líneas eléctricas soportadas por aisladores cerámicos tipo pin en California, EE.UU.
10 kV ceramic aislador, mostrando cobertizos
los conductores aéreos para la transmisión de energía eléctrica de alto voltaje están desnudos y aislados por el aire circundante. Los conductores para voltajes más bajos en la distribución pueden tener algo de aislamiento, pero a menudo también están desnudos., Se requieren soportes aislantes llamados aisladores en los puntos donde están soportados por postes para servicios públicos o torres de transmisión. También se requieren aisladores cuando el cable entra en edificios o dispositivos eléctricos, como transformadores o disyuntores, para aislar el cable de la caja. Estos aisladores huecos con un conductor dentro de ellos se llaman Bujes.
MaterialEdit
Los aisladores utilizados para la transmisión de potencia de alto voltaje están hechos de vidrio, porcelana o materiales poliméricos compuestos., Los aisladores de porcelana están hechos de arcilla, cuarzo o alúmina y feldespato, y están cubiertos con un esmalte suave para arrojar agua. Los aisladores hechos de porcelana rica en alúmina se utilizan donde la alta resistencia mecánica es un criterio. La porcelana tiene una resistencia dieléctrica de aproximadamente 4-10 kV / mm. el vidrio tiene una resistencia dieléctrica más alta, pero atrae la condensación y las formas irregulares gruesas necesarias para los aisladores son difíciles de fundir sin tensiones internas. Algunos fabricantes de aisladores dejaron de fabricar aisladores de vidrio a finales de la década de 1960, cambiando a materiales cerámicos.,
recientemente, algunas empresas eléctricas han comenzado a convertir a materiales compuestos de polímero para algunos tipos de aislantes. Estos se componen típicamente de una barra central hecha de plástico reforzado con fibra y un cobertizo exterior hecho de caucho de silicona o caucho monómero de etileno propileno dieno (EPDM). Los aisladores compuestos son menos costosos, más livianos y tienen una excelente capacidad hidrofóbica. Esta combinación los hace ideales para el servicio en áreas contaminadas. Sin embargo, estos materiales aún no tienen la vida útil probada a largo plazo del vidrio y la porcelana.,
DesignEdit
buje de cerámica de alto voltaje durante la fabricación, antes del acristalamiento (1977)
la ruptura eléctrica de un aislador debido a un voltaje excesivo puede ocurrir de una de dos maneras:
- Un Arco de punción es conducción del material del aislador, causando un arco eléctrico a través del interior del aislador. El calor resultante del arco generalmente daña el aislante irreparablemente., El voltaje de la punción es el voltaje a través del aislador (cuando está instalado en su manera normal) que causa un arco de la punción.
- Un Arco de flashover es una ruptura y conducción del aire alrededor o a lo largo de la superficie del aislante, causando un arco a lo largo de la parte exterior del aislante. Los aisladores se diseñan generalmente para soportar el flashover sin daño. El voltaje de Flashover es el voltaje que causa un arco de flash-over.
La mayoría de los aisladores de alto voltaje están diseñados con un voltaje de descarga más bajo que el voltaje de perforación, por lo que parpadean antes de perforar, para evitar daños.,
La Suciedad, la contaminación, la sal y, en particular, el agua en la superficie de un aislante de alto voltaje pueden crear una ruta conductora a través de él, causando corrientes de fuga y descargas repentinas. El voltaje de flashover se puede reducir en más del 50% cuando el aislador está mojado. Los aisladores de alto voltaje para uso en exteriores están diseñados para maximizar la longitud de la trayectoria de fuga a lo largo de la superficie de un extremo a otro, llamada longitud de fuga, para minimizar estas corrientes de fuga. Para lograr esto, la superficie se moldea en una serie de corrugaciones o formas de disco concéntricas., Estos generalmente incluyen uno o más cobertizos; superficies en forma de Copa orientadas hacia abajo que actúan como paraguas para garantizar que la parte de la trayectoria de fuga de la superficie debajo de la «Copa» se mantenga seca en clima húmedo. Las distancias mínimas de fuga son de 20-25 mm / kV, pero deben aumentarse en zonas de alta contaminación o de sal marina en el aire.
tipos de aisladoreseditar
un aislante trifásico utilizado en líneas de distribución, típicamente fase a fase de 13.8 kV. Las líneas se mantienen en un patrón de diamante, aisladores múltiples utilizados entre los polos.,
estas son las clases comunes de aisladores:
- aislador de pasador: como su nombre indica, el aislador de tipo pasador está montado en un pasador en el brazo transversal del poste. Hay una ranura en el extremo superior del aislante. El conductor pasa a través de esta ranura y está atado al aislador con alambre recocido del mismo material que el conductor. Los aisladores tipo Pin se utilizan para la transmisión y distribución de comunicaciones y energía eléctrica a voltajes de hasta 33 kV., Los aisladores hechos para tensiones de funcionamiento entre 33 kV y 69 kV tienden a ser muy voluminosos y se han vuelto antieconómicos en los últimos años.
- aislador de Poste: un tipo de aislador en la década de 1930 que es más compacto que los aisladores de tipo pin tradicionales y que ha reemplazado rápidamente a muchos aisladores de tipo pin en líneas de hasta 69 kV y en algunas configuraciones, se puede hacer para funcionar a hasta 115 kV.,
- aislador de suspensión: para tensiones superiores a 33 kV, es una práctica habitual utilizar aisladores de tipo suspensión, que consisten en una serie de discos de vidrio o porcelana conectados en serie por enlaces metálicos en forma de cadena. El conductor está suspendido en el extremo inferior de esta cuerda mientras que el extremo superior está asegurado al brazo transversal de la torre. El número de unidades de disco utilizadas depende de la tensión.
- aislador de tensión: se utiliza un callejón sin salida o un poste de anclaje o una torre donde termina una sección recta de la línea o se angula en otra dirección., Estos postes deben soportar la tensión lateral (horizontal) de la sección recta larga del alambre. Para soportar esta carga lateral, se utilizan aisladores de deformación. Para líneas de baja tensión (menos de 11 kV), los aisladores de grilletes se utilizan como aisladores de tensión. Sin embargo, para las líneas de transmisión de alta tensión, se utilizan cadenas de aisladores de casquillo y pasador (suspensión), Unidos al brazo transversal en una dirección horizontal. Cuando la carga de tensión en las líneas es extremadamente alta, como en largos tramos de Río, se utilizan dos o más cuerdas en paralelo.,
- aislador de grillete: en los primeros días, los aisladores de grillete se usaban como aisladores de tensión. Pero hoy en día, se utilizan con frecuencia para líneas de distribución de baja tensión. Estos aisladores pueden utilizarse en posición horizontal o vertical. Se pueden fijar directamente al poste con un perno o al brazo transversal.
- Buje: permite que uno o varios conductores pasen a través de una partición, como una pared o un tanque, y aísla los conductores de ella.,
- Línea de aislador de apoyo
- la Estación de aislador de apoyo
- Corte
Suspensión insulatorsEdit
| voltaje de Línea (kV) |
Discos |
|---|---|
| 34.,4 | |
| 600 | 44 |
| 750 | 59 |
| 765 | 60 |
Suspension insulator string (the vertical string of discs) on a 275 kV suspension pylon
Suspended glass disc insulator unit used in suspension insulator strings for high voltage transmission lines
Pin-type insulators are unsuitable for voltages greater than about 69 kV line-to-line., Los voltajes de transmisión más altos usan cuerdas aislantes de suspensión, que se pueden hacer para cualquier voltaje de transmisión práctico agregando elementos aislantes a la cuerda.
Las líneas de transmisión de mayor voltaje generalmente usan diseños de aisladores de suspensión modulares. Los cables están suspendidos de una «cadena» de aisladores idénticos en forma de disco que se unen entre sí con pernos de horquilla metálicos o enlaces de bola y zócalo. La ventaja de este diseño es que las cuerdas aislantes con diferentes voltajes de ruptura, para su uso con diferentes voltajes de línea, se pueden construir utilizando diferentes números de las unidades básicas., Además, si una de las unidades aislantes de la cadena se rompe, se puede reemplazar sin descartar la cadena completa.
Cada unidad está construida de un disco de cerámica o vidrio con una tapa de metal y un pasador cementado en lados opuestos. Para hacer que las unidades defectuosas sean obvias, las unidades de vidrio están diseñadas para que una sobretensión cause un arco de punción a través del vidrio en lugar de una descarga repentina. El vidrio es tratado térmicamente por lo que se rompe, haciendo visible la unidad dañada. Sin embargo, la resistencia mecánica de la unidad no cambia, por lo que la cadena del aislador permanece unida.,
Las unidades aisladoras de disco de suspensión estándar tienen un diámetro de 25 centímetros (9,8 pulgadas) y 15 cm (6 pulgadas) de largo, pueden soportar una carga de 80-120 kN (18-27 klbf), tienen un voltaje de descarga en seco de aproximadamente 72 kV y están clasificadas a un voltaje de funcionamiento de 10-12 kV. Sin embargo, el voltaje de flashover de una cadena es menor que la suma de sus discos componentes, porque el campo eléctrico no se distribuye uniformemente a través de la cadena, sino que es más fuerte en el disco más cercano al conductor, que parpadea primero., Anillos de clasificación de Metal a veces se agregan alrededor del disco en el extremo de alto voltaje, para reducir el campo eléctrico a través de ese disco y mejorar el voltaje de flashover.
en líneas de muy alta tensión el aislador puede estar rodeado por anillos de corona. Estos consisten típicamente en toros de aluminio (más comúnmente) o tubos de cobre Unidos a la línea. Están diseñados para reducir el campo eléctrico en el punto donde el aislador está conectado a la línea, para evitar la descarga de corona, lo que resulta en pérdidas de potencia.,
HistoryEdit
Una foto reciente de un alambre poste de telégrafo ruta con aisladores de porcelana. Quidenham, Norfolk, Reino Unido
los primeros sistemas eléctricos en hacer uso de aisladores fueron las líneas telegráficas; se encontró que la fijación directa de cables a postes de madera daba resultados muy pobres, especialmente durante el clima húmedo.
los primeros aisladores de vidrio utilizados en grandes cantidades tenían un agujero de alfiler sin rosca., Estas piezas de vidrio se colocaron en un pasador de madera cónico, que se extendía verticalmente hacia arriba desde el brazo transversal del poste (comúnmente solo dos aisladores a un poste y tal vez uno en la parte superior del poste mismo). La contracción Natural y la expansión de los cables atados a estos «aisladores sin rosca» resultó en aisladores que se desprendían de sus pasadores, lo que requirió un nuevo secado manual.,
entre los primeros en producir aisladores cerámicos se encontraban empresas en el Reino Unido, con Stiff y Doulton utilizando gres desde mediados de la década de 1840, Joseph Bourne (más tarde renombrado Denby) produciéndolos desde alrededor de 1860 y Bullers desde 1868. La patente de utilidad número 48.906 fue concedida a Louis A. Cauvet el 25 de julio de 1865 para un proceso para producir aisladores con un agujero roscado: los aisladores de tipo pin todavía tienen agujeros roscados.
la invención de aisladores tipo suspensión hizo posible la transmisión de energía de alto voltaje., A medida que los voltajes de la línea de transmisión alcanzaban y pasaban los 60.000 voltios, los aisladores requeridos se volvían muy grandes y pesados, con aisladores hechos para un margen de seguridad de 88.000 voltios siendo aproximadamente el límite práctico para la fabricación e instalación. Los aisladores de suspensión, por otro lado, se pueden conectar en cadenas el tiempo que sea necesario para el voltaje de la línea.
se han fabricado una gran variedad de aisladores telefónicos, telegráficos y eléctricos; algunas personas los coleccionan, tanto por su interés histórico como por la calidad estética de muchos diseños y acabados de aisladores., Una organización de coleccionistas es la Asociación Nacional de aisladores de los Estados Unidos, que cuenta con más de 9.000 miembros.
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