Los aisladores son los elementos cuya finalidad consiste
en fijar y aislar el conductor de la línea de apoyo que lo soporta, tienen un papel tanto mecánico como eléctrico. Al
emplearse en las líneas áreas de alta tensión conductores desnudos, se precisa
que los aisladores posean buenas propiedades dieléctricas ya que la misión
fundamental del aislador es evitar el paso de la corriente del conductor al
apoyo.
La unión de los conductores con los aisladores y de estos
con los apoyos se efectúa mediante piezas metálicas denominadas herrajes. Su
resistencia mecánica debe ser suficiente para que trabaje en buenas condiciones
de seguridad, bajo la acción de esfuerzos que el conductor transmita al
aislador. Es decir la carga de rotura del aislador ha de ser, por lo menos,
igual a la del conductor que debe soportar, aplicada dicha carga en la sección
de amarre del conductor al aislador.
Sección de un aislador de vidrio duro de
caperuza y vástago
El reglamento (RLAT) establece que “los aisladores utilizados en líneas aéreas de alta tensión pueden ser
fabricados usando materiales cerámicos (porcelana), vidrio, aislamiento
compuesto de goma de silicona, poliméricos u otro material de características adecuadas
a su función. Se pueden utilizar combinaciones de estos aisladores sobre
algunas líneas aéreas.
Los aisladores
deben ser diseñados, seleccionados y ensayados para que cumplan los requisitos
eléctricos y mecánicos determinados en los parámetros de diseño de las líneas
aéreas.
Los aisladores
deben resistir la influencia de todas las condiciones climáticas, incluyendo
las radiaciones solares. Deben resistir la polución atmosférica y ser capaces
de funcionar satisfactoriamente cuando estén sujetos a las condiciones de
polución”.
Aislador de porcelana o vidrio tipo
suspensión/retención
Características de los aisladores de porcelana
o vidrio tipo suspensión/retención
Aislador polimérico tipo supensión/retención
Características de los aisladores poliméricos
tipo suspensión/amarre
Los aisladores indicados en este post son los empleados
en líneas de media, alta o muy alta tensión, hechos de vidrio, cerámica o
caucho silicona (composite). Los aisladores hechos de vidrio o cerámica
generalmente tienen la forma acampanada con un hueco en su parte central donde
se empotra un vástago o herraje utilizado para unir los diferentes aisladores
en una cadena. En líneas de media y alta
tensión se emplean exclusivamente los aisladores del tipo de cadena,
constituidos por un número variable de aisladores acoplados según la tensión de
servicio, y formando un acoplamiento articulado. Las cadenas pueden ser simples
(cables de suspensión livianos), para casos de esfuerzos muy elevados o
conductores muy pesados, se disponen cadenas dobles rectas (horizontales para
cables de amarre y verticales para cables pesados en suspensión), dobles en V
(cables de suspensión estabilizadoras) o incluso triples (admiten múltiples
cables).
Cadena de amarre normal. (1.- grillete; 2.-
anillo-bola; 3.- rótula: 4.- pinza para amarre.)
Cadena de suspensión normal
Conjunto y despiece de un herraje de
suspensión con rótula, para cable de aluminio-acero, para fijación
a una cadena de aisladores con vástago de tetón.
Cadena
de amarre doble de aisladores y conjunto y despiece de herraje de fijación
Cadena de suspensión en V
Cadena de suspensión con pinza ligera. (1.- grillete; 2.- anillo-bola; 3.- rótula; 4.- alargadera;
5.- pinza)
Gracias a la cuidadosa fabricación del vidrio, estos
aisladores alcanzan esfuerzos de tracción dobles de los conseguidos con los
aisladores de porcelana.
Los aisladores no sólo deben tener resistencia mecánica
suficiente para soportar con amplio margen las cargas debidas al hielo y al
viento que puedan esperarse razonablemente, sino que deben ser construidos de
manera que puedan resistir condiciones mecánicas muy severas, descargas
atmosféricas y arcos alimentados por la corriente de servicio, sin dejar caer
el conductor. La producción de arcos por contorneo del aislador debe ser
evitada en todos los casos, con la sola excepción del rayo, cualesquiera que
sean las condiciones de humedad, temperatura, lluvia o nieve, y con la cantidad
de polvo que habitualmente se acumula hasta ser limpiada por las lluvias.
Vidrio
|
Porcelana
|
Fácil detección de defectos internos (al ser el vidrio
transparente).
|
No se pueden detectar defectos internos.
|
Menor sobrecalentamiento debido a los rayos solares, ya
que pasan a través del aislador y no son absorbidos.
|
Se calientan fácilmente por la acción de los rayos
solares.
|
Facilitan la inspección desde el suelo o en
helicóptero, se observa su estado sin ningún error.
|
Su inspección debe ser más detallada.
|
No se perforan con los cambios de tensión.
|
Se perforan más fácilmente.
|
Presentan mayor resistencia a la tracción que los de
porcelana.
|
Son menos resistentes a la tracción que los de vidrio
|
Mayor coeficiente de dilatación que la porcelana
|
Menor coeficiente de dilatación que el vidrio
|
Diferencias entre aisladores de vidrio y
porcelana
El funcionamiento de una línea de transmisión depende en
gran escala de su aislamiento. En buena práctica se requiere que la tensión de
arco en seco de los aisladores completos sea de tres a cinco veces mayor que la
tensión nominal de funcionamiento, y que la longitud de la línea de fuga sea
aproximadamente el doble de la menor distancia entre puntos con tensiones en el
aire. Las modernas orientaciones tienden hacia los límites superiores,
especialmente cuando se trata de tensiones muy elevadas. Los casos especiales
de nieblas salinas, polvos, o aire químicamente cargado deben ser estudiados
aparte.
En la práctica, el número de unidades que conforman la
cadena de aisladores es aproximadamente proporcional a la tensión, con ligero
aumento para las tensiones más altas y con cierto margen en la longitud de cada
unidad.
Tensión
nominal (kV)
|
765
|
400
|
220
|
145
|
110
|
45
|
20
|
Número
de aisladores
|
40 -
45
|
20 -
24
|
14 -
20
|
10 -
12
|
7 -
9
|
4 -
6
|
2 -
3
|
Número de elementos aislantes en la cadena de
aisladores según la tensión de servicio
Si se produce un arco entre dos o más elementos de una
cadena de aisladores pueden resultar dañados, lo cual constituye un serio
problema de mantenimiento. Por esta razón, se han dispuesto diferentes
procedimientos de protección de los aisladores de forma que, en caso de que se
produzca un arco, este se mantenga apartado de la cadena de aisladores.
Una medida de protección contra estas eventualidades consiste
en la fijación a la grapa del cable de unos cuernos o antenas (explosores o
descargadores), siendo esta protección más efectiva cuando se dispone de un
doble juego de antenas situadas, respectivamente, en ambos extremos de la
cadena de aisladores, tal como se aprecia en la siguiente fotografía.
Protección de una cadena de aisladores
mediante un doble juego de descargadores,
situados en ambos extremos de la cadena
Este tipo de protección se considera eficaz en caso de
arcos sencillos. Pero bajo el efecto de ondas de sobretensión de frente
escarpado o descargas atmosféricas, el arco tiende a saltar en cascada en la
cadena de aisladores, habiéndose demostrado que la separación entre antenas debe
ser bastante inferior a la longitud de la cadena de aisladores. Por esta razón,
la protección mediante cuernos o antenas produce una reducción de la tensión de
arco o exige un aumento del número de elementos de la cadena y, por lo tanto,
de la longitud de esta.
La tensión a la que se encuentran sometidos las cadenas
de aisladores no se reparte por igual entre todos los elementos que la forman.
La figura siguiente indica, para una cadena de doce elementos, el porcentaje de
la tensión total que soporta cada elemento.
Reparto de la tensión, entre los elementos de
la cadena
Se aprecia que el que se halla más próximo al conductor
está sometido al 30% del voltaje total, el segundo al 20% disminuyendo hasta el
4% y el que se halla situado junto al soporte está sometido únicamente el 8% de
la tensión aplicada. Este inconveniente exigiría el empleo de elementos con
dimensiones distintas, para hacer frente de este modo a la desigualdad en el
reparto de tensión debido a la capacidad que presentan los elementos entre sí y
con respecto a tierra. Se consigue que dicho reparto sea muy uniforme empleando
en los extremos de la cadena unos anillos, que tienen como objeto eliminar la
capacidad de los elementos con respecto a tierra.
Reparto de la tensión, en cadenas de
aisladores con anillos de uniformación
Cadenas de aisladores con anillos de uniformación
Más eficaces que las antenas resultan los anillos de protección
pues, que además de conseguir un reparto más uniforme de la tensión entre los
aisladores de la cadena, se ha demostrado que si el diámetro de los anillos
guarda la debida proporción con la longitud de la cadena, puede evitarse
totalmente la descarga en cascada entre elementos de la cadena, incluso con
ondas de sobretensión de frente muy escarpado. Además, protegen al conductor
cuando el arco salta desde este al apoyo o a la cruceta lo que resulta muy
importante como protección de la cadena de aisladores.
Cuando existe en la línea cables de guarda, no son
absolutamente necesarios los dispositivos de protección indicados
anteriormente, excepto los anillos de protección, más por su misión de hacer
más uniforme el reparto de tensión entre los elementos aislantes de la cadena,
que como medio de protección propiamente dicho.
FUENTES:
Reglamento sobre Líneas eléctricas de alta tensión: ITC
LAT 07
Endesa Distribución Eléctrica
Zoppetti: Redes eléctricas (Editorial Gustavo Gili)
Manual del Ingeniero Electricista (Editorial Labor)
No hay comentarios:
Publicar un comentario