] 123

Figura 3.10f Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga con la mínima tensión 1.5 [kV] 123

Figura 3.10g Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 40 [kV] 123

Figura 3.11 Grafica de resultados de tabla 3.5 donde se encuentran las

manifestaciones de la corriente de fuga vs tensión aplicada al aislador

con un nivel de contaminación 1. 124

(22)

diferentes niveles de contaminación expuestos a la tensión

aplicada vs corriente de fuga de un 50 a 60% de humedad. 127

Figura 3.13a Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 50 [kV] 129

Figura 3.13b Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 40 [kV] 129

Figura 3.13c Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 30 [kV] 129

Figura 3.13d Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 20 [kV] 129

Figura 3.13e Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 10 [kV] 130

Figura 3.13f Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 5 [kV] 130

Figura 3.13g Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga a su minima tensión 1.5 [kV] 130 

Figura 3.14 Grafica de resultados de tabla 3.7 donde se encuentran las

manifestaciones de la corriente de fuga vs tensión aplicada al aislador

(23)

Figura 3.15a Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 50 [kV] 132

Figura 3.15b Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 40 [kV] 132

Figura3.54c Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 30 [kV] 132

Figura 3.15d Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 20 [kV] 132

Figura 3.15e Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a10 [kV] 133

Figura 3.15f Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 5 [kV] 133

Figura 3.15g Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga a su minima tensión de 1.5 [kV] 133

Figura 3.16 .Grafica de resultados de tabla 3.8 donde se encuentran las

manifestaciones de la corriente de fuga vs tensión aplicada al aislador

con un nivel de contaminación 3. 134

(24)

Figura 3.17a Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 20 [kV] 135

Figura 3.17b Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga a su minima tensión de 1.5 [kV] 135

Figura 3.17c Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 15 [kV] 135

Figura 3.17d Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 30 [kV] 135

Figura 3.17e Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 50 [kV] 136

Figura 3.17f Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga sometido a 40 [kV] 136

Figura 3.17g Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 10 [kV] 136

Figura 3.18 Grafica de resultados de tabla 3.9 donde se encuentran las

manifestaciones de la corriente de fuga vs tensión aplicada al aislador

con un nivel de contaminación 4. 137

Figura 3.19a Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 50 [kV] 138

Figura 3.19b Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

(25)

Figura 3.19c Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 30 [kV] 138

Figura 3.19d Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 20 [kV] 138

Figura 3.19e Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 10 [kV] 139

Figura 3.19f Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la obtención

de corriente de fuga a su minima tensión de 1.5 [kV] 139

Figura 3.19g Oscilograma de la caída de tensión en la resistencia para la

obtención de corriente de fuga sometido a 5 [kV] 139

Figura 3.20 .Grafica de resultados de tabla 3.10 donde se

encuentran las manifestaciones de la corriente de fuga vs

tensión aplicada al aislador sin contaminar. 140

Figura 3.21 . Grafica donde se realiza la comparación de los

diferentes niveles de contaminación expuestos a la

tensión aplicada vs corriente de fuga de un 70 al 80% de

humedad relativa. 142

Figura 3.22. Grafica de tensión alterna de ruptura vs % humedad relativa con su

respectiva desviación estándar, del aislador nuevo sin contaminar 151

 

Figura 3.23 Resultados de comparación de tensión alterna de

(26)

ÍNDICE DE TABLAS

Página

Tabla 1.1 ventajas y desventajas de los diferentes materiales aislante 32

Tabla 1.2 Compañías productoras de aisladores 41

Tabla 3.1 Resultados de corrientes de fuga a humedad relativa promedio del 50 a

60% en un aislador sin contaminar 110

Tabla 3.2 Resultados de corrientes de fuga a humedad relativa promedio del 50 a

60% en el nivel de contaminación 1 113

Tabla 3.3 Resultados de corrientes de fuga a humedad relativa promedio del 50 a

60% en el nivel de contaminación 2 117

Tabla 3.4 Resultados de corrientes de fuga a humedad relativa promedio del 50 a

60% en el nivel de contaminación 3 120

Tabla 3.5 Resultados de corrientes de fuga a humedad relativa promedio del 70 a

80% en el nivel de contaminación 4 124

Tabla 3.6 Corrientes de fuga con diferentes niveles de contaminación en humedad

relativa promedio del 60.25%. 126

Tabla 3.7 Resultados de corrientes de fuga a humedad relativa promedio del 70 a

80% en el nivel de contaminación 1 130

Tabla 3.8 Resultados de corrientes de fuga a humedad relativa promedio del 70 a

(27)

Tabla 3.9 Resultados de corrientes de fuga a humedad relativa promedio del 70 a

80% en el nivel de contaminación 3 136

Tabla 3.10 Resultados de corrientes de fuga a humedad relativa promedio del 70

a 80% en el nivel de contaminación 4 139

Tabla 3.11 Corrientes de fuga con diferentes niveles de contaminación en

humedad relativa promedio del 70 al 80%. 141

Tabla 3.12 Resultados de tensiones de flameo a aislador sin contaminar,

utilizando un aislador nuevo para cada serie de pruebas a un nivel promedio de

humedad y temperatura 144

Tabla 3.13 Resultado de la tensión de flameo con nivel 1 de contaminación. 145

Tabla 3.14 Resultado de la tensión de flameo con nivel 2 de contaminación. 146

Tabla 3.15 Resultado de la tensión de flameo con nivel 3 de contaminación. 147

Tabla 3.16 Resultado de la tensión de flameo con nivel 4 de contaminación 148

Tabla 3.17 Obtención de las desviación estándar de tablas sin contaminar. 150

Tabla 3.18 Lecturas promedio de la tensión alterna de ruptura a los diferentes

Niveles de contaminación y sin contaminar. 150

(28)

CAPÍTULO 1

MARCO CONCEPTUAL

En este capítulo se investigó y redactó una breve historia de los aisladores en

cuanto a su estructura, normatividad, efectos, utilización, tipos y aplicaciones. Con

la ayuda de libros, artículos científicos tecnológicos, revistas e internet.

Se revisó la normatividad del acondicionamiento de los aisladores sujetos a las

pruebas realizadas.

(29)

1.1 INTRODUCCIÓN.

Las fallas existentes en las cadenas de aisladores, son normalmente generadas a

causa de contaminantes en el aislado, por descargas atmosféricas, por fracturas

mecánicas, por la quema de vegetación y otras causas externas al material. Todo

esto acompañado de la existencia de condiciones como viento, humedad, niebla,

rocío o llovizna. Las partículas contaminantes tienden a posarse con mayor

facilidad en el cualquier punto de las líneas. Otro de los efectos que se suma a los

errores en el sistema es debido a la altitud a la cual se instalan estos aisladores.

Las cuatro causa principales que generan partículas contaminantes en el material

aislante son de:

• Origen natural

• Origen de industrial

• Origen agrícola

• Actividades de construcción

Un depósito de origen natural es por ejemplo, la sal marina la cual provoca una

contaminación severa en los aisladores instalados en zonas costeras. Se han

identificado tres condiciones típicas de contaminación ambiental.

ƒ Contaminación marina

ƒ Contaminación industrial

(30)

Para los casos de áreas industriales o agrícolas se encuentra una gran variedad

de contaminantes que reducen la rigidez dieléctrica del material.

Con esto definimos que las pérdidas más importantes son originadas por:

ƒ El contaminante

ƒ La humedad.

La humedad es el elemento necesario para producir una capa conductiva en la

superficie del aislador que provoca un incremento en la corriente de fuga.

Según estudios realizados en el año 2000 por Comisión Federal de Electricidad

(CFE), la contaminaron de los aisladores se catalogó como la segunda causa de

fallas en las líneas, tanto de transmisión como de distribución causando las fallas

de las mismas e interrumpiendo así la continuidad del sistema [1]. Para las líneas

de 400 kV, las fallas que repercutieron en los aisladores, en el año 2000, fueron

las siguientes: Por descargas atmosféricas se tuvo un porcentaje del 41.82%, por

contaminación del 7.88%, por fracturas mecánicas del 2.42%, por la quema de

vegetación un 24.24% y por otras causas un 23.64%. Para las líneas de 230 kV,

los porcentajes fueron: Por descargas atmosféricas del 41.41%, por contaminación

del 26.56%, por fracturas mecánicas del 1.17%, por la quema de vegetación un

13.67% y por otras causas un 17.19%. Finalmente para 161-115 kV los

porcentajes fueron: por descargas atmosféricas un 82.63%, por contaminación un

5.39%, por fracturas mecánicas un 0.60%, por la quema de vegetación un 0.56% y

(31)

Un punto importante a considerar es la altitud del lugar donde se instalan los

aisladores. Se sabe que la tensión de ruptura de un aislador difiere con la altitud. A

mayores altitudes, las conductancias superficiales aumentan, las corrientes de

fuga crecen en magnitud y las tensiones decrecen, esto es, la tensión de ruptura

varía en proporción directa con la variación de la densidad del aire [2]. Sin duda,

investigar el efecto que la altitud tiene sobre el mecanismo de flameo en los

aisladores, resulta útil para incrementar el conocimiento que se tiene de este

fenómeno dadas las características de operación de los sistemas de transmisión y

distribución en el país.

Las principales necesidades de contar con aisladores es mejorar tanto eléctricas

como mecánicamente las líneas de transmisión y distribución. Será el objetivo de

tener mejores materiales para el uso, como son los poliméricos. Este tipo de

material tiene características muy atractivas para la solución de problemas en

todas las zonas donde se encuentran altos niveles de contaminación y

vandalismo. Donde los aisladores cerámicos presentan problemas de operación.

Este trabajo de investigación se enfoca en las tensiones de ruptura y corriente de

fuga existente en aisladores poliméricos puesto que su instalación representa una

manera de combatir los problemas por contaminación. Además de las ventajas

sobre los cerámicos. Otro de los motivos es la frecuencia con la que en la

actualidad podemos encontrarlos en el sistema eléctrico, ya que en México han

reportado buenos resultados en el marco costo-beneficio y desde el punto de vista

técnico. Por esas causas el estudio de estos aisladores resulta muy importante y

(32)

En este trabajo se presenta una investigación del efecto existente en los

aisladores de corriente alterna, por la combinación de humedad y agentes

contaminantes a distintos niveles, por el estudio de Tensión de flameo y corriente

de fuga, todo esto evaluado en una cámara de contaminación artificial y sometido

a distintos niveles de contaminación, bajo una densidad de aire diferente a la

correspondiente al nivel del mar. Las pruebas se realizaron en los laboratorios de

alta tensión de la ESIME-Zacatenco del IPN que se encuentra a una altitud de

2240 msnm, siendo la presión atmosférica de 580 mmHg. y la densidad relativa

del aire promedio γ=0.77.

1.2 PRINCIPALES MATERIALES SÓLIDOS AISLANTES

Hay muchos factores que intervienen en la selección del mejor aislamiento para

una aplicación como son los siguientes:

Tabla 1.1 Ventajas y desventajas de los diferentes materiales aislantes

MATERIAL VENTAJAS DESVENTAJAS

SILICATO DE CALCIO Es incombustible y mantiene su

integridad física a temperaturas altas,

de 100°c hasta aproximadamente

1500°c. Permite ser secado a la

intemperie. Durabilidad y resistencia

excepcionales. Resistencia al abuso

físico

Moldeado en formas rígidas.

Absorbente de agua y son muy

costosos

(33)

la carga, rango de servicio térmico es de

-350°f (-212 °c ) y 900°f ( 482 °c )

utiliza frecuentemente en lugares con

baja temperatura ambiente, en

instalaciones en las cuales el

problema es la humedad es muy

quebradizo y susceptible a choques

térmicos a altas temperaturas, elevado

costo

FIBRA DE VIDRIO Materiales totalmente inorgánicos

material dúctil, muy livianos (baja

densidad), gran eficiencia eléctrica.

Limitaciones para aplicaciones a altas

temperaturas. Requiere acabado

metálico exterior

FIBRAS REFRACTARIAS Resistentes a temperaturas

extremadamente altas, su límite máximo

de temperatura puede llegar a los

3000°f (1649°c)

fabrican en láminas rígidas planas o

formas rígidas pre moldeadas

CEMENTOS AISLANTES Son masillas plásticas útiles para aplicar

sobre superficies irregulares como

acabado exterior, puede ser aplicado a

superficies con temperaturas altas

Mezcla de fibras aislantes,

aglutinantes de agua, el valor aislante

del acabado es relativo al fabricante.

ELASTÓMEROS

Los elastómeros y polietilenos producen un material celular flexible, disponible en

formas premoldeadas y láminas planas. Esos productos son flexibles y de celdas

cerradas, lo cual otorga baja permeabilidad de vapor y agua, permitiendo

instalaciones sin barrera adicional en condiciones moderadas de trabajo. Su rango

(34)

muy eficientes a bajas temperaturas porque no requieren chaquetas externas. Su

principal limitación está en la resistencia al fuego.

ESPUMAS PLÁSTICAS

Dentro de la categoría de espumas aislantes se encuentran varios materiales

utilizados principalmente en instalaciones para servicio en frío.

Poliuretano. Los plásticos de poliuretano e isocianurato espumados tienen la

conductividad térmica más baja porque las celdas están llenas con agentes

insufladores de flurocarbonos, que son más pesados y tienen una conductancia

menor que el aire. De todas maneras se requiere sellado en la superficie exterior

para evitar que el aire y el vapor de agua retomen al interior de las celdas y pierda

su especial factor de conductividad.

Se dispone de aislamientos preformados y pueden ser fundidos en el sitio de

aplicación. Se han tenido problemas con los uretanos respecto a su estabilidad

con el tiempo y la resistencia al fuego. Su rango de servicio térmico está entre –

300° f ( - 184 °c ) y 176 °f ( 80 °c). Su principal limitación por el momento se

encuentra en los componentes flurocarbonados incluidos en su estructura que

actualmente están en vía de prohibición total por afectar la capa de ozono.

Poliestireno expandido. Polímero orgánico de celda abierta. Están limitados en su

gama de temperaturas. Por eso es utilizado principalmente en instalaciones para

servicio en frío. Su gran limitación está en su baja capacidad para resistir la

(35)

1.3 COMPORTAMIENTO DE LOS AISLANTES SÓLIDOS

En los aislamientos sólidos no se presenta la regeneración total del dieléctrico

después de la perforación eléctrica, tampoco una renovación constante del

dieléctrico, como sucede en los aislamientos de aire y con carácter limitado, en los

aislamientos líquidos y gaseosos confinados.

Lo anterior quiere decir que, para la porcelana eléctrica una vez ocurra la

perforación, quedará libre el camino, por donde a un nivel de tensión inferior que la

primera vez, se presentará de nuevo el arco por el interior del aislador. Es

conveniente aclarar que, cuando se habla de perforación de la porcelana eléctrica,

no se está refiriendo al flameo por el aire exterior al aislador, ya sea por su

contorno, (distancia de fuga) o buscando la menor distancia entre los puntos que

aísla, (distancia de arco), ya que en tal caso sí se recuperan sus características

aislantes totalmente.

Cuando se analiza la probabilidad de perforación de un aislamiento sólido durante

una determinada sobretensión, hay que tener en cuenta que ésta depende

directamente de las propiedades del material aislante (combinación de materias

primas y calidad de proceso) como también de otros tipos de fenómenos como

son la alteración en función del tiempo de la estructura físico química del material.

Las alteraciones usuales sufridas por algunos materiales se enumeran a

continuación:

Inestabilidad química

Se consideran químicamente inestables los materiales que sufren reacciones

químicas, como lo son casi siempre los compuestos orgánicos. En condiciones

(36)

general fuertemente dependiente de la temperatura, (incrementándose al

aumentar esta).

En general la duración de la vida útil (t) de un aislante sólido puede ser expresada

en función de la temperatura absoluta (T), ya que esta determina la alteración de

sus propiedades físico-químicas como puede observarse en la siguiente ecuación:

La porcelana eléctrica no sufre reacciones químicas con los cambios de

temperatura naturales a que pueda ser sometida durante su trabajo, lo anterior,

por no poseer materiales orgánicos y por estar diseñada para soportar condiciones

extremas.

Una forma de comprobar la gran estabilidad química de la porcelana eléctrica

frente a los cambios de temperatura es la prueba llamada "choque térmico” que

consiste en 10 cambios sucesivos y bruscos de temperatura ente 4 y 100ºC, cada

uno durante 10 minutos.

Otros dos factores que afectan fuertemente la velocidad de las reacciones

(37)

Una de las características más importantes de la porcelana eléctrica es que tiene

“porosidad cero”, la cual se logra sometiendo la pasta al vacío y controlando que

aún después de su salida del horno, no se presenten internamente “microporos o

microgrietas”; la forma de chequear la porosidad, es la llamada “cámara de

fucsina”, que consiste en sumergir fragmentos de porcelana (sin esmalte) en una

solución de 1 gramo de fucsina básica disuelta en un litro de alcohol al 50%, en

una cámara de presión a 10 kLbs/Pul2 durante dos horas. Al terminar la prueba

las piezas se deben secar y romper para comprobar la no penetración del

colorante por pequeñas grietas.

Además el aislador de porcelana eléctrica es recubierto de un esmalte a

compresión que además de mejorar sus cualidades mecánicas y apariencia física,

le brinda una superficie lisa que le ayuda a su auto limpieza natural con la lluvia y

el viento.

Oxidación

Algunos materiales, en presencia del aire, y especialmente en presencia de ozono,

sufren reacciones de oxidación (combinación con el oxigeno), con la consecuente

alteración de sus propiedades mecánicas y eléctricas. Es el caso, normalmente,

de los aislamientos derivados del petróleo (como sucede con el polietileno), la

reacción de oxidación es acelerada si el material se encuentra expuesto a la

acción de radiaciones electromagnéticas, como las originadas por la luz intensa.

Hidrólisis

Algunos materiales en presencia de humedad y a temperaturas relativamente

(38)

por acción del agua), con consecuente alteración de sus propiedades eléctricas y

mecánicas. Es el caso, normalmente, de algunos poliésteres.

En algunas sustancias aislantes, a temperaturas relativamente elevadas, ocurre

una migración de sustancia químicas activas para la superficie, donde, en

consecuencia ocurren reacciones químicas con alteración de propiedades

eléctricas [4].

1.4 AISLANTES ELÉCTRICOS

Son aquellos materiales en los cuales los electrones no se desprenden fácilmente,

aún aplicando una diferencia de potencial, es decir, una presión eléctrica elevada.

Como su nombre lo dice es perfecto para las aplicaciones eléctricas y sería aun

más perfecto si fuera absolutamente no conductor, pero este tipo de material no

existe en condiciones normales. Los materiales empleados como aislantes

siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de

corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores

eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran

número de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los núcleos)

que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos

electrones.

En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento

aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas

(39)

barniz. El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica

o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos

y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones

eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material

cerámico, como se observa en la figura 1.1.

La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. El

polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y el mylar

se emplea en condensadores eléctricos.. El teflón se emplea para temperaturas

altas, entre 175 y 230 ºc. Las condiciones mecánicas o químicas adversas pueden

exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasión, y el

neopreno, la goma de silicona, los poliésteres de epoxico y los poliuretanos

[image:39.595.235.360.453.616.2]

pueden proteger contra los productos químicos y la humedad [5].

Figura 1.1. Aislador cerámico [5]

(40)

1.5 BREVE HISTORIA DEL DESARROLLO DE LOS AISLADORES

POLIMÉRICOS

La historia de los aisladores poliméricos comienza en la década del cuarenta

cuando se comienzan a emplear materiales orgánicos a base de resinas epóxicas

para la construcción de aisladores de alta tensión para exteriores. Los materiales

poliméricos para su uso en exteriores no estuvieron realmente disponibles hasta la

década del cincuenta cuando se pudo aumentar en ellos la resistencia a la erosión

y a la carbonización gracias al empleo de rellenos a base de alúmina trihidratada;

es realmente en la década del sesenta cuando comenzó el empleo de aisladores

poliméricos en líneas de transmisión de energía eléctrica y la generalización de su

uso es en la década del ochenta. El primer polímero usado para la construcción

del aislamiento externo fue, a mediados de la década cuarenta, una resina epóxica

a base de bifenol, la cual aún se emplea en la construcción de aisladores para

interiores. El segundo polímero, ampliamente usado para la construcción

aisladores poliméricos para exteriores, fue la resina epóxida a base de

cicloalifáticos, cuyo uso fue introducido en el año 1957, aunque en la actualidad

sólo se emplea en la construcción de aisladores para interiores. Hasta mediados

de la década del ochenta los materiales más usados en la construcción de

(41)

Tabla 1.2 Compañías productoras de aisladores

En la actualidad el recubrimiento de la varilla o núcleo central y las campanas

aislantes de los aisladores poliméricos se construyen a base de goma de silicona

de alta temperatura de vulcanización (SiR), de etileno propileno (EPR), de un

copolímero del etileno propileno (EPM), de un terpolímero de etileno propileno y

dieno (EPDM) y el politetrafluoretano o teflón (PTFE).

Estudios realizados a escala internacional sobre los aisladores poliméricos

Diferentes estudios realizados han establecido científicamente que los aisladores

tienen una tensión de descarga mayor, en comparación con los aisladores de

porcelana, bajo condiciones de contaminación y humedecimiento debido a la

hidrofobicidad de su superficie.

Gorur y Chang [6] trataron de entender el mecanismo involucrado en la pérdida y

recobrado de la hidrofobicidad superficial en los aisladores poliméricos sometidos

a las descargas por formación de las bandas secas, condición propia del

desarrollo del proceso de falla por contaminación del aislamiento. En este estudio

los autores llegaron a la conclusión de que la pérdida de hidrofobicidad de la

superficie durante la presencia de arcos en las bandas secas es debido a la

(42)

humedad, mientras que la recuperación de la misma es consecuencia de la

difusión de cadenas de polímeros de bajo peso molecular a través del material.

Gautam y colaboradores [7], en un estudio para determinar la influencia del

diámetro promedio de los aisladores poliméricos en su comportamiento ante la

contaminación, llegaron a la conclusión que en ellos la tensión de descarga

disminuye con el incremento del diámetro promedio del aislador, al igual que

ocurre en el caso de los aisladores de porcelana, aunque en una escala menor.

Matsouka y colaboradores [8], al caracterizar las tensiones de descarga en

aisladores poliméricos bajo condiciones de contaminación dadas obtuvieron que

los métodos de contaminación artificial empleados no permitían obtener una capa

de contaminante uniforme en el aislador, por lo que propusieron un nuevo método

validado en el trabajo; así mismo, plantearon que la tensión de descarga de los

aisladores del tipo SiR es mucho más influenciada por la densidad de la niebla que

en los aisladores de porcelana, lo cual consideran sea consecuencia de que en

ambientes donde ocurran incrementos súbitos de contaminación la propiedad

hidrofóbica de la superficie aislante polimérica no es utilizada en toda su amplitud.

Esto se ratifica con la influencia negativa (disminución de hasta un 40% su valor)

que tiene la cantidad de partículas no solubles que se depositan en la superficie

del aislador sobre la tensión de descarga.

Yoshida, en la reunión de CIGRE celebrada en París en el 2004, llevó como

contribuciones de Japón, a las discusiones relacionadas con si existían

experiencias en la reducción de la distancia de fuga en aisladores poliméricos, con

relación a los de porcelana o vidrio, en ambientes similares los siguientes

(43)

• En 1994 Naito y colaboradores [9] reportaron, al evaluar aisladores

poliméricos en condiciones de contaminación, que condiciones de

humedecimiento fuerte provocan pérdida de hidrofobicidad en las

superficie del aislador en órdenes del 50%.

• Así mismo en el 2001, Koshino y colaboradores [10], reportaron que las

condiciones atmosféricas influían en la que la superficie aislante polimérica

pudiera recobrar sus características de hidrofobicidad con mayor o menor

rapidez, observando que ambientes con temperaturas bajas y humedad

relativa alta provocaban una pérdida mayor en tiempo de la hidrofobicidad

creándose las condiciones para que ocurrieran las descargas en el

aislamiento, las cuales pueden destruir dicha característica, así como

erosionar o carbonizar la superficie aislante.

• Por otro lado, Suzuki y sus colaboradores [11] habían reportado en el

2003, al presentar resultados de una investigación realizada con el objetivo

de evaluar una técnica para diagnosticar el deterioro del aislamiento

polimérico utilizado en aisladores pasantes, que al cabo de cuatro años de

explotación, en zonas costeras, la acumulación de contaminantes en los

aisladores poliméricos evaluado es mayor que en los de porcelana; los

resultados reflejaron una saturación de la capa contaminante en los

aisladores de porcelana a los 3 meses de estar en explotación (máximo de

0.008 mg / cm2), mientras que la acumulación en los poliméricos siguió

aumentando hasta valores de 0.02 mg / cm2 (2,5 veces más que en los de

(44)

Yoshida concluyó que los aisladores poliméricos podían tener una distancia de

fuga inferior a la de los aisladores tipo porcelana o vidrio en ambientes

contaminados partiendo de estos resultados, más si además se conocía que

Maxwell y Hartings [12] en la Sesión de CIGRE del 2000 reportaron, que a partir

de experiencias de campo, que aisladores poliméricos con reducción de la

distancia de fuga (con relación a aisladores de porcelana de la misma clase)

habían presentado un incremento en los daños del tipo erosión, carbonización y

de otros en comparación con aquellos que mantenían su longitud de fuga en

valores similares a los otros tipos de aisladores, por lo que era recomendable que

los aisladores poliméricos mantuvieran las mismas distancias de fuga que los

aisladores de porcelana.

En la propia sesión de CIGRE de 2004, Yoshida expone también la experiencia

japonesa, que coincide con resultados reportados por otros investigadores [13,14],

con relación al comportamiento de los aisladores poliméricos en ambientes

tropicales y subtropicales y la presencia de contaminantes de tipo biológico; los

resultados indican que en ambientes de estos tipos, ante la presencia de

determinados tipos de algas que se depositan sobre su superficie, los aisladores

poliméricos pierden muy rápidamente la propiedad de hidrofobicidad, con valores

de tensiones de descarga hasta un 15% menores con relación a otros tipos de

contaminantes como puede ser polvo de cemento o similar, para un mismo nivel

(45)

1.6 AISLANTES POLIMÉRICOS

Pese a la introducción de los materiales poliméricos hacia la segunda mitad de la

década de los ‘80, el cambio de tecnología ha evolucionado en forma lenta,

principalmente, debido a la reticencia de la industria hacia el uso de nuevos

productos. Sin embargo, en el último tiempo ha ganado parte importante del

mercado y va en franca expansión. En la actualidad, prácticamente, todos los

productos en Alta Tensión cuentan con su versión de aislamiento en polímero

(incluso en algunos la versión en porcelana prácticamente no se fabrica). Y es que

las ventajas del aislamiento polimérico son muchas, destacando la resistencia a

impactos mecánicos, la disminución del peso, la seguridad de operación y la

disminución del impacto ambiental en su fabricación y utilización.

Algunos polímeros son hidrorepelentes (hidrofóbicas) o autolimpiantes (figura 1.2),

que en condiciones de alta contaminación, justifican aún más la migración de

aislamiento en porcelana hacia aislamiento polimérico (no requieren ser lavados).

Se debe tener cuidado en este punto, debido a que en el mercado existen muchos

tipos de aislamientos en polímero, sin embargo, sólo algunas empresas trabajan

con la silicona hidrofóbica.

[image:45.595.226.369.600.710.2]

 

(46)

Debido a las ventajas antes mencionadas, el uso de aislamiento polimérico genera

un incremento de la confiabilidad en los equipos, tanto desde el punto de vista de

la seguridad de operación de un sistema eléctrico (ante pequeñas trizaduras en la

porcelana podría ocasionarse una falla, incluso ruptura del equipo), como del

punto de vista de la seguridad de los operarios del sistema (en caso de falla la

porcelana, a diferencia de los polímeros, podría estallar en pedazos pudiendo

dañar a personas que se encuentren cerca del suceso).

En algunos equipos, como es el caso particular de los pararrayos, este nuevo

material aislante ha introducido incluso un nuevo concepto en el montaje, y es que

debido a la importante disminución en el peso (menos del 50%) de los pararrayos,

éstos pueden ser instalados, por ejemplo, colgando de los conductores en las

líneas de transmisión o en forma invertida en los portales de acometida de las

líneas de transmisión.

Las últimas innovaciones en polímero han llegado incluso a reemplazar

aislamiento que usualmente era líquido (aceite), como es el caso de bancos de

condensadores en corriente alterna, en donde nuevos condensadores utilizan un

polímero tipo gel (figura 1.3), el cual inclusive es capaz de auto-eliminar el

cortocircuito local, después de ocurrida una descarga parcial interna en el

condensador. Esto último se conoce como condensador seco y elimina el impacto

(47)

Figura 1.3. Aislador de tipo gel[15]

Muchos elementos (el silicio, entre otros), forman también polímeros, llamados

polímeros inorgánicos [15].

1.7 PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS POLÍMEROS

Los polímeros industriales en general son malos conductores eléctricos, por lo que

se emplean masivamente en la industria eléctrica y electrónica como materiales

aislantes. Las baquelitas (resinas fenólicas) sustituyeron con ventaja a las

porcelanas y el vidrio en el aparellaje de baja tensión hace ya muchos años;

termoplásticos como el PVC y los PE, entre otros, se utilizan en la fabricación de

cables eléctricos, llegando en la actualidad a tensiones de aplicación superiores a

los 20 KV, y casi todas las carcasas de los equipos electrónicos se construyen en

termoplásticos de magníficas propiedades mecánicas, además de eléctricas y de

gran duración y resistencia al medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas

ABS.

Para evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha utilizado el

uso de antiestáticos que permite en la superficie del polímero una conducción

(48)

Evidentemente la principal desventaja de los materiales plásticos en estas

aplicaciones está en relación a la pérdida de características mecánicas y

geométricas con la temperatura. Sin embargo, ya se dispone de materiales que

resisten sin problemas temperaturas relativamente elevadas (superiores a 200 °C).

Las propiedades eléctricas de los polímeros industriales están determinadas

principalmente, por la naturaleza química del material (enlaces covalentes de

mayor o menor polaridad) y son poco sensibles a la microestructura cristalina o

amorfa del material, que afecta mucho más a las propiedades mecánicas. Su

estudio se acomete mediante ensayos de comportamiento en campos eléctricos

de distinta intensidad y frecuencia. Seguidamente se analizan las características

eléctricas de estos materiales.[16]

1.8 CLASIFICACIÓN DE POLÍMEROS

Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que sean

excluyentes entre sí.

SEGÚN SU COMPOSICIÓN QUÍMICA

• Polímeros orgánicos. Posee en la cadena principal átomos de carbono.

• Polímeros vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada

exclusivamente por átomos de carbono.

(49)

• Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas.

Ejemplos: polietileno y polipropileno.

• Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus

monómeros.

Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno.

• Polímeros vinílicos halogenuros, que incluyen átomos de halógenos

(cloro, flúor...) en su composición.

Ejemplos: PVC y PTFE.

• Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA.

• Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de

oxígeno o nitrógeno en su cadena principal.

Algunas sub-categorías de importancia:

• Poliésteres

• Poliamidas

• Poliuretanos

Polímeros inorgánicos. Entre otros:

• Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros.

(50)

SEGÚN SUS APLICACIONES

Por sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en:

• Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta

extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo

pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de

extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad

denominada resiliencia.

• Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente

intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma

original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces

incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.

• Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que

permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.

• Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a

la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por

ejemplo resistencia a la abrasión.

• Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta

cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto

(51)

SEGÚN SU COMPORTAMIENTO AL ELEVAR SU TEMPERATURA

Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en

calentarlos por encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o

por el contrario no lo hace se diferencian dos tipos de polímeros:

• Termoplásticos, que fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y se

vuelven a endurecer (vuelven al estado sólido) al enfriarlos. Su estructura

molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos. Ejemplos:

polietileno (PE), polipropileno (PP), PVC.

• Termoestables, que no fluyen, y lo único que conseguimos al calentarlos es

que se descompongan químicamente, en vez de fluir. Este comportamiento

se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los

desplazamientos relativos de las moléculas.

La clasificación termoplásticos / termoestables es independiente de la clasificación

elastómeros plásticos fibras. Existen plásticos que presentan un comportamiento

termoplástico y otros que se comportan como termoestables. Esto constituye de

hecho la principal subdivisión del grupo de los plásticos y hace que a menudo

cuando se habla de "los termoestables" en realidad se haga referencia sólo a "los

plásticos termoestables". Pero ello no debe hacer olvidar que los elastómeros

también se dividen en termoestables (la gran mayoría) y termoplásticos (una

(52)

1.9 CARACTERÍSTICAS DE LOS AISLADORES POLIMÉRICOS.

Hoy, con la incorporación de nuevos compuestos a partir de cauchos de silicona,

evolucionadas y modernas técnicas de producción, se han desarrollado los

aisladores poliméricos, ver figura 1.4. Los que tienen como gran ventaja

comparativa respecto a los aisladores de porcelana y vidrio templado su peso muy

inferior lo que facilita la instalación. Otra característica sobresaliente en el caso de

aisladores de suspensión es que son de un solo cuerpo, desarrollados según la

necesidad, lo que evita armar cadenas de aislación, facilitando su instalación y

resistiendo acciones vandálicas pues por su composición no sufren daños por

golpes. Pero dentro de las contras que tiene este aislador están los defectos

[image:52.595.82.548.422.762.2]

propios del material y la destrucción por parte de las aves [16].

(53)

1.10 CLASIFICACIÓN DE LOS AISLADORES POLIMÉRICOS

Puede realizarse una clasificación según los siguientes criterios:

Según su constitución.- Aislador simple, formado por una sola pieza

Según su instalación.- Aislador de servicio interior, empleado en lugares

carecidos de la lluvia y Aislador de servicio exterior, para servicio a la

intemperie.

Por su forma y característica.- Aislador acoplable, está diseñado de forma

que permite el acoplamiento de varios elementos, el acoplamiento puede

ser rígido o articulado y Aislador no acoplable, está constituido de forma

que no puede acoplarse con otros elementos similares.

Por su acabado.- Aislador con montura metálica, provisto de una o varias

piezas metálicas para la fijación del conductor o del aislador y Aislador sin

montura metálica, sin ninguna pieza metálica para su fijación

Según su forma de colocación.- Aisladores de apoyo, formados por una o

varias capas aisladoras, destinadas a albergar un conductor y Aisladores de

suspensión, la fijación del conductor se realiza suspendiéndolo del aislador

mediante herrajes adecuados como se observa en la figura 1.5.

(54)

1.10 Gen metá (cap 1.10 Perm figur de s 1.10 En te (pin A m aisla (pos 0.1 AISLAD eralmente álicos que

peruza y ba

0.2 AISLA

miten reali

ra 1.6, para

oportar la

0.3 AISLA

ensiones b

type) y se

edida que

adores de

st type) y p

DORES DE

varios ais

e los articu

adajo).

DORES D

izar caden

a el aislado

tensión tot

DORES R

bajas y me

realizan d

la tensión

columna a

ueden asu

E CAMPAN

sladores fo

ulan con

DE BARRA

nas de me

or compue tal. Figura 1.6 RÍGIDOS. edias tiene e porcelan

n crece, tam

aptos para

umir la func

NA (TAMB

orman una un grado A. enor canti esto siemp 6. Aislador

en forma de

na o vidrio.

maño y es

a soportar

ción de cru

BIÉN LLAM

a cadena,

de liberta

dad de e

re se reali

r de barra [

e campana

.

sfuerzos ta

esfuerzos

uceta en lín

MADOS D

que se ha

ad (horqui

lementos

za un únic

  [17]

a, montado

ambién, y s

de compr

neas de dis

E DISCO)

acen con

illa) o dos

(más cort

co element

os sobre u

se transfor

resión y de

(55)

Cua agre orige Los form cade Para caso lado carg 1.10 Sirve extre

ndo el esf

ega un ten

en a una fo

aisladores

mas estudia

enas) o ad

a evitar so

os más co

del condu

gándose en

0.4 CADEN

en para la

emos de la

Figura

1

uerzo vert

nsor del m

orma de V

s se com

adas para

ecuada rig

olicitacione

omprometid

uctor o del

ntonces en

NAS DE AI

a retenció

as líneas, V

1.7. Config

1- Horquilla

ical a que

ismo mate

horizontal

mpletan, co

a la funció

gidez (en la

s anormal

dos se res

lado base

n forma má

ISLADORE

n de los

Ver figura 1

guración d

a 2-Caperu

se somete

erial (inclin

.

omo ya in

ón, y que

as columna

les e inde

suelven co

e y que al r

ás favorabl

ES DE RE

conductor

1.7.

de las cade

uza 3- Vás

e la "viga"

nado 45 g

ndicamos,

tienden a

as).

bidas de l

on fusibles

romperse p

e.

TENCIÓN

res a las

enas de ais

stago 4-He aislante e rados gen con inser a conferir los elemen s mecánic permiten e . torres. A sladores de erraje (deriv

es muy ele

neralmente

rtos metál

movilidad

ntos aislan

cos instala

el giro del a

ellos se f

(56)

Las principales ventajas de los polímeros son:

Livianos · Resistentes · Seguros · Mayor vida útil · Confiabilidad · Menor tamaño ·

Auto lavables · Flexibilidad · Alta rigidez dieléctrica · Reduce los costos de

construcción e impacto ambiental · Baja conductividad térmica · Elevado punto de

inflamabilidad · Resistencia al vandalismo · Estéticos.

1.11 FÍSICA DE LA DESCARGA.

Los aisladores son los elementos cuya finalidad consiste en separar

eléctricamente el conductor de la línea de apoyo que lo soporta. Al emplearse los

conductores, se precisa que los aisladores posean buenas propiedades

dieléctricas ya que la misión fundamental de este es evitar el paso de la corriente

del conductor hacia tierra.

La unión de los conductores con los aisladores y de estos con los apoyos

se efectúa mediante piezas metálicas denominadas herrajes [17].

Figure

Figura 1.1. Aislador cerámico [5]
Figura 1.2 Aislador hidrofobico he aunto limpiable[15] 
Figura 1.4 Aisladores poliméricos [16]
Figura 1.9 Mecanismo de flameo en un aislador contaminado[18]
+7

Referencias

Documento similar

You may wish to take a note of your Organisation ID, which, in addition to the organisation name, can be used to search for an organisation you will need to affiliate with when you

Where possible, the EU IG and more specifically the data fields and associated business rules present in Chapter 2 –Data elements for the electronic submission of information

The 'On-boarding of users to Substance, Product, Organisation and Referentials (SPOR) data services' document must be considered the reference guidance, as this document includes the

In medicinal products containing more than one manufactured item (e.g., contraceptive having different strengths and fixed dose combination as part of the same medicinal

Products Management Services (PMS) - Implementation of International Organization for Standardization (ISO) standards for the identification of medicinal products (IDMP) in

Products Management Services (PMS) - Implementation of International Organization for Standardization (ISO) standards for the identification of medicinal products (IDMP) in

This section provides guidance with examples on encoding medicinal product packaging information, together with the relationship between Pack Size, Package Item (container)

Package Item (Container) Type : Vial (100000073563) Quantity Operator: equal to (100000000049) Package Item (Container) Quantity : 1 Material : Glass type I (200000003204)