Tipos de aislantes utilizados en líneas de transmisión (aéreas)

Definición de Tipos de Aisladores

Existen cinco tipos principales de aisladores utilizados en líneas de transmisión: Perno, Suspensión, Tensión, Estay y Grillete.

• Aislador de Perno

• Aislador de Suspensión

• Aislador de Tensión

• Aislador de Estay

• Aislador de Grillete

Los aisladores de Perno, Suspensión y Tensión se utilizan en sistemas de media a alta tensión. Mientras que los aisladores de Estay y Grillete se utilizan principalmente en aplicaciones de baja tensión.

Aislador de Perno

Los aisladores de perno son el primer tipo de aisladores aéreos desarrollados y todavía se utilizan ampliamente en redes de energía hasta 33 kV. Pueden fabricarse en una, dos o tres partes según la tensión.

En un sistema de 11 kV, normalmente usamos un aislador de un solo componente, hecho de una sola pieza de porcelana o vidrio moldeado.

Dado que la ruta de fuga de un aislador es a lo largo de su superficie, aumentar la longitud vertical del área de superficie ayuda a extender la ruta de fuga. Proporcionamos uno, dos o más salientes o falda en el cuerpo del aislador para obtener una larga ruta de fuga.

Además, los salientes o faldas en un aislador sirven otro propósito. Diseñamos estos salientes o faldas de tal manera que, mientras llueve, la superficie exterior del saliente se moja, pero la superficie interior permanece seca y no conductora. Así, habrá discontinuidades en la ruta conductora a través de la superficie húmeda del aislador de perno.

En sistemas de mayor tensión, como 33KV y 66KV, la fabricación de un aislador de perno de porcelana de una sola parte se vuelve más difícil. Cuanto mayor sea la tensión, más grueso debe ser el aislador para proporcionar suficiente aislamiento. Un aislador de porcelana de una sola pieza muy grueso no es práctico de fabricar.

En este caso, utilizamos un aislador de perno de múltiples partes, donde algunas cáscaras de porcelana diseñadas adecuadamente se fijan juntas con cemento Portland para formar una unidad de aislador completa. Generalmente, usamos aisladores de perno de dos partes para 33KV, y aisladores de perno de tres partes para sistemas de 66KV.

Consideraciones de Diseño del Aislador Eléctrico

El conductor vivo se fija en la parte superior del aislador de perno, que lleva el potencial vivo. La parte inferior del aislador está fijada a la estructura de soporte a tierra. El aislador debe resistir las tensiones de potencial entre el conductor y la tierra. La distancia más corta entre el conductor y la tierra, alrededor del cuerpo del aislador, a lo largo de la cual puede ocurrir un descarga eléctrica a través del aire, se conoce como distancia de sobretensión.

Cuando el aislador está mojado, su superficie exterior se vuelve casi conductora. Por lo tanto, la distancia de sobretensión del aislador disminuye. El diseño de un aislador eléctrico debe ser tal que la disminución de la distancia de sobretensión sea mínima cuando el aislador esté mojado. Es por eso que la falda superior de un aislador de perno tiene un diseño en forma de paraguas para proteger el resto de la parte inferior del aislador de la lluvia. La superficie superior de la falda superior está inclinada lo menos posible para mantener el voltaje de sobretensión máximo durante la lluvia.

Los salientes están hechos de tal manera que no perturben la distribución de voltaje. Se diseñan de manera que su superficie subsiguiente esté en ángulo recto con las líneas de fuerza electromagnéticas.

Aislador de Poste

Los aisladores de poste son similares a los aisladores de perno, pero los aisladores de poste son más adecuados para aplicaciones de alta tensión.

Los aisladores de poste tienen un número mayor de faldas y una altura mayor en comparación con los aisladores de perno. Este tipo de aislador se puede montar en la estructura de soporte tanto horizontal como verticalmente. El aislador está hecho de una sola pieza de porcelana y tiene un dispositivo de sujeción en ambos extremos, superior e inferior, para fijarlo.

Las principales diferencias entre el aislador de perno y el aislador de poste son:

Aislador de Suspensión

En tensiones superiores a 33KV, resulta poco económico utilizar aisladores de perno debido a su tamaño y peso. El manejo y reemplazo de aisladores de una sola unidad de gran tamaño es una tarea bastante difícil. Para superar estas dificultades, se desarrolló el aislador de suspensión.

En el aislador de suspensión, varios aisladores se conectan en serie para formar una cadena y el conductor de línea se sostiene por el aislador más bajo. Cada aislador de una cadena de suspensión se llama aislador de disco debido a su forma similar a un disco.

Ventajas del Aislador de Suspensión

• Cada disco de suspensión está diseñado para una calificación de tensión normal de 11KV (calificación de tensión superior de 15KV), por lo que, utilizando diferentes números de discos, una cadena de suspensión puede hacerse adecuada para cualquier nivel de tensión.

• Si alguno de los aisladores de disco en una cadena de suspensión se daña, se puede reemplazar con mucha más facilidad.

• Las tensiones mecánicas en el aislador de suspensión son menores, ya que la línea cuelga de una cadena de suspensión flexible.

• Dado que los conductores portadores de corriente están suspendidos de la estructura de soporte por una cadena de suspensión, la altura de la posición del conductor es siempre menor que la altura total de la estructura de soporte. Por lo tanto, los conductores pueden estar a salvo de los rayos.

Desventajas del Aislador de Suspensión

• La cadena de aislador de suspensión es más cara que los aisladores de perno y poste.

• La cadena de suspensión requiere una altura de estructura de soporte mayor que la de los aisladores de perno o poste para mantener la misma separación al suelo del conductor actual.

• La amplitud del balanceo libre de los conductores es mayor en el sistema de aislador de suspensión, por lo que se debe proporcionar un mayor espacio entre los conductores.

Aislador de Tensión

Una cadena de suspensión utilizada para manejar cargas de tracción significativas se llama aislador de tensión. Se utiliza donde hay un final muerto o una esquina aguda en la línea de transmisión, requiriendo que la línea soporte una carga de tracción pesada. Un aislador de tensión debe tener considerable resistencia mecánica, así como las propiedades aislantes eléctricas necesarias.

Aislador de Estay

Para líneas de baja tensión, los estayes deben estar aislados del suelo a una altura. El aislador utilizado en el cable de estaye se llama aislador de estay y generalmente es de porcelana y está diseñado de tal manera que, en caso de rotura del aislador, el cable de estaye no caerá al suelo.

Aislador de Grillete

El aislador de grillete (también conocido como aislador de carrete) se utiliza normalmente en redes de distribución de baja tensión. Puede usarse tanto en posiciones horizontales como verticales. El uso de este tipo de aislador ha disminuido recientemente debido al aumento del uso de cables subterráneos para fines de distribución.

El orificio cónico del aislador de carrete distribuye la carga de manera más uniforme y minimiza la posibilidad de rotura cuando está fuertemente cargado. El conductor en la ranura del aislador de grillete se fija con la ayuda de un alambre de ligadura suave.