UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS CIENCI AS DE LA L A INGENIERÍA Y APLICADAS APLICADAS CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA
ALTO VOLTAJE
TEMAS: DISRUPCIÓN
EN
LIQUIDOS,
DISRUPCION
EN
LIQUIDOS
COMERCIALES, PRUEBAS EN LIQUIDOS AISLANTES, EL ASKAREL, CARAC CARACTER TERIST ISTICA ICAS S DE LOS LOS MA MAT TERIALES ERIALES SOLIDO SOLIDOS S AISLA AISLANTE NTES, S, MECANISMOS DE DISRUPCION, PROCESOS DE ENVEJECIMIENTO DE AISLANTES, CORRIENTES SUPERFICIALES
AUTOR:
ELIESER MIRANDA
CICLO: NOVENO ELECTROMECANICA
FECHA DE PRESENTACIÓN: ! DE ENERO DE "#$ LATACUNGA%ECUADOR
& OBJ BJE ETIV TIVOS && && OBJE OBJETI TIVO VO GENE GENERA RAL L Investigar información específica acerca de la disrupción en líquidos puros y comerciales, además realizar un análisis del askarel y características de solidos aislantes, y procesos de envejecimiento de aislantes, con la finalidad de fortalecer los conocimientos impartidos en la catedra de Alto Voltaje.
"& FUNDA FUNDAMEN MENTA TACIO CION N TEÓRIC TEÓRICA A "&&& RUPTURA "& RUPTURA DIELEC DIELECTRI TRICA CA EN EN LIQUIDO LIQUIDOS S n la mayoría de los casos !ajo condiciones normales de presión y temperatura la capacidad diel"ctrica de los líquidos comparada con la de los gases es superior. sto sumado a las características anteriormente mencionadas #a #ec#o que las diversas aplicaciones o!liguen al estudio de los mecanismos de ruptura$ sin em!argo los conceptos físicos que e%plican este fenómeno a&n no presentan la profundidad ni la e%actitud de las teorías de disrupción en gases e incluso en sólidos. 'a investigación es el momento puede dividirse en tres escuelas de pensamiento
"&&&& E'()*+-* "&& E'()*+-* .) /0 ()1230 ()1230 .) .45+-* .45+-* )* 60+)+ 60+)+&& sta teoría es aplicada a líquidos puros y se !asa en la formación de una avalan avalanc#a c#a de electr electrone oness produc producida ida por la ioniza ionizació ción n sucesi sucesiva va de mol"cu mol"culas las cuando se somete dic#o líquido a un campo el"ctrico elevado. (e!ido a que procedimientos e%perimentales muestran que la conducción del líquido depende tanto de la temperatura como de la intensidad de campo, se #a concluido que los electrones iniciales son li!erados de los electrodos, ya sea por
la acción directa del intenso campo el"ctrico, tam!i"n llamada emisión de campo, o por emisión termoiónica. )ecientes investigaciones #an determinado la influencia de la interface electrodo líquido, en la formación de la descarga. s así como se plantea la segunda ley de equili!rio de la termodinámica, como el motivo del desprendimiento de electrones de los electrodos. sta emisión espontánea se presenta antes de #a!er campo el"ctrico y en una peque*a parte del electrodo, en donde la energía de salida es menor a + eV-. n el momento en que aparece una diferencia de tensión, los electrones emitidos empiezan a moverse desordenadamente a lo largo del diel"ctrico. Aunque pueden ser muc#os los electrones emitidos uno solo es el que lidera el proceso de la ruptura diel"ctrica. na vez que el electrón li!erado está en el líquido "ste es acelerado por la acción del campo el"ctrico #asta que gana la suficiente energía para ionizar las mol"culas al c#ocar con ellas, momento en el cual comienza la avalanc#a. Aunque esta teoría predice satisfactoriamente la magnitud relativa del valor crítico de rigidez diel"ctrica, no es e%acta para determinar los periodos de formación de la avalanc#a, ya que en la práctica son muc#o mayores.
"&&"& I7852)90+ +-/.0+ +5+8)*..0+ 'as partículas sólidas suspendidas en el diel"ctrico líquido aumenta la pro!a!ilidad de que se presente ruptura diel"ctrica ya que generalmente tienen una mayor permitividad que la del aislante que usando una nota!le disminución de la rigidez dial"ctica del medio. n esta teoría se consideran partículas polariza!les de forma esf"rica, las cuales se e%perimentan fuerzas las que provocan un desplazamiento #acia las regiones de mayor intensidad de campo. 'a sucesiva concentración de partículas origina la formación de un puente en el espacio interelectródico, lo que motiva la ruptura diel"ctrica, tal como se o!serva en la siguiente figura.
F6520 & /ormación del puente de partículas que produce la ruptura diel"ctrica en aislantes líquidos
"&&& P2)+)*;0 .) <52<5=0+& 'os líquidos aislantes con frecuencia presentan 0ur!ujas de elementos en fase gaseosa que, como las partículas sólidas, facilitan la ruptura diel"ctrica. 'os procesos que motivan la formación de !ur!ujas son1 • •
2ámaras de gas en la superficie de los electrodos 2am!ios en la temperatura y la presión del diel"ctrico
n este ensayo se comprue!a si la tensión de contorneamiento es realmente la especificada por el fa!ricante. sta tensión es aquella en la que se produce un arco o descarga disruptiva por la superficie del aislamiento entre el soporte metálico y el conductor. l ensayo se realiza sometiendo al aislador a una tensión cada vez más elevada entre la caperuza y el vástago, #asta que se produce el arco el"ctrico$ en ese momento estaremos ante la tensión de contorneamiento. l ensayo se realiza tam!i"n !ajo lluvia artificial controlada con una inclinación de 345 so!re el aislador. 'a tensión de contorneamiento !ajo lluvia es menor que en condiciones normales pero siempre de!e ser superior a la tensión nominal de empleo del aislador.
'os aisladores se fa!rican con el interior ondulado con el fin de aumentar la longitud que de!e recorrer el arco el"ctrico para que salte. sta distancia se llama línea de fuga y es una característica fundamental en los aisladores.
"&"& DISRUPCION EN LIQUIDOS 'os aislantes líquidos son ampliamente utilizados en equipos el"ctricos tales como transformadores, ca!les, capacitores, interruptores, etc. Además de su función aislante, tam!i"n cumple la función de medio refrigerante. 6 en casos particulares sirve para la e%tinción de arcos el"ctricos y lu!ricación de las partes móviles. Interruptores de potencia-
M0()20/ 0+/0*() 81/02: está caracterizado por un desequili!rio permanente de las cargas el"ctricas dentro de una mol"cula que se denomina dipolo, que en presencia de un campo el"ctrico tienden a girar. n los líquidos aislantes polares e%iste una li!re rotación de los dipolos a ciertas temperaturas y frecuencias, por lo que esos valores de temperatura y frecuencia #acen que desaparezcan sus propiedades aislantes, provocando grandes p"rdidas diel"ctricas.
M0()20/ 0+/0*() *1 81/02: no e%iste desequili!rio permanente de carga, puesto que la mol"cula no puede ser distorsionada ante la aplicación de un campo el"ctrico, por lo tanto no e%iste esa tendencia al giro. 'os materiales no polares, están e%entos de variación de las perdidas diel"ctricas por la variación de temperatura y de la frecuencia, y cualquier variación de la constante diel"ctrica o del factor de potencia, se produce gradualmente.
C020;()23+(;0+ .) /1+ 0+/0*()+ /3>5.1+ • • • • • • •
scasa tendencia a la sedimentación. 7ran esta!ilidad química. 8oca variación de su viscosidad ante diferentes valore de temperatura. 9uy alta temperatura de inflamación. 9uy !aja temperatura de congelamiento. 2asi nula a!sorción de #umedad. 9uy elevada rigidez diel"ctrica.
• •
)esistividad el"ctrica muy alta. 0uena conductividad t"rmica.
na de las principales ventajas de todos los aceites aislantes es su propiedad auto regenerativa, despu"s de una perforación diel"ctrica o de una descarga disruptiva, 'a mayor desventaja es que son inflama!les y pueden provocar acciones químicas por arcos el"ctricos o por descargas estáticas, con desprendimiento de gases com!usti!les que se vuelven e%plosivos al mezclarse con el aire. 'os procesos que ocurren durante la transición de un líquido altamente aislante, #asta la disrupción, son producidos por un proceso de avalanc#a por colisión de electrones, descarga electrónica-. 2onsideremos algunos de los más importantes1
"&& DISRUPCION EN LIQUIDOS PUROS E7+-* .) )/);(21*)+: n la interface líquido:electrodo se pueden presentar campos el"ctricos del orden de +;4 V
I*?);;-* .) )*)2630 )* )/ /3>5.1: 'a emisión de electrones representa una inyección de energía en el líquido ya que el campo tratará de acelerarlos a trav"s
del líquido. 8uesto que #ay muy poca pro!a!ilidad que los electrones adquieran energías que e%cedan la de ionización de las mol"culas del líquido =+; eV- de!e e%istir una transferencia de energía por colisión elástica de electrones con mol"culas.
P21;)+1+ .) ;1/+-*: n #idrocar!uros el principal proceso de colisión es la e%citación en las uniones moleculares, con frecuencias en el infrarrojo, produciendo elevaciones localizadas de temperatura, generándose luego conducción por calor. 'a energía disipada en este proceso depende de la configuración molecular y la densidad del líquido.
I*?);;-* /1;0/90.0 .) )*)2630: 'a presencia de #aces o rayos de electrones, originados en el cátodo pueden producir transferencia localizada de energía con la consiguiente elevación local de temperatura #asta la evaporación, formando micro !ur!ujas, diel"ctricamente más d"!il que el líquido. 'a ruptura se de!e a la razón de crecimiento del campo el"ctrico, a tal magnitud que alg&n electrón emitido por el cátodo en su recorrido #acia el ánodo, alcance la energía suficiente para ionizar las mol"culas del líquido, provocando una avalanc#a de electrones de tal magnitud que produzca la ruptura.
"&@& DISRUPCION EN LIQUIDOS COMERCIALES
'os líquidos comerciales usualmente pueden contener$ en comparación con los gases licuados, un alto grado de impurezas$ por ejemplo1 • • •
7ases disueltos >tros líquidos en suspensión o disueltosImpurezas sólidas
D+258;-* .)<.0 0 *;/5+1*)+ 60+)1+0+ 'as principales causas de la formación de !ur!ujas de gas en un líquido se pueden resumir1 2am!ios de temperatura, presión o agitación del líquido. Inclusiones gaseosas que no evacuaron cuando se llenó el líquido. na vez formada la !ur!uja de gas, tiende a alargarse de!ido a las fuerzas electrostáticas, #asta una longitud critica. l gas dentro de la !ur!uja se perfora produciendo descargas internas, que producen la descomposición de las mol"culas del líquido y se produce la disrupción.
D+258;-* .)<.0 0 <52<5=0+ />5.0+ 2uando un líquido aislante contiene en su seno una ?!ur!uja? de otro líquido, la I@BA0I'I(A( de "sta en el campo el"ctrico puede provocar la disrupción. e #a previsto que tam!i"n e%iste un reforzamiento del . l mecanismo es similar al anterior, la !ur!uja de aceite tiende a alargarse #asta un valor crítico, perforándose lo suficientemente cerca entre electrodos provocando la disrupción.
!ur!uja inicial
µm:nm
D+258;-* .)<.0 0 802(3;5/0+ +1/.0+ e #a demostrado que la presencia de peque*as partículas sólidas o fi!ras provoca una considera!le disminución de la rigidez diel"ctrica de los líquidos.
s decir son partículas con menor rigidez diel"ctrica, por lo que se polariza, y mediante la aplicación de la intensidad de campo puede formar un puente entre electrodos, produci"ndose la disrupción.
"&& PRUEBAS EN LÍQUIDOS AISLANTES 'os transformadores de potencia son elementos muy fia!les y seguros dentro de una red el"ctrica de potencia. @o o!stante, en los transformadores que emplean aislamiento líquido de alta inflama!ilidad, como el aceite mineral, el riesgo de incendio es elevado, de!ido a que contiene una gran cantidad de elementos com!usti!les que se encuentran en contacto con elementos en tensión. ste tra!ajo persigue o!tener la pro!a!ilidad de ocurrencia de incendio en un transformador de este tipo encuadrado en una instalación de cogeneración ficticia. 'a tasa de incendio en transformadores es peque*a, pero algunas encuestas realizadas recientemente sugieren que su n&mero de incendios esta creciendo significativamente en la <ima d"cada, los cuales suelen tener consecuencias económicas muy elevadas. 'a principal causa de incendio en los transformadores con aislamiento líquido de alta inflama!ilidad es la p"rdida de su aislamiento efectivo. 2uando esto sucede, aumenta la pro!a!ilidad de producirse un fallo que de lugar a un arco el"ctrico en su interior, el cual casi instantáneamente, vaporiza una masa del aceite de la cu!a. 'a cantidad de gas generada tiene una relación muy estrec#a con el nivel
energ"tico del arco el"ctrico. 2uando es alto, el gas formado se presuriza rápidamente, generando ondas de presión dinámica de gran magnitud en el aceite, que se propagan internamente por todo el transformador e interact&an con la estructura de la cu!a en muy pocos milisegundos. i las protecciones del transformador no consiguen despresurizar la cu!a rápidamente, puede llegar a romper. 2uando esto sucede, los gases se infaman en contacto con el o%igeno de!ido a la alta temperatura a la que se encuentran, produci"ndose una fuerte e%plosión que provoca la ignición del aceite y por lo tanto el incendio del transformador. 'os <imos estudios realizados so!re los dispositivos de alivio de presión de la cu!a, consideran su tiempo de respuesta insuficiente para conseguir que el aumento de presión provocado por estos fallos so!repase la resistencia mecánica de la cu!a. na de las soluciones a esta pro!lemática es el uso de fluidos diel"ctricos minerales que cumplan con un punto de inflama!ilidad alto, comercialmente e%isten algunos como son ):Bemp y 0etafluid, estos de tipo mineral, algunos semi sint"ticos como el aceite alfa, algunos !iodegrada!les producto de esteres naturales como lo es el /)C y otros tanto sint"ticos como el siliconado. n esta ocasión nos centraremos en las características que de!en cumplir los fluidos de tipo mineral con un alto punto de inflama!ilidad, esto tomando como !ase el estándar AB9 ( 4DDD. sta especificación descri!e un fluido de alto punto de com!ustión, para su uso como un medio diel"ctrico y de refrigeración en aparatos el"ctricos de distri!ución nuevos y en servicio, tales como transformadores e interruptores. l material discutido aquí es misci!le con otros aceites aislantes a !ase de petróleo, y puede que no sea misci!le con líquidos aislantes el"ctricos de origen no petrolero. 'os aceites aislantes de!erán ser compati!les con el material típico de la construcción de los aparatos e%istentes y satisfactoriamente mantendrá su característica funcional en su aplicación. sta especificación se aplica sólo para el aceite nuevo que se reci!e antes de cualquier procesamiento. 'os ejemplares de!erán
someterse a las prue!as adecuadas, y se ajustarán proporcionalmente a especificación física aspecto en el e%amen visual, el color en las unidades de la AB9, punto de com!ustión, punto de inflamación, punto de anilina, la tensión interfacial, punto de fluidez, densidad relativa y viscosidad cinemática-, el"ctricas tensión de ruptura diel"ctrica, tendencia a la gasificación, y el factor de disipacióny química comportamiento a la corrosión contra azufre, cloruros inorgánicos y contenido de sulfatos, índice de acidez, contenido de agua, esta!ilidad a la o%idación, contenido de in#i!idor a la o%idación, y el contenido de 820- en propiedades requeridas.
N1270+ ASTM (ED 9"todo de prue!a para /las# 8oint Bemperatura de inflamación e Igniciónen 2opa A!ierta 2leveland. (EF 9"todo de prue!a para 8unto de fluidez de 8roductos del 8etróleo. (++F 7uía para el muestreo, m"todos de prue!a y especificaciones para los Aceites de aislamiento el"ctrico de origen de petroleo. (334 9"todo de prue!a para la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos y 2álculo de la viscosidad dinámica-. (G++ 9"todos de ensayo para punto de anilina y 9i%to punto de anilina de productos derivados del petróleo y solventes de #idrocar!uros. (GG3 9"todo de prue!a para @&mero Acido de productos derivados del petróleo mediante valoración potenciom"trica. (HFF 9"todo de prue!a para Bensión de )uptura (iel"ctrica de líquidos aislantes usando electrodos de disco. (HFH 9"todo de prue!a para cloruros y sulfatos inorgánicos en aceites aislantes.
(EDC 8racticas para muestreos de 'íquidos Aislantes. (ED3 9"todo de prue!a para /actor de disipación o factor de potencia- y permitividad relativa constante diel"ctrica- de líquidos aislantes. (EF+ 9"todo de prue!a para la tensión interfacial del aceite contra el agua por el m"todo del anillo. (EF3 9"todo de prue!a para ácido y !ase num"rica por Bitulación con indicador de color. (+DF4 9"todo de prue!a para Azufre corrosivo en Aceites aislantes. (+DEH 9"todo de prue!a para determinar la densidad, densidad relativa gravedad específica- o gravedad A8I de petróleo crudo y productos líquidos del petroleo por el 9"todo del idrómetro. (+4;; 9"todo de prue!a para color AB9 de productos de petróleo AB9 escala de colores-. (+4D3 9"todo de prue!a para el e%amen visual de Aceites aislantes derivados de petroleo en el campo. (+4CC 9"todo de prue!a para determinar el contenido de agua en líquidos aislantes por coulom"tria Jarl /isc#er. (+H+G 9"todo de prue!a para la determinación de la tensión de ruptura diel"ctrica por electrodos semiesf"ricos V(-. (DC;; 9"todo de prue!a determinar la tendencia a la gasificación y ionización de líquidos aislantes de origen mineral 9"todo modificado 8irelli-. (D33; 9"todo de prue!a para esta!ilidad a la o%idación de aceites aislantes de origen mineral.
(DGGH 9"todo de prue!a para D,G:di:terc:!util: p:cresol y D,G:di:terc:!util fenol en líquidos aislantes por a!sorción de infrarrojo. Berminología (DHG3 relativo a aislantes el"ctricos 'íquidos y 7ases. (C3HF specificación para aceite 9ineral Aislante usado en aparatos el"ctricos. (3;4E 9"todo de prue!a para el análisis de los !ifenilos policlorados en líquidos aislantes por cromatografía de gases. (3FGH 9"todo de prue!a para el análisis de D,G:di:terc:!util paracresol y D,G:di: terc:!util fenol en líquidos aislantes por cromatografía de gases.
C2170(1620430 .) G0+)+& 9ateriales diel"ctricos sumergidos en aceite pueden descomponerse !ajo la influencia de esfuerzos t"rmico:el"ctricos y en consecuencia, generan gases de diferente composición los cuales se disuelven en el aceite.
'a naturaleza y cantidad de estos gases que pueden ser reco!rados y analizados pueden indicar el tipo y grado de anormalidad responsa!le de la generación de gas. u velocidad de generación y los cam!ios en la concentración de gases específicos respecto al tiempo, tam!i"n se utilizan para evaluar la condición del aparato el"ctrico.
A*/++ F+;1>537;1 E/;(2;1 0/ A;)()& 2on el o!jetivo de determinar la calidad y vida &til del líquido aislante ya sea nuevo, en servicio o regenerado-, se realizan prue!as de la!oratorio, tales como$ • • • • • • • •
2olor. (ensidad )elativa. 8unto de Inflamación. Bensión Interfacial. 2ontenido de agua. @umero de @eutralización. Bensión de ruptura diel"ctrica. /actor de potencia y resistividad al aceite.
A*/++ .) F520*1+& 'os compuestos furanicos se generan por la degradación de materiales de celulosa utilizados en los sistemas de aislamiento solido del equipo el"ctrico. Altas concentraciones o incrementos inusuales en la concentración de los compuestos furanicos en el aceite pueden indicar la degradación de la celulosa por condiciones de envejecimiento o fallas incipientes. sta t"cnica nos ayuda a determinar la vida &til que todavía tiene el equipo el"ctrico.
D)();;-* .) PCBS&
'os 820K, son una serie de compuestos organoclorados, que constituyen una familia de D;E congeneres, los cuales se forman mediante la cloración de diferentes posiciones del !ifenilo, +; en total$ que poseen una estructura química orgánica similar y que se presentan en una variedad de formas que va desde líquidos grasos #asta sólidos cerosos.
M5)+(2)1& l muestreo correcto, ya sea total o parte de un aceite aislante, es de e%trema importancia desde el punto de vista de la evaluación de la calidad del producto que se muestrea.
"&$& LOS AISLANTES SÓLIDOS 'os aislantes utilizados para separar conductores o equipos el"ctricos respecto de tierra o de otros conductores o equipos, pueden ser de varios tipos dependiendo de los requerimientos de tensión, espacio, función y costos. l aislamiento de aire es utilizado fundamentalmente en muc#os equipos de alta tensión, normalmente líneas a"reas y equipos de su!estaciones-. 'os aislamientos con gases diferentes del aire, en general, poseen alta rigidez diel"ctrica y no son inflama!les y aunque su disponi!ilidad comercial tiene un costo moderado su utilización es costosa. Bal es el caso de las su!estaciones encapsuladas con #e%afluoruro de azufre. 'os aisladores sólidos, cuyo comportamiento es el tema central de este !oletíntienen la gran característica de poder proveer un soporte rígido o fle%i!le a equipos o conductores el"ctricos. 'os aislamientos con líquidos más utilizados son los aceites minerales, especialmente para transformadores y reactores.
C17812(07)*(1 .) /1+ 0+/0*()+ +-/.1+ n los aislamientos sólidos no se presenta la regeneración total del diel"ctrico despu"s de la perforación el"ctrica, tampoco una renovación constante del
diel"ctrico, como sucede en los aislamientos de aire y con carácter limitado, en los aislamientos líquidos y gaseosos confinados. 'o anterior quiere decir que, para la porcelana el"ctrica una vez ocurra la perforación, quedará li!re el camino, por donde a un nivel de tensión inferior que la primera vez, se presentará de nuevo el arco por el interior del aislador. s conveniente aclarar que, cuando se #a!la de perforación de la porcelana el"ctrica, no se está refiriendo al flameo por el aire e%terior al aislador, ya sea por su contorno, distancia de fuga- o !uscando la menor distancia entre los puntos que aísla, distancia de arco-, ya que en tal caso sí se recuperan sus características aislantes totalmente. 2uando se analiza la pro!a!ilidad de perforación de un aislamiento sólido durante una determinada so!retensión, #ay que tener en cuenta que "sta depende directamente de las propiedades del material aislante com!inación de materias primas y calidad de proceso- como tam!i"n de otros tipos de fenómenos como son1
"&$&& L0 0/()20;-* )* 45*;-* .)/ ()781 .) /0 )+(25;(520 43+;1 >537;0 .)/ 70()20/ ntre las alteraciones usuales sufridas por algunos materiales se pueden citar las siguientes1
I*)+(0</.0. >537;0 e consideran químicamente inesta!les los materiales que sufren reacciones químicas, como lo son casi siempre los compuestos orgánicos. n condiciones normales, estas reacciones son muy lentas y su velocidad de ocurrencia es en general fuertemente dependiente de la temperatura, incrementándose al aumentar esta-. n general la duración de la vida &til t- de un aislante sólido puede ser e%presada en función de la temperatura a!soluta B-, ya que esta determina la alteración de sus propiedades físico:químicas como puede o!servarse en la siguiente ecuación.
'a porcelana el"ctrica no sufre reacciones químicas con los cam!ios de temperatura naturales a que pueda ser sometida durante su tra!ajo, lo anterior, por no poseer materiales orgánicos y por estar dise*ada para soportar condiciones e%tremas. na forma de compro!ar la gran esta!ilidad química de la porcelana el"ctrica frente a los cam!ios de temperatura es la prue!a llamada ?c#oque t"rmicoL que consiste en +; cam!ios sucesivos y !ruscos de temperatura ente 3 y +;;52, cada uno durante +; minutos. >tros dos factores que afectan fuertemente la velocidad de las reacciones químicas en los aislantes sólidos son la presencia de aire y de #umedad. na de las características más importantes de la porcelana el"ctrica es que tiene Mporosidad ceroL, la cual se logra sometiendo la pasta al vacío y controlando que a&n despu"s de su salida del #orno, no se presenten internamente Mmicroporos o microgrietasL$ la forma de c#equear la porosidad, es la llamada Mcámara de fucsinaL, que consiste en sumergir fragmentos de porcelana sin esmalte- en una solución de + gramo de fucsina !ásica disuelta en un litro de alco#ol al 4;N, en una cámara de presión a +; k'!s<8ulD durante dos #oras. Al terminar la prue!a las piezas se de!en secar y romper para compro!ar la no penetración del colorante por peque*as grietas. Además el aislador de porcelana el"ctrica es recu!ierto de un esmalte a compresión que además de mejorar sus cualidades mecánicas y apariencia física, le !rinda una superficie lisa que le ayuda a su autolimpieza natural con la lluvia y el viento.
O'.0;-*
Algunos materiales, en presencia del aire, y especialmente en presencia de ozono, sufren reacciones de o%idación com!inación con el o%ígeno-, con la consecuente alteración de sus propiedades mecánicas y el"ctricas. s el caso, normalmente, de los aislamientos derivados del petróleo como sucede con el polietileno-, la reacción de o%idación es acelerada si el material se encuentra e%puesto a la acción de radiaciones electromagn"ticas, como las originadas por la luz intensa.
H.2-/++ Algunos materiales en presencia de #umedad y a temperaturas relativamente elevadas, sufren reacciones de #idrólisis descomposición de ciertos compuestos por acción del agua-, con consecuente alteración de sus propiedades el"ctricas y mecánicas. s el caso, normalmente, de algunos poli"steres.
M620;-* .) +5+(0*;0+ >537;0+ 0;(0+ n algunas sustancias aislantes, a temperaturas relativamente elevadas, ocurre una migración de sustancia químicas activas para la superficie, donde, en consecuencia ocurren reacciones químicas con alteración de propiedades el"ctricas. 8or ejemplo, en algunos tipos de vidrio con elevada proporción de sodio, a temperaturas altas y en presencia de #umedad, ocurre un proceso de este tipo, con una rápida degradación de las propiedades aislantes.
C1*(07*0;-* l contacto de algunas sustancias aislantes con otras sustancias, provoca efectos que aceleran las reacciones y conducen a una degradación de las propiedades el"ctricas y mecánicas. 8or ejemplo, el petróleo y el polipropileno se degradan muy rápidamente a temperaturas elevadas, en contacto con conductores de co!re$ y la celulosa cuerpo sólido, !lanco, insolu!le en el agua, formado por la
mem!rana envolvente de las c"lulas vegetales- se degrada muy rápidamente en presencia de peque*as cantidades de sustancias ácidas.
D)()2121 )/);(21>537;1 Algunas sustancias aislantes contienen iones, resultantes de la ionización de impurezas o de una peque*a ionización de la propia sustancia aislante. n presencia de un campo el"ctrico los iones son alineados por los electrodos, siguiendo un proceso de electrólisis, descomposición a nivel atómico de un cuerpo por medio de la electricidad-, donde estos pierden la carga el"ctrica y se originan reacciones químicas del material de los electrodos con las sustancias aislantes, lo anterior puede conducir al deterioro de las propiedades mecánicas y el"ctricas del material aislante. sta degradación es, en general, muy importante en corriente continua donde se mantiene la orientación del campo. 2on corriente alterna una parte de las reacciones de electrólisis es parcialmente compensada a lo largo del ciclo, lo que reduce, comparativamente con sistemas de corriente continua, sus efectos. 'a concentración de iones en el aislante es aumentada fuertemente por algunas impurezas introducidas en el diel"ctrico durante su proceso de fa!ricación y durante su montaje. @ormalmente la velocidad de las reacciones de electrólisis aumenta rápidamente con la temperatura. A temperaturas muy elevadas, los iones son móviles en el seno del material, esto se cumple en aislantes inorgánicos como el vidrio y materiales cerámicos. 'as sustancias aislantes constituidas por mol"culas polares, esto es, no sim"tricas, son fuertemente afectadas por peque*as cantidades de sustancias contaminantes. 'a acción electroquímica y el proceso !ásico de deterioro de algunos diel"ctricos, normalmente de condensadores con aislamiento de papel, se detiene cuando se logra evitar la formación de arcos en cavidades. l proceso de electrólisis puede ser atenuado, juntando al material peque*as cantidades de sustancias que act&en como captadores de los #idrogeniones li!erados por electrólisis. 'os
#idrogeniones li!erados por electrólisis se agrupan preferi!lemente con esas sustancias impregnante del papel-. n muc#os casos, se consigue un aumento importante de la vida &til del diel"ctrico juntando peque*as cantidades de sustancias que Ma!sor!anL las impurezas iónicas presentes inicialmente en el diel"ctrico, o resultantes de la acción electroquímica so!re el diel"ctrico. l proceso de degradación electroquímica es muc#as veces relativamente lento, no siendo detectado en los ensayos de duración relativamente cortos-. @ormalmente, en el caso de los diel"ctricos usados en condensadores, este mecanismo es muy importante y es necesario tomar precauciones especiales en el ensayo para asegurar que la vida &til del equipo no es condicionada por el deterioro electroquímico. Algunas veces, peque*as cantidades de impurezas iónicas resultantes de los materiales usados en la fa!ricación de los equipos, conducen a una reducción muy importante de su vida &til. n algunos materiales aislantes, normalmente papel impregnado de aceite, se da la ionización del material para campos el"ctricos elevados inferiores a los que conducen a una disrupción rápida-. na vez desencadenada la ionización y eventualmente en presencia de una so!retensión, la ionización persiste, aunque la tensión se reduzca a los valores normales de servicio. n presencia de la ionización y aplicando la tensión normal de servicio, puede verificarse un aumento gradual de ionización, que conduce a una disrupción el"ctrica relativamente lenta. 8ara esos materiales la tensión de servicio de!e ser suficientemente !aja para que, en el caso de la má%ima so!retensión a que pueda estar sometida, el campo el"ctrico no alcance el valor correspondiente al inicio de la ionización. s !ásicamente un condicionamiento de este tipo, el que limita, por ejemplo el campo el"ctrico de los condensadores constituidos por papel impregnado en aceite. n algunos materiales aislantes, por ejemplo, papel impregnado con difenil clorinado, al aplicarles una so!retensión se ionizan, luego se les reduce la tensión a valores normales y con esto la ionización se aten&a en vez de aumentar. (e esta forma, el campo el"ctrico en el diel"ctrico en servicio, deja de ser limitado por la condición de ocurrir ionización para la más alta tensión posi!le, lo que permite, en principio, utilizar este material con campos el"ctricos más elevados.
"&& ENVEJECIMIENTO DE LOS MATERIALES AISLANTES Brae como consecuencia la conductividad del propio material aislante, con el consecuente aumento de las p"rdidas diel"ctricas. 8or ejemplo, en el caso de que el material sea sometido a una tensión elevada a frecuencia industrial de larga duración, #ace que aumenten las p"rdidas, con el correspondiente aumento de la temperatura. 8ara algunos materiales el aumento de la temperatura trae un aumento de las p"rdidas el"ctricas por conductividad, lo que agrava el aumento de la temperatura resultante de la so!retensión. Inclusive puede ocurrir que la temperatura, por vía de la conjugación de los dos efectos referidos, tienda a aumentar indefinidamente ocurriendo una Minesta!ilidad t"rmicaL y por lo tanto, deterioro diel"ctrico.
"&& E*)=);7)*(1 .) /1+ 70()20/)+ 0+/0*()+ 812 )*)=);7)*(1 .) /1+ 70()20/)+ ;1*.5;(12)+ .)/ )>581 'a ocurrencia de so!retensiones intensas de muy corta duración de origen atmosf"rico- o la presencia de cortocircuitos con corrientes muy elevadas y de muy corta duración, traen como consecuencia el envejecimiento de los conductores y de igual manera el envejecimiento de los materiales aislantes en contacto con los mismos, con la consecuente alteración de las propiedades el"ctricas y de la estructura físico:química del diel"ctrico. 8ara evitar esto con la porcelana el"ctrica y sus #errajes cuando los tiene-, se les coloca una capa de pintura !ituminosa que además de servir al #erraje de protección contra el cemento, proporciona una junta de e%pansión entre "ste y la porcelana el"ctrica.
"&!& CORRIENTES SUPERFICIAL Y VOLUMÉTRICA EN UN DIELÉCTRICO& 'a corriente superficial, es consecuencia de la contaminación que se ad#iere a la superficie del aislante y de las imperfecciones superficiales del material. stos dos elementos permiten esta!lecer caminos de menor resistencia a la corriente. s por ello que el nivel de contaminación y la #umedad am!iental juegan un papel importante en la conducción superficial del aislante, ya que crean caminos de !aja
resistencia en la superficie del aislante, lo que trae como consecuencia el aumento de la corriente de superficie.
'a corriente volum"trica, circula por todo el volumen del diel"ctrico, y depende de la estructura molecular del material, del nivel de #umedad a!sor!ida y de la geometría características físicas- de dic#o diel"ctrico. 'os aislantes tienen cierto grado de porosidad, por tanto a!sor!en #umedad, la cual produce una disminución de la resistencia volum"trica del diel"ctrico. sta disminución de la resistencia volum"trica trae como consecuencia un aumento de la corriente volum"trica. 'as variaciones de la corriente volum"trica sirven para determinar el grado de degradación y el estado físico del diel"ctrico. 'a corriente volum"trica está formada por dos componentes. na es la corriente de conducción, que es una corriente formada por las cargas li!res que provienen de las impurezas e imperfecciones del material y que son impulsadas por el campo el"ctrico aplicado. 'a otra es la corriente de polarización. (urante el proceso de polarización las cargas positivas y negativas en enlaces, no se mueven #acia la superficie del material, como sucede en el caso de los conductores, sino que sus respectivos centroides se desplazan ligeramente de su posición original relativa, creando numerosos dipolos el"ctricos tal como se muestra en la figura
ste desplazamiento del centroide de las cargas, en contraposición a las fuerzas de los enlaces, producto de la aplicación del campo el"ctrico, es la que otorga al material la #a!ilidad de almacenar energía el"ctrica. ste tipo de energía es análoga a la energía almacenada en un resorte, es decir es un tipo de energía potencial. Al eliminar el campo el"ctrico, las cargas regresan a su estado de energía original, e%cepto por una fracción de la energía que se pierde por roces entre iones en los procesos de orientación, lo cual produce un calentamiento del aislante. 'a corriente de polarización aumenta con el aumento de la intensidad de campo el"ctrico, y solo tiene importancia cuando el campo el"ctrico es originado por tensiones alternas. (espu"s de considerar los procesos de conducción en un diel"ctrico, se puede llegar a definir un modelo circuital del mismo. n la figura 4 se muestra el circuito equivalente de un aislante. •
'a corriente superficial genera p"rdidas por calor por lo que se puede
•
representar como una resistencia )s. 'a corriente volum"trica en sus dos componentes1 o 'a corriente de conducción se puede representar como una
•
resistencia )c, de!ido a las p"rdidas que genera la misma. o 'a corriente de polarización, tam!i"n genera p"rdidas por lo que se representa como una resistencia )p. 'a 2, capacitancia ideal del diel"ctrico.
• •
"&#&EL ASKAREL
s un aceite oscuro, no flama!le, utilizado como aislante y refrigerante, de!ido a sus resistencias a temperaturas e%tremas !ajas o altas-. 8or el gran potencial to%ico y contaminante es altamente peligroso y carcinógeno.
N17<2)+ ;)*(34;1+ PCB: 8olicloro 0itelino DPC: (ifelino o 0ifelino 8oliclorado. ustancias manufacturadas con e%celente esta!ilidad t"rmica y diel"ctrica
COP+: 2ompuestos que resisten la degradación fotoquímica, química y !ioquímica, lo que causa que su vida media sea elevada y perdure como nocivo.
A*();).)*()+ +(-2;1+ • • • • •
intetizados por primera vez en la d"cada de +HH;. 2loro O 0enceno menos com!usti!ilidad y e%plosión. mpezaron a fa!ricarse desde +EC;. Pan 2#emical-. e pro#i!ió su utilización a partir de+EF;. u producción finalizo a mediados del decenio +EH;.Inutilización de!ido a graves accidentes.
D+(2<5;-* +)6* +5+ 5+1+ istemas A!iertos1 DEND.istemas 2errados1 44N Bransformadores1 DHN 2ondensadores1 +GN Arrancadores1 ++N istemas cerrados no el"ctricos1 +3N Varios1 DN
A8/;0;1*)+ • •
Bransformadores el"ctricos y condensadores AV,0V-. 9otores, electro magnetos, interruptores y reguladores.
• • • • • • • • • • • •
2a!les el"ctricos con óleo y fluidos aislantes. 0alastos y antiguos electrodom"sticos BV, ornos, etc.-. istemas #idráulicos y transferencia de calor. 'u!ricantes de tur!ina de gas y de vapor ellos de cierre de !om!as de vacío Aceites de corte y de moldeo, compresores de gases 8lastificantes en ad#esivos, cauc#os, selladores, etc olventes de pinturas, tintas y lacas o !arnices 8laguicidas, agroquímicos y !arras detergentes. 9ateriales de construcción1 asfaltos, filtros, paneles, etc. Agentes desempolvantes y aceites de inmersión. Bratamiento de madera y análisis de viscosidad
E4);(1+ )* /0 +0/5. • •
Brastornos (ermatológicos 2'>)A2@Q- por vapores. Brastornos del sistema nervioso central dolor de ca!eza, mareos,
•
depresiones, nerviosismo y fatiga. 8"rdida de 8eso, disfunciones inmunológicas, pro!lemas reproductivos. 'esión #epática1 omnolencia, Indigestión, @ausea, Ictericia, 2recimiento
•
del #ígado y de!ilidad + a Dmg
•
M).1 07<)*() • • • • • •
'ipofílicos acumulan en tejidos grasos-. e acumulan en los sedimentos acuosos 2onsumidos por especies que se alimentan enlec#o marino 8ropiedades antiastrogenicas in#i!en calcio en la cáscara del #uevo-. 8ropiedades antiandrógenos, efectos en la reproducción de los mac#os umo de la quema contamina aire tierra y agua
M0*)=1 .) )>581 ;1* PCB •
• • •
6a no se fa!rica 820, quipo a&n en servicio Bransformadores y condensadores. vitar y reducir al mínimo los desec#os1 fugas y vertidos. 2ontener, recoger y almacenar cualquier fugas y vertidos 9antenimiento1 formación especial en procesos de limpieza.
•
quipo fuera de servicio.: 9anipular y almacenar con seguridad antes de
•
eliminarlo. vitar contaminación del lugar de mantenimiento. (esec#os de 820 de!en ser etiquetados
& BIBLIOGRAFIA && B
&"& B
0oletin
+31
Aislantes,
disponi!le
en
el
enlace1
#ttp1<
Análisis
del
'íquido
Aislante,
(isponi!le
en
#ttp1<
9>6A, 2arlos1 2aracterización de un diel"ctrico mediante envejecimiento por tensión
alterna,
(isponi!le
en
#ttp1<
arc#ivo.ucCm.es
