ES2220947T3 - Aislador electrico de caucho de silicona para aplicaciones de alta tension. - Google Patents
Aislador electrico de caucho de silicona para aplicaciones de alta tension.Info
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Abstract
UN AISLANTE ELECTRICO DE ALTA TENSION PLASTICO TIENE AL MENOS UNA BARRA (1) DE FIBRA DE VIDRIO Y AL MENOS UNA ENVUELTA (2) DE APANTALLADO, ELABORADA DE GOMA DE SILICONA QUE RODEA LA BARRA (1) DE FIBRA DE VIDRIO. LA ENVUELTA (2) DE APANTALLADO TIENE ABOMBAMIENTOS (3) CON PERFIL DE PARAGUAS, CONCENTRICOS, CON UNA SUPERFICIE SUPERIOR CONVEXA Y UNA SUPERFICIE DE FONDO PLANO O CONCAVA ASI COMO ACCESORIOS (5) METALICOS EN AMBOS EXTREMOS DEL AISLANTE. LA SUPERFICIE DE FONDO DE LOS ABOMBAMIENTO CON PERFIL DE PARAGUAS DISPONE AL MENOS DE UNA RANURA (4) QUE TIENE COMO MINIMO UNA PROFUNDIDAD DE 1 MM.
Description
Aislador eléctrico de caucho de silicona para
aplicaciones de alta tensión.
La invención se refiere a un aislador eléctrico
de alta tensión de plástico, que comprende al menos una barra de
fibra de vidrio, al menos una envuelta en forma de paraguas de goma
de silicona que rodea a la barra de fibra de vidrio, que presenta
abombados dispuestos en la dirección del eje longitudinal del
aislador, concéntricos, curvados en forma de paraguas, de modo que
forman un lado superior convexo y un lado inferior cóncavo o plano,
así como armaduras metálicas en ambos extremos del aislador.
Se fabrican desde hace largo tiempo aisladores de
alta tensión para conducciones a la intemperie de materiales
cerámicos eléctricamente aislantes tales como porcelana o vidrio.
Junto a ellos ganan importancia creciente los aisladores que
contienen un alma de fibra de vidrio y una envuelta en forma de
paraguas de plástico en forma constructiva compuesta, ya que los
mismos se caracterizan por una serie de ventajas, entre las que se
cuentan, además de un menor peso propio, una resistencia mecánica
mejorada frente a proyectiles de armas de fuego. Las envueltas en
forma de paraguas de tales aisladores compuestos están hechos para
ello generalmente de resinas epoxi
ciclo-alifáticas, de
poli-tetra-fluor-etileno,
de cauchos de etilen-propilen-dieno
o de goma de silicona.
Los aisladores compuestos con una envuelta en
forma de paraguas de goma de silicona presentan, frente a los
aisladores compuestos de otros materiales de paraguas, y también
frente a los aisladores convencionales, la ventaja de que poseen
excelentes propiedades aislantes en caso de empleo en ámbitos con
atmósfera fuertemente contaminada. Por tanto, los aisladores de goma
de silicona se emplean de modo creciente para reforzar conducciones
a la intemperie existentes con problemas de aislamiento eléctrico,
que son resultado de la contaminación atmosférica, para lo que se
sustituyen los aisladores convencionales por aisladores compuestos
con una envuelta en forma de paraguas de goma de silicona.
La superioridad de los aisladores compuestos de
goma de silicona frente a otros aisladores compuestos de plástico y
aisladores convencionales desde el punto de vista del
comportamiento aislante en atmósfera fuertemente contaminada se
basa en dos capacidades de determinadas gomas de silicona:
- \bullet
- Las gomas de silicona son repelentes del agua. El agua resbala sobre las superficies de goma de silicona.
- \bullet
- Las gomas de silicona envían desde su interior siloxanos de bajo peso molecular hacia su superficie, los cuales son también repelentes del agua. Si hay suciedad sobre una superficie de goma de silicona, los siloxanos de bajo peso molecular se mueven entonces hacia las partículas de suciedad individuales y envuelven a éstas, por lo que las partículas de suciedad resultan también repelentes del agua.
Estos efectos de las gomas de silicona se
describen en mayor detalle en la publicación de J. Kindersberger y
M. Kuhl "Effect of Hydrophobicity on Insulator Performance",
publicada en 1989 para el 6º Simposio Internacional sobre
Ingeniería de Alta Tensión, documento 12.01, New Orleans 1989. En
los aisladores de alta tensión para conducciones a la intemperie,
estos efectos conducen a que las superficies ensuciadas sobre los
aisladores no puedan ser empapadas y por tanto la conductividad
superficial eléctrica se mantenga baja. Se suprime la generación de
descargas parciales de alta intensidad, y no tienen lugar saltos de
chispas eléctricas a lo largo de toda la longitud de los
aisladores.
Aisladores de alta tensión para conducciones a la
intemperie en forma constructiva compuesta con una envuelta en forma
de paraguas de goma de silicona son provistos para muchos casos de
aplicación con paraguas, que están configurados planos en su lado
inferior y pueden ser fabricados según el documento
DE-A-27 46 870, para lo que los
paraguas prefabricados individuales son enchufados con pretensado
radial sobre una barra de fibra de vidrio revestida con goma de
silicona, y vulcanizados conjuntamente con ésta. El recorrido de
descarga necesario para el funcionamiento del aislador se puede
obtener mediante el número y el diámetro de los paraguas. En caso de
contaminación atmosférica muy intensa en el ámbito de empleo de los
aisladores, el recorrido de descarga de los aisladores debe ser
mayor que en ámbitos de aplicación con menor contaminación
atmosférica. Existen además límites físicos para la descarga de los
paraguas y la separación de los paraguas, que se definen en la
Publicación IEC 815. Para conseguir un recorrido de descarga
determinado según la longitud del aislador, los paraguas no se
pueden configurar de diámetro tan grande como se desee ni disponer
conjuntamente tan estrechamente como se desee. Para paraguas planos
se plantean también aquí límites, naturalmente.
Por tanto, se ha propuesto ya equipar los
paraguas de aisladores compuestos de plástico en su lado inferior
con surcos para el alargamiento del recorrido de descarga. Tales
aisladores se representan por ejemplo en el documento
EP-A 0 223 777 o en el documento
DE-A 11 80 017. Los aisladores allí descritos no
han dado buen resultado en la práctica. Los surcos en los lados
inferiores de los paraguas, tales como son conocidos también en
aisladores en forma de campana de vidrio o porcelana, tienden a
llenarse con suciedad de la atmósfera. Las propiedades de
auto-limpieza de tales aisladores son malas, porque
los surcos no pueden ser lavados por la lluvia. Como consecuencia se
originan elevadas conductividades superficiales en caso de niebla,
por lo que tales aisladores de materiales convencionales tienden a
producir saltos de chispas eléctricas, y los de plástico están
sometidos al peligro de formación de pistas de descarga o de
combustión parcial. Por tanto, hoy día se emplean, debido a su
mejor capacidad de auto-limpieza, aisladores tanto
convencionales como compuestos con paraguas planos sin surcos en
el lado inferior, en ámbitos con fuerte contaminación atmosférica.
Estos aisladores obtienen sus recorridos de descarga necesarios
gracias a grandes diámetros de paraguas y a una longitud
correspondientemente grande de los aisladores, que sin embargo no es
deseada.
El documento
GB-A-2 089 141 describe aisladores
compuestos de plástico, en los cuales los paraguas prefabricados
individuales han sido enchufados sobre una barra de fibra de vidrio
y en los cuales los paraguas, que pueden estar hechos de goma de
silicona, pueden estar configurados en el lado inferior planos o con
nervios según las figuras. Las juntas de los paraguas deben ser
puenteadas eléctricamente mediante anillos metálicos o cilindros
huecos entre sí.
El documento WO 92/10843 muestra aisladores en
forma de campana, en los cuales sobre una pieza de porcelana está
sujeto al menos una paraguas de un material polímero, por ejemplo
poli-dimetil-siloxano o copolímero
de
dimetil-siloxano/metil-vinil-siloxano.
Los lados inferiores de los paraguas pueden presentar nervios. Los
aisladores en forma de campana individuales pueden ser acoplados
mediante miembros de unión metálicos para formar cadenas de
aisladores.
El documento
EP-A-0 033 848 publica un
procedimiento para la fabricación de un aislador compuesto de
plástico, en el cual las barras de GFK son revestidas con paraguas
según un procedimiento de fundición inyectada o fundición a presión
inyectada, pudiéndose emplear modelos de varias piezas. Como
material de la envuelta en forma de paraguas se señala entre otros
un caucho de silicona.
Era objeto de la presente invención conseguir un
aislador de alta tensión, que con una longitud constructiva muy
reducida presente un recorrido de descarga aproximadamente de igual
longitud, que cumpla al mismo tiempo las dimensiones físicas según
la Publicación IEC 815, que pueda en su caso ser fabricado con
costes aún más reducidos y que presente propiedades de aislamiento
excelentes en caso de empleo en atmósfera fuertemente
contaminada.
Es también objeto conseguir un aislador de alta
tensión, que con la misma longitud constructiva presente un
recorrido de descarga aproximadamente de igual longitud, que cumpla
al mismo tiempo las dimensiones físicas según la Publicación IEC
815, que pueda ser fabricado con costes ampliamente reducidos y que
presente propiedades de aislamiento excelentes en caso de empleo en
atmósfera fuertemente contaminada.
Es objeto además conseguir un aislador de alta
tensión, que con una longitud constructiva reducida presente un
recorrido de descarga de igual longitud, que cumpla al mismo tiempo
las dimensiones físicas según la Publicación IEC 815, que pueda ser
fabricado con costes aún más reducidos y que presente propiedades
de aislamiento excelentes en caso de empleo en atmósfera
fuertemente contaminada.
Este objeto se alcanza según la invención
mediante un aislador del tipo genérico citado al principio, cuyas
características de caracterización consisten en que la envuelta en
forma de paraguas inclusive los abombados está hecha de una goma de
silicona HTV, que consiste esencialmente en
polivinil-dimetil-siloxanos y
materiales de relleno, y que es reticulada con ayuda de peróxidos,
o en que está hecha de otra goma de silicona a base de
poli-organo-dimetil-siloxanos,
en que la dureza Shore A de la envuelta en forma de paraguas
inclusive los abobados es superior a 40, y en que los abombados
curvados en forma de paraguas presentan en el lado inferior al menos
un surco (4) cada uno.
Se ha encontrado, de modo sorprendente, que en el
caso de aisladores compuestos de goma de silicona con un surco en el
lado inferior de los paraguas, y en contra de las expectativas de
los fabricantes y usuarios de aisladores, resultan mejores
propiedades aislantes que en aisladores conocidos hasta ahora de
otros materiales, pero con configuración geométrica de los paraguas
del mismo tipo.
Es preferente según la invención que varios
surcos estén dispuestos en la zona del lado inferior de los
abombados curvados en forma de paraguas. Los surcos deben poseer
además una profundidad mínima, medida como distancia de la cima al
valle, de al menos 1 mm, y preferentemente su profundidad debe estar
en el rango de 5 a 50 mm. La anchura de los surcos, medida como
distancia entre dos cimas próximas, puede estar en el rango de 3 a
200 mm, preferentemente en el rango de 5 a 80 mm. Es preferente
además, que en la zona de los surcos y de sus bordes no se
produzcan en absoluto ángulos de aristas vivas ni puntas, sino que
los mismos estén configurados redondeados. Las almas sobresalientes,
que sobresalen en voladizo entre los surcos, pueden ser verticales
o inclinadas empinadas. En caso de disposición concéntrica de
surcos próximos, se generan almas de forma cilíndrica o cónica. Los
surcos o almas respectivamente se extienden preferentemente
concéntricos alrededor del eje longitudinal, pero pueden también
estar conducidos no céntricamente.
En una forma de configuración preferente según la
invención, según la Publicación IEC 815 la relación de l_{4}/d se
debe limitar hacia arriba en el valor 5: mientras que la variable
l_{4}designa el recorrido de descarga real sobre la superficie de
un paraguas entre dos puntos, preferentemente en corte transversal
bajo inclusión del eje longitudinal en la superficie de sección
transversal, d representa la distancia más corta entre estos puntos
sobre el recorrido en el aire.
Los aisladores según la invención pueden ser
fabricados según el procedimiento descrito en el documento
DE-A-27 46 870, para lo que los
paraguas fabricados por separado son enchufados bajo tensado radial
sobre una barra de fibra de vidrio revestida con goma de silicona y
vulcanizados conjuntamente con esta capa de goma de silicona. El
procedimiento permite una amplia libertad en la elección de la
longitud constructiva de los aisladores y en la elección de los
recorridos de descarga deseados dando cumplimiento a los límites
para vuelo de paraguas y separación entre paraguas prescritos en la
Publicación IEC 815.
Como material para la envuelta en forma de
paraguas, en particular para los paraguas, se emplea
preferentemente goma de silicona, cuya dureza Shore A es mayor de
60, tal como proporcionan las gomas de silicona HTV (HTV = de
reticulación a alta temperatura), que consisten en
polivinil-dimetil-siloxanos y
materiales de relleno y son reticuladas con ayuda de peróxidos. Se
pueden emplear también otras gomas de silicona, en tanto sean
poli-organo-dimetil-siloxanos.
Las gomas de silicona, que son particularmente apropiadas según la
invención, se configuran preferentemente resistentes a la
inflamación, de modo que se alcance la clase de inflamabilidad FVO
según la Publicación IEC 707. Esto se puede conseguir mediante
aplicación del material de relleno hidróxido de aluminio o empleo
de un complejo de guanidina de platino. Además de la resistencia a
la inflamación mejorada, se alcanza también al menos la resistencia
a corrientes de descarga de alta tensión HK2 y la resistencia a
arco eléctrico de alta tensión HL2 según DIN VDE 0441 parte 1. Para
cumplir con la resistencia a corrientes de descarga de alta tensión
en la clase HK2, 5 probetas deben soportar, en un ensayo de varias
etapas, una tensión de 3,5 kV durante 6 horas. Para alcanzar la
resistencia a arco eléctrico de alta tensión en la clase HL2, 10
probetas deben poder ser sometidas con éxito a un arco eléctrico
durante más de 240 segundos de tiempo de encendido. El aislador de
alta tensión de goma de silicona según la invención cumple con la
resistencia a la difusión a alta tensión de la clase HD2 según DIN
VDE 0441 parte 1.
Para la fabricación de los aisladores según la
invención hay que tener en cuenta además que, durante el moldeado
de los paraguas a moldear con surcos, el llenado del molde en el
que son moldeados los paraguas se debe efectuar por completo y en
lo posible sin inclusiones de aire.
La combinación según la invención de diseño de
los paraguas y material ofrece aún más ventajas. Como es conocido,
la goma de silicona es un material caro, porque la síntesis de la
silicona parte de silicio puro. Los diseños de paraguas planos de
aisladores de goma de silicona se dirigen por tanto a minimizar el
empleo de material, lo que conduce a paraguas delgados. Los
paraguas delgados de goma de silicona, en particular los de gran
diámetro, son mecánicamente inestables, tienden a deformarse
durante su almacenamiento y transporte, y pueden también ser
dañados mecánicamente con facilidad. Mediante el empleo de surcos
en los lados inferiores de los paraguas, los paraguas se pueden
mantener de menor diámetro que los paraguas planos, para igual o
incluso mayor recorrido de descarga, y gracias a la acción de
refuerzo de los surcos en los lados inferiores de los paraguas
obtienen también un grado importante de solidez mecánica. El empleo
de material para los surcos es pequeño y es ampliamente compensado
por la longitud de los recorridos de descarga así obtenida, porque
un alargamiento del recorrido de descarga en paraguas planos sólo
se puede obtener mediante un aumento de diámetro, que se refleja
elevado al cuadrado en el coste de material.
El aislador de alta tensión según la invención en
forma constructiva compuesta se explicará a título de ejemplo con
ayuda de varios dibujos. Los dibujos y los ejemplos se orientan a
la Publicación IEC 815, en la que se contienen reglas para el
diseño de un aislador para conducción a la intemperie de alta
tensión, que comprenden también la disposición y configuración de
los paraguas:
Figura 1 muestra un corte transversal parcial del
aislador según la invención. El aislador contiene una barra (1) de
fibra de vidrio, que puede consistir por ejemplo en fibras de
vidrio embebidas en resina epoxi, que están dispuestas sin fin en
la barra, paralelamente al eje. La barra de fibra de vidrio (1)
está revestida por una capa (2) de goma de silicona continua sin
costura, que está vulcanizada adosada a la superficie de la barra
(1) de fibra de vidrio. Sobre la superficie de la capa (2) de goma
de silicona están dispuestos paraguas (3) de goma de silicona, que
están provistos de surcos (4) en su lado inferior. Los paraguas (3)
son prefabricados, enchufados con pretensado radial sobre la capa
(2) de goma de silicona y vulcanizados conjuntamente con ésta. En
el extremo del aislador se encuentra una de las dos armaduras
metálicas (5) del aislador para transmitir la fuerza de tracción de
la barra (1) de fibra de vidrio a la suspensión del aislador, no
representada. La armadura metálica (5) puede estar hecha por
ejemplo de acero, hiero fundido u otros materiales metálicos, y
unida con el extremo de la barra (1) de fibra de vidrio mediante
compresión radial. Figura 1 muestra un ejemplo de un aislador según
la invención con diámetros de paraguas alternos; se pueden emplear
también paraguas de igual diámetro o paraguas con diámetros que
varían de otro modo en la sucesión de paraguas.
Figura 2 muestra una representación esquemática
de paraguas de un aislador de conducción a la intemperie. Los
criterios de dimensionado esenciales son:
| Vuelo de paraguas | p, |
| Separación entre paraguas | s, |
| Recorrido de descarga correspondiente | l_{d} y |
| Distancia libre mínima entre dos paraguas | c. |
Las relaciones entre estas magnitudes geométricas
se describen en la Publicación IEC 815, Apéndice D, y valen:
c \geq 30 mm,
s/p \geq 0,8 para paraguas con surcos en el
lado inferior del paraguas,
s/p \geq 0,65 para paraguas con lado inferior
del paraguas liso,
l_{d} \leq 5.
El factor de recorrido de descarga CF es el
cociente entre el recorrido de descarga total l_{t} y la amplitud
de salto de chispa s_{t}: CF = l_{t} / s_{t} \leq 4.
En el factor de perfil PF se tiene en cuenta el
recorrido de descarga l, que puede ser por ejemplo idéntico al
recorrido de descarga l_{d}
(2p + s) / l
\geq
0,7.
En Figura 3 se representa el aislador según la
invención B en comparación con el aislador según el estado actual
de la técnica VB, los cuales se describen en mayor detalle en el
ejemplo 1.
Figura 4 representa el resultado de las
mediciones de corrientes de derivación durante un tiempo de ensayo
de 1000 horas para los aisladores B y VB descritos en el ejemplo 1,
en posición de montaje vertical (líneas poligonales inferiores) y
en posición de montaje horizontal (líneas poligonales superiores).
Los símbolos caracterizan el aislador B de dos paraguas y el
aislador VB de tres paraguas.
La invención se ha explicado más arriba a título
de ejemplo con un aislador de alta tensión para conducciones a la
intemperie. Naturalmente, el mismo se puede utilizar también para
aisladores compuestos de alta tensión con una envuelta en forma de
paraguas de goma de silicona, que se emplean como aisladores de
apoyo o como aisladores huecos, que sirven como alojamientos para
transformadores de medida, pasamuros y similares. La invención se
puede emplear ventajosamente en aquellos casos en los cuales los
aisladores convencionales de altura constructiva fija producen
problemas eléctricos desde el punto de vista de saltos de chispas
en ámbitos atmosféricos contaminados. Con ayuda de la invención se
pueden construir aisladores cuyo recorrido de descarga, para altura
constructiva constante, se puede adaptar a las condiciones
atmosféricas.
Ejemplos
comparativos
Se fabricaron en cada caso dos aisladores, tal
como se representan en Figura 3. Los aisladores según la invención
se designaron con B1, y los aisladores según el estado actual de la
técnica con VB1. Los dos tipos de aisladores se pueden considerar
como eléctricamente equivalentes, puesto que las amplitudes de
salto de chispas y los recorridos de descarga de ambos tipos son de
igual magnitud. Los cuatro aisladores se fabricaron según el
procedimiento descrito en el documento
DE-A-27 46 870. Los mismos estaban
hechos del mismo material del revestimiento en forma de paraguas, a
saber un polivinil-dimetil-siloxano
con materiales de relleno, que fue reticulado con ayuda de un
peróxido y que presentó una dureza Shore A de 80. Los materiales de
relleno consistieron en ácido cálcico obtenido de modo pirogénico e
hidróxido de aluminio. La resistencia al arco eléctrico de este
material fue superior a 240 s (HL 2); la resistencia a corrientes
de descarga de alta tensión se escalonó hasta HK 2, determinada
según DIN VDE 0441, parte 1. La resistencia a la inflamación según
la Publicación IEC 707 correspondió a la clase FVO, y la
resistencia a la difusión a alta tensión a la clase HD2.
En Figura 3 se designan con (11) y (12) los
diferentes tipos de paraguas del aislador según la invención B1,
que presentan surcos del tipo descrito en su lado inferior y que se
representan en detalle en Figura 1. Los paraguas (13) del aislador
VB1 están realizados lisos en su lado inferior. Los datos de los
paraguas empleados se reúnen en la Tabla 1.
El cálculo del recorrido de descarga de los dos
aisladores en Figura 3 se lleva a cabo sumando la suma de los
recorridos de descarga de los paraguas de cada aislador y además la
longitud L del aislador. Las medidas de los aisladores y las
relaciones determinadas según la Publicación IEC 815 se dan en la
Tabla 2.
La Tabla 2 muestra que ambos tipos de aisladores
cumplen los criterios señalados en la Publicación IEC 815 y que
eléctricamente son también plenamente idénticos. La cantidad
empleada de material de silicona se diferencia sólo muy ligeramente:
el aislador según la invención B1 precisó un 2,6% menos material de
silicona que el aislador VB1.
Los cuatro aisladores fueron sometidos a un
ensayo de duración eléctrico en una cámara de niebla. El ensayo se
describe en mayor detalle en la Publicación IEC 1109. En este
ensayo, sendos aisladores fueron dispuestos horizontal y
verticalmente en la cámara de niebla. La tensión de ensayo fue de
14 kV. Se generó artificialmente una niebla salina con una
conductividad de 16 mS/cm. Durante el ensayo se midieron
continuamente, durante 1000 horas, las corrientes de derivación que
se produjeron en los aisladores. Este ensayo fue soportado por los
cuatro aisladores tanto en posición horizontal como vertical,
puesto que durante el ensayo no se produjeron saltos de chispas, ni
se formaron pistas de descarga o erosión sobre los aisladores.
Figura 4 representa un diagrama con el desarrollo
temporal de las corrientes de derivación de los aisladores durante
el ensayo. El diagrama muestra una diferencia básica en el
comportamiento de los aisladores entre posición de montaje vertical
y horizontal. En posición de montaje vertical, ambos tipos de
aisladores mostraron un comportamiento francamente similar: Las
corrientes de derivación medias fueron de 0,03 mA para el aislador
según la invención B1, y de 0,015 mA para el aislador según el
estado actual de la técnica VB1.
Distinto fue el comportamiento en el caso de las
mediciones en los aisladores montados horizontalmente. Aquí, el
aislador según la invención B1 mostró una corriente de derivación
media de 20 mA , mientras que el aislador según el estado actual de
la técnica VB1 presentó una corriente de derivación aproximadamente
diez veces mayor de aproximadamente 200 mA como valor medio. El
efecto de los surcos según la invención se mostró en este ensayo en
el caso de la disposición horizontal de los aisladores. Este
resultado del ensayo fue sorprendente, porque en los aisladores con
paraguas con surcos hechos de otros materiales es conocido un peor
comportamiento aislante que en aisladores con paraguas sin
surcos.
El recorrido de descarga de los aisladores se
adapta al posterior ámbito de aplicación. Grandes contaminaciones
atmosféricas requieren grandes recorridos de descarga. Para este
ejemplo se fabricaron aisladores para una conducción a la
intemperie de 110 kV con un recorrido de descarga de 3350 mm. La
longitud constructiva del aislador, y por tanto también la longitud
fija L del aislador estaban predeterminadas. En la Tabla 3 se
señalan las características del aislador según el estado actual de
la técnica VB2 y las del aislador según la invención B2.
La amplitud de salto de chispa corresponde a un
hilo tensado sobre el aislador, de modo que en el caso de un
aislador posicionado verticalmente la misma se mide desde la arista
inferior de la armadura exterior, exteriormente sobre los paraguas
hasta la arista superior de la armadura inferior.
Para el aislador según la invención B2 se eligió
el tipo de paraguas 2 según la Tabla 1. El aislador VB2 se equipó,
como en el Ejemplo 1, con el tipo de paraguas 3. La Tabla 3 muestra
que ambos aisladores cumplían con los criterios citados en la
Publicación IEC 815. Desde el punto de vista eléctrico ambos
aisladores se deben considerar equivalentes, porque amplitud de
salto de chispa y recorrido de descarga total son aproximadamente
iguales. Sin embargo, para el aislador según la invención B2 el
coste de fabricación es claramente inferior que para el aislador
según el estado actual de la técnica VB2. Sólo son necesarios 19
paraguas en lugar de 24, y la cantidad de material de silicona para
la envuelta en forma de paraguas del aislador según la invención B2
es un 15,6% menor que en el caso del aislador VB2.
En caso de contaminación particularmente fuerte
de la atmósfera, tal como se encuentra por ejemplo en territorios
de costa con desiertos colindantes, se requieren también recorridos
de descarga extremos. Para el ejemplo 3 se fabricaron aisladores
para una conducción de 110 kV con un recorrido de descarga de 4050
mm. Se emplearon aisladores según el estado actual de la técnica VB3
y aisladores según la invención B3.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Para los aisladores según la invención B3 se
eligió el tipo de paraguas 1 según la Tabla 1. Los aisladores
comparativos VB3 se equiparon, como en los Ejemplos 1 y 2, con el
tipo de paraguas 3. Ambos aisladores cumplieron con los criterios
citados en la Publicación IEC 815. Sin embargo, debido a estos
criterios el aislador comparativo VB3 hubo de ser realizado más
largo que lo usual por lo demás para aisladores de 110 kV. Por el
contrario, el aislador según la invención B3 se pudo mantener con
la longitud usual. El mismo era un 17% más corto que el aislador
VB3. Y aún cuando necesitó la misma cantidad de material de
silicona que el aislador comparativo VB3, el número de paraguas se
pudo reducir sin embargo de 29 a 16, es decir un 45%. Esto
significa una clara ventaja desde el punto de vista de fabricación
para los paraguas.
Las ventajas de los aisladores según la invención
vinieron a apreciarse óptimamente en el caso de grandes
contaminaciones atmosféricas y elevadas tensiones eléctricas de
transmisión. En ámbitos fuertemente contaminados en territorios
desérticos próximos a la costa, para aisladores convencionales de
porcelana y vidrio fueron precisos recorridos de descarga
específicos de 50 mm/kV. Mediante el empleo de aisladores
compuestos con una envuelta en forma de paraguas según la invención
de elastómeros de silicona del tipo aquí descrito, el recorrido de
descarga específico se pudo reducir a 40 mm/kV. Para una tensión de
transmisión U_{max} de 420 kV, fue necesario por tanto un
recorrido de descarga del aislador de 16800 mm para los aisladores
compuestos del tipo descrito.
Este recorrido de descarga se pudo realizar de
diferentes formas. Según el estado actual de la técnica, se pueden
emplear paraguas con lado inferior liso y diámetros iguales o
alternados. Según la invención son posibles también aisladores
tanto con paraguas de igual diámetro como de diámetros de paraguas
alternados. En este ejemplo, dos tipos de aisladores según el estado
actual de la técnica con diámetros de paraguas alternados y
uniformes respectivamente se confrontaron con tres tipos de
aisladores según la invención. Para un recorrido de descarga de
16800 mm y un diámetro troncal del aislador de d = 30 mm
significan:
- VB4
- aislador según el estado actual de la técnica con diámetros de paraguas alternados de 168 y 134 mm alternativamente,
- VB4
- aislador según el estado actual de la técnica con diámetros de paraguas uniformes de 148 mm,
- B4
- aislador según la invención con diámetros de paraguas alternados (véase también Fig. 1) de 178 y 138 mm,
- B5
- aislador según la invención con diámetros de paraguas uniformes de 178 mm,
- B6
- aislador según la invención con diámetros de paraguas uniformes de 138 mm.
Teniendo en cuenta las reglas descritas en la
Publicación IEC 815 se obtuvieron para los distintos aisladores
diferentes magnitudes límite para su dimensionado. Las dimensiones
de los aisladores VB4, B4 y B5 estuvieron predeterminadas por el
factor de recorrido de descarga CF, que para estos aisladores se
debía mantener con un valor máximo de 4, lo que dio para estos
aisladores una longitud L del aislador de 4200 mm. El aislador VB5
estaba predeterminado en sus dimensiones por la relación de
separación entre paraguas a vuelo de paraguas (s/p). El aislador B3
estaba fijado por l_{d}/c.
Las dimensiones que se obtienen a partir de estas
condiciones límite se representan en la Tabla 5. En el caso de
diámetros de paraguas alternados hubo que tener en cuenta también
las relaciones de vuelo de los paraguas p_{1} y p_{2}
(p_{1} - p_{2} = 15 mm). El vuelo p de los paraguas se representa en Figura 2 en correspondencia con IEC 815.
(p_{1} - p_{2} = 15 mm). El vuelo p de los paraguas se representa en Figura 2 en correspondencia con IEC 815.
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La Tabla 5 permite apreciar que los aisladores
VB5 y B6 proporcionan aisladores más largos que los demás, y por
tanto no resultan preferentes. La solución más económica para un
aislador según el estado actual de la técnica fue el aislador VB4
con diámetros de paraguas alternados. Por el contrario, las dos
alternativas según la invención B4 y B5 ofrecieron la ventaja de un
ahorro de material. El número de paraguas se redujo notablemente en
el caso de las alternativas B4 y B5, a saber en un 35% y un 46%
respectivamente.
Los aisladores para esta finalidad de aplicación
presentaban un importante peso propio. Esto tenía la consecuencia,
en los aisladores según el estado actual de la técnica, de que en
caso de colocación de los aisladores sobre una superficie plana,
los paraguas se podían deformar de modo permanente debido a su
propio peso. Esto ocurrió particularmente en el caso de diámetros de
paraguas alternados, como en el aislador VB4, en el que hubo de
soportarse el peso del aislador formado por los 62 paraguas de gran
diámetro. Los aisladores B4 y B5 presentaron por el contrario
paraguas mecánicamente estables, que no experimentaron deformación
alguna durante el transporte de los aisladores.
Claims (12)
1. Aislador eléctrico de alta tensión de
plástico, que comprende al menos una barra (1) de fibra de vidrio,
al menos una envuelta (2) en forma de paraguas de goma de silicona
que rodea a la barra de fibra de vidrio, que presenta abombados (3)
dispuestos en la dirección del eje longitudinal del aislador,
concéntricos, curvados en forma de paraguas, de modo que forman un
lado superior convexo y un lado inferior cóncavo o plano, así como
armaduras metálicas (5) en ambos extremos del aislador,
caracterizado porque la envuelta en forma
de paraguas inclusive los abombados está hecha de una goma de
silicona HTV, que consiste esencialmente en
polivinil-dimetil-siloxanos y
materiales de relleno, y que es reticulada con ayuda de peróxidos,
o porque está hecha de otra goma de silicona a base de
poli-organo-dimetil-siloxanos,
porque la dureza Shore A de la envuelta en forma
de paraguas inclusive los abobados es superior a 40,
y porque los abombados curvados en forma de
paraguas presentan en el lado inferior al menos un surco (4) cada
uno.
2. Aislador eléctrico de alta tensión según la
reivindicación 1, caracterizado porque varios surcos (4)
están dispuestos en la zona del lado inferior de los abombados (3)
curvados en forma de paraguas.
3. Aislador eléctrico de alta tensión según la
reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el(los)
surco(s) posee(n) una profundidad mínima, medida como
distancia de la cima al valle, de al menos 1 mm.
4. Aislador eléctrico de alta tensión según la
reivindicación 3, caracterizado porque el(los)
surco(s) posee(n) una profundidad en el rango de 5 a
50 mm.
5. Aislador eléctrico de alta tensión según una
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la
anchura del (de los) surco(s), medida como distancia entre
dos cimas próximas, está en el rango de 3 a 200 mm.
6. Aislador eléctrico de alta tensión según la
reivindicación 5, caracterizado porque la anchura del (de
los) surco(s)
está en el rango de 5 a 80 mm.
está en el rango de 5 a 80 mm.
7. Aislador eléctrico de alta tensión según una
de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el (los)
surco(s) y sus bordes están configurados redondeados.
8. Aislador eléctrico de alta tensión según una
de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el
material para la envuelta (2) en forma de paraguas, en particular
para los abombados (3) curvados en forma de paraguas, es goma de
silicona, cuya dureza Shore A es como mínimo 60.
9. Aislador eléctrico de alta tensión según la
reivindicación 8, caracterizado porque la envuelta en forma
de paraguas contiene materiales de relleno inorgánicos, en
particular ácido cálcico pirogénico.
10. Aislador eléctrico de alta tensión según una
de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la
envuelta en forma de paraguas contiene hidróxido de aluminio o un
complejo de guanidina de platino.
11. Aislador eléctrico de alta tensión según una
de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque puede
ser sometido con éxito a un ensayo de resistencia al arco eléctrico
de alta tensión durante una duración de encendido de más de 240 s
según DIN VDE 0441, parte 1.
12. Aislador eléctrico de alta tensión según la
reivindicación 11, caracterizado porque puede ser sometido
con éxito a un ensayo de resistencia a corrientes de descarga de
alta tensión con una tensión de prueba de al menos 3,5 kV durante
un tiempo de 6 horas según DIN VDE 0441, parte 1.
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