Aisladores de silicona, un análisis de sus componentes

Transcripción

1 Aisladores de silicona, un análisis de sus componentes Por Pfisterer Las siguientes descripciones pretenden presentar un panorama general del aislador compuesto Silcosil, de Pfisterer Sefag. Las mismas se focalizan en los materiales utilizados para proveer un producto duradero y fiable a la red. Los aisladores compuestos penetraron en el mercado hacia fines de la década de Principalmente se componen de diferentes materiales que cumplen los diferentes requerimientos para el funcionamiento del aislador conforme a su resistencia y su característica. Figura 1. Componentes de un aislador compuesto Los herrajes teminales suelen ser de metal, por ejemplo, acero forjado o aluminio. Para los herrajes de aisladores de líneas se ha logrado un alto grado de estandarización para garantizar una sustitución sencilla de aisladores convencionales por aisladores compuestos. La varilla de resina reforzada con fibra de vidrio absorbe las cargas mecánicas: tensión, flexión o compresión. También es capaz de combinar las tres cargas, dependiendo de la aplicación y las variaciones de carga. Los materiales para el revestimiento son tan diversos como los correspondientes métodos de fabricación. No obstante, la experiencia ha demostrado que ciertos materiales muestran un comportamiento óptimo. Herraje terminal En la figura 2 se muestran modelos típicos de herrajes terminales. Las dimensiones corresponden a las normas IEC o 61466, así como a las normas equivalentes de ANSI. Figura 2. Modelos típicos de herrajes terminales Para la red de distribución, caracterizada típicamente por fuerzas hasta los 70 kn, se pueden aplicar herrajes terminales de acero fundido. Para clases de fuerza mayores se emplea acero forjado. Para aplicaciones especia- 94 Ingeniería Eléctrica Octubre 2014

2 les como, por ejemplo, sistemas de catenaria ferroviaria, se aplica a menudo aluminio de fundición en coquilla de alta resistencia. Los herrajes terminales de acero se galvanizan en caliente. El espesor de la galvanización se efectúa según las recomendaciones de la norma IEC A pedido, Pfisterer suministra mayores espesores, por ejemplo, para condiciones altamente corrosivas o aplicaciones de corriente continua. La varilla La varilla de resina reforzada con fibra de vidrio es un componente importante del aislador compuesto. La misma se produce generalmente durante un proceso continuo de pultrusión. Diferentes diámetros están disponibles, dependiendo de la aplicación o carga. Figura 3. Ejemplos para dimensiones de varillas El contenido de la fibra determina la resistencia intrínseca especificada a la tensión y flexión de la varilla. La dimensión de las fibras de vidrio es importante para la adhesión a la matriz de resina. 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 fisuras y fracturas en el momento de ser sometido a cargas mecánicas. Hoy en día, se suele utilizar generalmente resinas epoxi. Por diferentes motivos se añade material de relleno a la matriz de resina. 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 significativamente con el uso de fibras de vidrio especiales (con un contenido 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 (aisladores 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 admisible por carga en servicio. Como ventaja, el aislador tipo poste ha comprobado el llamado modo de fallo no peligroso al sobrecargar la solicitación de flexión máxima. Esto significa que un aislador compuesto tipo poste diseñado apropiadamente no fallará a causa de una rotura completa, sino solamente por una rotura por cizallamiento interlaminar en la zona neutra de la flexión. Figura 4. Corte transversal de un aislador tipo poste para líneas aéreas después del modo de fallo no peligroso Ingeniería Eléctrica Octubre

3 Este modo de fallo no peligroso tiene las siguientes ventajas respecto al aumento del valor y rendimiento en comparación con aisladores tipo poste de porcelana: Ninguna rotura relacionada con 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 indica en IEC (aisladores tipo poste para líneas aéreas) y en IEC (aisladores tipo poste para estaciones). Revestimiento El objetivo eléctrico de un aislador es el aislamiento entre conductor-tierra o conductor-conductor contra un salto de chispas. Dicho de forma simplificada, un salto de chispas puede deberse a una sobretensión o a una contaminación. Desde la introducción de los aisladores poliméricos se han probado y ensayado diversos materiales, diferentes respecto a su comportamiento al aire libre. La experiencia ha demostrado que existe una interacción fuerte entre las propiedades elementales del material y la contrucción total del aislador. Mientras que la distancia de arco determina el comportamiento 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 propiedad clave En general, los aisladores compuestos para líneas aéreas tienen menor diámetro que los aisladores de porcelana o de vidrio. Esta diferencia en la geometría y una superficie preferiblemente no mojada (hidrofobicidad) llevan a un comportamiento en servicio más fiable en caso de contaminación en comparación con los aisladores convencionales. La humectabilidad caracteriza el comportamiento de dispersión del agua y puede ser categorizada principalmente por los estados hidrofílico (figura 5) e hidrófobo (figura 6). Figura 5. Comportamiento hidrofílico de la superficie La experiencia en servicio ha mostrado que la hidrofobia es decisiva para un funcionamiento fiable en condiciones de contaminación sin medidas de mantenimiento preventivo tales como limpieza o engrasado. Comparando la goma silicona con otros materiales así como vidrio/porcelana como referencia, se puede presentar la tabla 1. Cualidades de resitencia al envejecimiento En cuanto al comportamiento aislante de los aisladores compuestos, se considera que la propiedad hidrofóbica es el factor más importante. Los procesos dinámicos de pérdida temporal de hidrofobicidad y la siguiente recuperación/ transferencia así como la fuerte dependencia de estos procesos para la formulación del material (la fórmula, material de relleno y aditivos) y para la tecnología de ela- Figura 6. Comportamiento hidrófobo de la superficie 96 Ingeniería Eléctrica Octubre 2014

4 Clases de material de revestimiento Comportamiento hidrófobo en la superficie Comportamiento hidrofílico en la superficie Goma silicona Otros materiales poliméricos Nuevo Viejo Contaminado Nuevo Viejo Contaminado Sí Sí, después de recuperación Sí, después del proceso de transferencia No No, solo temporalmente No, solo temporalmente Sí No No No Sí Sí Vidrio/Porcelana No No No Sí Sí Sí Tabla 1 boración son asuntos a considerar para una continua optimización. Si se pierde la hidrofobicidad, un segundo mecanismo de protección contra el envejecimiento intensivo (erosión de la masa, tracking) deberá actuar sobre el aislador. Este mecanismo se evalúa en particular mediante ensayos que valoran el comportamiento de erosión y tracking (figura 7). Figura 7. Comportamiento de erosión de aisladores de silicona no cargados (serie superior) y goma de silicona enriquecida óptimamente (serie inferior) Está bien documentado que los tipos de goma de silicona vulcanizados a alta temperatura (HTV) y enriquecidos con trihidrato de aluminio son superiores a tipos de goma silicona no enriquecidos y de baja viscosidad como, por ejemplo, silicona vulcanizada a temperatura ambiente o silicona líquida, en cuanto al comportamiento ante la erosión y tracking. Mientras que en un principio el material de relleno podía tener influencia diametral en la dinámica de la hidrofobicidad, los materiales HTV actuales combinan de forma óprima la resistencia a la erosión y tracking con el comportamiento de la hidrofobicidad dinámica 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 Figura 8. Efecto hidrofóbico de la superficie de silicona sin contaminación por una solicitud de ferrocarriles suizos para aplicaciones de aislamiento en condiciones con un alto grado de contaminación. Ésta fue una de las razones por las que se introdujo la goma silicona como Ingeniería Eléctrica Octubre

5 material de revestimiento. A causa de las experiencias positivas, se han desarrollado continuamente las propiedades del material y la tecnología de producción. Considerando el avance técnico y las reacciones de usuarios se han realizado innovaciones. Hoy en día, alrededor de un 95% de aisladores se fabrican con la tecnología HTV, la razón, la mejor resistencia al envejecimiento que resulta. Una comparación de las tres clases de goma silicona utilizadas se muestra en la tabla 2. Propiedad Goma silicona HTV Goma silicona RTV/LSR Viscosidad Mooney (estable) mpa Resistencia al envejecimiento Tracking/Erosión Alto Medio Resistencia a los rayos UV Alto Alto Inflamabilidad Alto Alto Hidrofobicidad Recuperación Veloz Veloz Figura 9. Efecto hidrofóbico de la superficie de silicona con contaminación industrial Transferencia Veloz Veloz Tabla 2 98 Ingeniería Eléctrica Octubre 2014