Tipus d'aislants utilitzats en línies de transmissió (aèries)

Definició dels tipus d'aislants

Hi ha cinc tipus principals d'aislants utilitzats en les línies d'alta tensió: Pin, Suspensió, Tensió, Estai i Gril·la.

• Aislant de pinça

• Aislant de suspensió

• Aislant de tensió

• Aislant d'estai

• Aislant de gril·la

Els aislants de pinça, suspensió i tensió s'utilitzen en sistemes de mitja a alta tensió. Mentre que els aislants d'estai i de gril·la es fan servir principalment en aplicacions de baixa tensió.

Aislant de pinça

Els aislants de pinça van ser el primer tipus d'aislants aèris desenvolupats i encara s'utilitzen amplament en xarxes elèctriques fins a 33 kV. Es poden fabricar en una, dues o tres parts segons la tensió.

En un sistema de 11 kV, sovint fem servir un aislant d'una sola peça, fet d'un sol tros de porcellana o vidre format.

Com que la via de fuga d'un aislant és a través de la seva superfície, augmentar la longitud vertical de la superfície ajuda a estendre la via de fuga. Proporcionem una, dues o més llanxes de pluja o falbalas al cos de l'aislant per obtenir una llarga via de fuga.

A més, les llanxes de pluja o falbalas en un aislant serveixen un altre propòsit. Dissenyem aquestes llanxes de pluja o falbalas de manera que, mentre plou, la superfície exterior de la llanxa de pluja es moja però la superfície interior roman seca i no conductora. Així, hi haurà discontinuïtats en la via de conducció a través de la superfície humida de l'aislant de pinça.

En sistemes de tensió més elevada – com 33KV i 66KV – la fabricació d'un aislant de pinça de porcellana d'una sola peça es complica. Quan la tensió és més alta, l'aislant ha de ser més gros per proporcionar aïllament suficient. Un aislant de porcellana d'una sola peça molt gros no és pràctic de fabricar.

En aquest cas, fem servir un aislant de pinça de múltiples parts, on algunes cares de porcellana ben dissenyades són fixades juntes amb ciment de Portland per formar una unitat completa d'aislant. Generalment, utilitzem aislants de pinça de dues parts per sistemes de 33KV, i aislants de pinça de tres parts per sistemes de 66KV.

Consideracions en el disseny de l'aislant elèctric

El conductor actiu s'atura a la part superior de l'aislant de pinça, que porta la potencial activa. La part inferior de l'aislant es fixa a l'estructura de suport a potencial de terra. L'aislant ha de resistir les tensions entre el conductor i la terra. La distància més curta entre el conductor i la terra, que envolta el cos de l'aislant, a través de la qual pot tenir lloc una descàrrega elèctrica a través de l'aire, és coneguda com a distància de flashover.

Quan l'aislant està humit, la seva superfície exterior es converteix gairebé en conductora. Per tant, la distància de flashover de l'aislant es redueix. El disseny d'un aislant elèctric ha de ser tal que la reducció de la distància de flashover sigui mínima quan l'aislant estigui humit. És per això que la falbala superior d'un aislant de pinça té un disseny de paraigües per protegir la resta de la part inferior de l'aislant de la pluja. La superfície superior de la falbala superior està inclinada el mínim possible per mantenir la màxima tensió de flashover durant la pluja.

Les llanxes de pluja estan dissenyades de manera que no pertorbien la distribució de tensió. Estan dissenyades de manera que la seva superfície submergida estigui perpendicular a les línies de força electromagnètiques.

Aislant de post

Els aislants de post són similars als aislants de pinça, però els aislants de post són més adequats per a aplicacions de tensió més elevada.

Els aislants de post tenen un nombre més gran de falbalas i una altura major en comparació amb els aislants de pinça. Aquest tipus d'aislant es pot muntar en l'estructura de suport horitzontalment i també verticalment. L'aislant es fa d'un sol tros de porcellana i té dispositius de presa en ambdós extrems per a la fixació.

Les diferències principals entre l'aislant de pinça i l'aislant de post són:

Aislant de suspensió

En tensions superiors a 33KV, resulta econòmicament inconvenient utilitzar aislants de pinça perquè el seu tamany i pes augmenten. Manejar i reemplaçar aislants d'una sola peça de gran tamany és una tasca bastant difícil. Per superar aquests problemes, es va desenvolupar l'aislant de suspensió.

En l'aislant de suspensió, diversos aislants es connecten en sèrie per formar una cadena i el conductor de línia es porta pel aislant més baix. Cada aislant d'una cadena de suspensió s'anomena aislant de disc degut a la seva forma circular.

Avantatges de l'aislant de suspensió

• Cada disc de suspensió està dissenyat per una tensió normal de 11KV (tensió superior de 15KV), per tant, utilitzant un nombre diferent de discs, una cadena de suspensió es pot adaptar a qualsevol nivell de tensió.

• Si algun dels aislants de disc en una cadena de suspensió s'averia, es pot reemplaçar més fàcilment.

• Les tensions mecàniques en l'aislant de suspensió són menors ja que la línia penda d'una cadena flexible de suspensió.

• Com que els conductors portadors de corrent penden de l'estructura de suport per mitjà de la cadena de suspensió, l'alçada de la posició dels conductors és sempre menor que l'alçada total de l'estructura de suport. Per tant, els conductors poden estar més segurs contra els raigs.

Desavantatges de l'aislant de suspensió

• La cadena de suspensió d'aislants és més cara que els aislants de pinça i de post.

• La cadena de suspensió requereix una altura més gran de l'estructura de suport que la necessària per a aislants de pinça o de post per mantenir la mateixa distància de terra del conductor.

• L'amplitud de l'oscil·lació lliure dels conductors és més gran en el sistema d'aislant de suspensió, per tant, s'ha de proporcionar més espai entre els conductors.

Aislant de tensió

Una cadena de suspensió utilitzada per gestionar càrregues de tracció significatives s'anomena aislant de tensió. S'utilitza quan hi ha un final mort o un cantonada aguda en la línia de transmissió, requerint que la línia suporti una càrrega de tracció pesada. Un aislant de tensió ha de tenir una forta resistència mecànica així com les propietats aïllants elèctrics necessaris.

Aislant d'estai

Per a les línies de baixa tensió, els estais han de ser aïllats del terra a una alçada. L'aislant utilitzat en el fil d'estai s'anomena aislant d'estai i sovint és de porcellana, dissenyat de manera que en cas de trencament de l'aislant, el fil d'estai no caigui al terra.

Aislant de gril·la

L'aislant de gril·la (també conegut com a aislant de bobina) s'utilitza generalment en xarxes de distribució de baixa tensió. Es pot utilitzar en posicions horitzontals o verticals. L'ús d'aquest tipus d'aislant ha disminuït recentment després de l'increment de l'ús de cablats soterranis per a la distribució.

El forat cònic de l'aislant de bobina distribueix la càrrega de manera més uniforme i minimitza la possibilitat de trencament quan està sobrecarregat. El conductor en la ranura de l'aislant de gril·la es fixa amb l'ajuda d'un fil de ligadura blau.