Propiedades de Los Aislantes Liquidos

PROPIEDADES DE LOS AISLANTES LÍQUIDOS

.. .. APLIC APLICACI ACION ON DE LOS ACEIT ACEITES ES MINE MINERAL RALES ES COMO COMO DIEL DIELECT ECTRIC RICOS OS DE DE CONDENSADORES............................ ........................................... .............................. ............................. ............................. ............................................... ................................ 14 5. 5.1. 5.1.

ACEI ACEITE TES S SINT SINTET ETIC ICOS OS AISLA ISLANT NTES ES.............................. ............................................ ............................. ............................. ....................... ......... 15 ESTU ESTUDI DIO O DE UN ACEI ACEITE TE SINT SINTET ETIC ICO O AIS AISLA LANT NTE E # EL PYR PYRAL ALEN ENE E.....................16 5.1.1.

Propiedades físicas: físicas: ............................ .......................................... ............................. .............................. ............................. ........................... ............. 17

5.1.2.

Propiedades químicas químicas::............................ .......................................... ............................. ............................. ............................. ........................17 .........17

5.1.3.

Propiedades eléctricas eléctricas::............................ .......................................... ............................. ............................. .....................................17 .......................17

5.1..

Propiedades fisiológicas: fisiológicas: ............................. ........................................... ............................. ............................. .................................18 ...................18

5.1.5.

Condiciones de utilización de los PYALE!E: .......................................................18

5.2. .2.

APLI APLICA CACI CION ONES ES A LOS LOS TRAN TRANSF SFOR ORMA MADO DORE RES S.........................................................18

5.3. .3.

APLI APLICA CACI CION ONES ES A LOS LOS CON CONDE DENS NSAD ADOR ORES ES...............................................................19

5.. ..

APLI PLICACIO ACIONE NES S A LOS LOS CA CABLES BLES##............................. ............................................ ............................. ......................................19 ........................19

5.5. .5.

OTRAS APLICACIONES#............................ ........................................... ............................. ..................................................... ....................................... 19 5.5.1.

"ransformadores "ransformadores # capacitores con fluido dieléctrico a $ase de %ifenilos Policlorados: Policlorados: ............................ ........................................... .............................. ............................. ............................. ..................................................... ...................................... 20

5.5.2.

El &' ( ( # sus productos de descomposición:..............................................................20

5.5.3.

)randes transformadores aislados con gas &' ( :......................................................21

TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN-EPIEL-FIPS-UNSA

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INTRODUCCIÓN Los aislantes líquidos son materiales que permanecen como tales en las aplicaciones eléctricas (mquinas! aparatos! componentes en "eneral# $ que cuando se encuentran en ser%icio no e&perimentan nin"una trans'ormacin 'ísica o química importante. )e emplean para llenar espacios con dieléctrico *omo"éneo! para disipar el calor $ para apa"ar arcos! como por e+emplo en, trans'ormadores! ca-les! capacitores! aisladores pasantes! interruptores $ otros aparatos. )u presencia incrementa la ri"ide dieléctrica entre partes pudiéndose o-ser%ar aislantes slidos impre"nados $ aparatos sumer"idos en líquido aislante. Las propiedades 'ísicas de los dieléctricos líquidos como por e+emplo, peso especí'ico! conducti-ilidad térmica! calor especí'ico! constante dieléctrica! %iscosidad! dependen de su naturalea! es decir de la composicin química! pero su ri"ide dieléctrica! adems est li"ada a 'actores e&ternos como por e+emplo, impurea en suspensin! en solucin! *umedad! etc.! que! "eneralmente! reducen su %alor! de"radando la característica importante. /l aire $ otros "ases tienen ele%adísima resisti%idad $ estn prcticamente e&entos de pérdidas dieléctricas su ri"ide dieléctrica crece a medida que aumenta la presin. /l aire tiene una modesta ri"ide! del orden de 32 picocm a la presin normal (1 -ar#! de alrededor de 160 cm a 10 -ar $ apro&imadamente 500 cm a 30 -ar. La ele%ada ri"ide dieléctrica a las ms altas presiones se utilia en los interruptores de aire comprimido para el apa"ado del arco. )e destaca que cada descar"a en aire produce la 'ormacin de oono acti%o! noci%o en particular para los aislantes a -ase de "oma. /l "as que se *a utiliado $ di'undido desde los 70 en las aplicaciones eléctricas por sus e&celentes propiedades es el )6! comparado con el aire es me+or aislante o-ser%ndose en la Figura-1! que para una misma presin la ri"ide es del orden del do-le que la que corresponde al aire! adems es me+or conductor del calor! cuando se descompone por arcos eléctricos se recom-ina en tiempo menores! en consecuencia se *a impuesto en aplicaciones de alta tensin $ recientemente se *a di'undido en aplicaciones de media tensin. )e lo utilia a una presin de 6 -ar re'erido a una temperatura de 20  para que no se lice a temperaturas mu$ -a+as (25 #. :n material aislante polar esta caracteriado por un desequili-rio permanente en las car"as eléctricas dentro de cada molécula. /n electrotecnia! este sistema de car"as desequili-rada se denomina dipolo $ tiende a "irar en un campo eléctrico. /n un material aislante no polar! no e&iste desequili-rio permanente de car"a puesto que la molécula no puede ser distorsionada por la aplicacin de un campo eléctrico. Los materiales


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no polares estn e&entos de %ariacin de la temperatura o de la 'recuencia! $ cualquier %ariacin de la constante dieléctrica o del 'actor de potencia! se produce "radualmente. ;or su estructura química! se puede predecir si un material es polar o no polar. La ma$oría de los *idrocar-uros son no polares $! por consi"uiente! los *idrocar-uros líquidos $ sus deri%ados sern los me+ores aislantes líquidos! o sea! que conser%aran de 'orma permanente sus propiedades dieléctricas a cualquier temperatura $ 'recuencia.

'igura*+


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MARCO TEÓRICO 1. PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES LÍQUIDOS 1.1.

LÍQUIDOS POLARES Y NO POLARES

1.1.1. Líquidos polares:
1.1.2. Líquidos no polares: =o tienen desequili-rio permanente de car"a! no e&iste tendencia al "iro. )in %ariacin -rusca de las pérdidas dieléctricas! conducti-ilidad o 'actor de potencia por cam-io de la temperatura o 'recuencia. >La ma$oría de los ?@ABCDBE:BC) son =C ;CLDB/)! son los me+ores aislantes líquidosF.

1.2.

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA

La conducti%idad eléctrica en corriente continua de los dieléctricos líquidos! es de naturalea inica $ tiene alto coe'iciente de temperatura (es decir! que cuanto ms se ele%a la temperatura ms conductor se *ace el material considerado#. /l cam-io de conducti%idad en 'uncin de la temperatura! esta e&presado por, G H Go ea< G H conducti%idad a 20I! en siemens  cm. a H constante! distinta para cada liquido. < H temperatura a-soluta! en JI. /l aumento de conducti%idad con la temperatura es el resultado de un aumento en la mo%ilidad de los iones! que se produce por la disminucin de la %iscosidad. La conducti%idad de los líquidos puros puede ser incrementada por pequeKas cantidades de impureas o de *umedad! que se ionian rpidamente en el líquido.

1.3.

RIGIDEZ DIELÉCTRICA

La per'oracin en líquidos puros se produce pro-a-lemente! por un proceso de ioniacin similar al de los "ases. Los cam-ios de presin no e+ercen prcticamente nin"n e'ecto! pero el aumento de temperatura disminu$e la resistencia a la per'oracin. /n los líquidos impuros! la per'oracin se produce con tenciones muc*o menores! la ms importante de ellas es la presencia de 'i-ras u otras partículas solidas en suspensin! que a-sor-en las impureas! pro%ocando puentes o canales si su constante dieléctrica es ma$or que la del líquido.


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La presin aumenta la ri"ide dieléctrica por impedir la eliminacin de los "ases o la %aporiacin de los líquidos. /l 'actor potencia de la ma$oría de aislantes líquidos no polares! est comprendido entre 0!0001 $ 0!01. /l 'actor de potencia a 50? est in'luenciado por la conducti%idad eléctrica en corriente continua $ su %alor acostum-ra a duplicarse cada 10  20I de ele%acin de la temperatura. /n el campo de las altas 'recuencias el 'actor de potencia de los dieléctricos no polares apenas %aría con la temperatura.

2. PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES LÍQUIDOS 2.1.

VISCOSIDAD

/s la resistencia de los líquidos a 'luir. La %iscosidad, • • •

/s proporcional a la super'icie ) de la lmina. /s proporcional a la %elocidad de traslacin %. /s in%ersamente proporcional al espesor * de la lmina. % H :M)(%  *#

 H 'uera de roamiento. ) H super'icie de la lamina. % H %elocidad de traslacin. * H espesor de la lamina. : H coe'iciente de %iscosidad a-soluta. La unidad de %iscosidad a-soluta es el poise. ( 1 poise H (dina & se".#  cm #. La %iscosidad de los aislantes líquidos disminu$e al ele%ar su temperatura $! en muc*os casos! resulta con%eniente conocer esta %ariacin cuando dic*os líquidos *an de tra-a+ar a temperaturas relati%amente ele%adas.

2.2.

PUNTOS DE INFLAMACIÓN Y DE COMBUSTIÓN

)e denomina punto de in'lamacin de un líquido! a la temperatura mínima a la cual los %apores desprendidos por el líquido se in'laman en presencia de una llama. N punto de com-ustin es la temperatura partir de la cual! el líquido arde ininterrumpidamente durante 5 se"undos! por lo menos.

2.3.

PUNTOS DE CONGELACIÓN Y DESCONGELACIÓN

D -a+as temperaturas! los aislantes líquidos se %uel%en ms %iscosos. La primera anormalidad que se o-ser%a al descender la temperatura! es la aparicin de una especie de nie-la en la masa del líquido la temperatura a que tiene lu"ar este 'enmeno! se denomina! punto de nie-la. )i continuamos el descenso de la temperatura! lle"a un momento en que el


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liquido se solidi'ica (punto de con"elacin# o sea la temperatura en que la masa liquida se *a con%ertido en un cuerpo solido. N cuando el líquido con masa solida se %uel%e a con%ertir en líquido a esa temperatura especí'ica se denomina punto de descon"elacin.

2..

O!IDACIÓN Y POLIMERIZACIÓN

/n presencia de o&i"eno $ -a+o los e'ectos de temperaturas ele%adas muc*os materiales aislantes líquidos tienden a o&idarse! 'ormando deposito "ranulosos o de consistencia -ituminosa. /sta alteracin es tanto ms pronunciada cuando ms ele%ada es la temperatura.

2..1. La oxidación: de un aislante líquido se traduce por un aumento de %iscosidad! de la temperatura de in'lamacin de los %apores $ del contenido de cidos.

2..2. El fenómeno de polimerización: o a"lomeracin de %arias moléculas en una sola se presenta en al"unos aislantes líquidos cu$a composicin química no es esta-le. ;or e'ecto de esto! el aislante líquido se %uel%e ms %iscoso $ disminu$e su poder re'ri"erante. Los 'enmenos de o&idacin $ de polimeriacin pro%ocan! so-re todo! la 'ormacin del alquitrn $ de as'alto! por lo que los materiales aislantes líquidos que pueden pro%ocar la 'ormacin de estas sustancias! no son aptos para su empleo como dieléctricos $a que con ello quedan disminuidos su poder re'ri"erante $ su ri"ide dieléctrica. Los e'ectos de o&idacin $ de polimeriacin pueden estar pro%ocados por la presencia de o&í"eno! por las temperaturas ele%adas de 'uncionamiento! por la accin de los arcos eléctricos $ su-si"uientes 'enmenos de ioniacin $ de 'ormacin de oono! etc. /stos procesos pro"resan con el tiempo! pro%ocando el en%e+ecimiento de los materiales aislantes líquidos que pierden! pro"resi%amente! sus -uenas cualidades 'ísicas! químicas $ eléctricas.

2.5.

CONTENIDO DE "CIDOS

Los depsitos slidos contenidos en los materiales aislantes líquidos producen di%ersos productos cidos que tienen un e'ecto corrosi%o so-re los metales $ constitu$en un peli"ro para los de%anados $ pieas metlicas! que pueden quedar destruidos por per'oracin rpida de los aislantes que a su %e se descomponen $ dis"re"an.

3. MATERIALES AISLANTES LÍQUIDOS EMPLEADOS EN ELECTROTECNIA ;ara la utiliacin de un material líquido como dieléctrico! es necesario que ten"a -uena esta-ilidad química! de 'orma permanente. Los materiales líquidos que renen -uenas cualidades dieléctricas $ -uena esta-ilidad química son! casi todos! aceites %e"etales $ minerales! con%enientemente tratados! que reci-en el nom-re "eneral de $%&'(&) $')*$+(&). Ddems se emplean otros materiales sintéticos! como *idrocar-uros clorados $ las siliconas liquidas 'inalmente! al"unos


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productos como el tetraclorudo de car-ono $ el a" ua pura! de-en considerarse tam-ién como líquidos aislantes aunque! por di%ersas circunstancias! que se e&aminaran en su momento! no tienen aplicacin directa como tales materiales aislantes.

3.1.

ACEITES AISLANTES

Los aceites aislantes se emplean de di%ersas maneras, en los trans'ormadores e interruptores! por inmersin de estos aparatos en la impre"nacin de materiales 'i-rosos $ otros materiales como! por e+emplo! en la 'a-ricacin de conductores eléctricos. Los aceites secantes (aceite de linaa $ otros# se emplean en la 'a-ricacin de -arnices aislantes $ como recu-rimiento de papeles $ materiales te&tiles. inalmente! se emplean tam-ién como dieléctricos de condensadores. ;rcticamente! todas las %ariedades de aceite tienen -uenas propiedades dieléctricas. Los aceites que pueden emplearse como materiales aislantes de-en tenerse en cuenta las si"uientes características, • • • • • • • • • • •

:na de las principales %enta+as de todos los aceites aislantes es su propiedad de autor re"enerarse después de una per'oracin dieléctrica o una descar"a disrupti%a sin em-ar"o! *a$ que tener en cuenta! que esta propiedad no es independiente de la ener"ía de descar"a $! si esta es mu$ ele%ada! puede so-recalentar el aceite! pro%ocando su com-ustin. La ma$or des%enta+a de los aceites aislantes es que son in'lama-les $ pueden pro%ocarse acciones químicas por arcos eléctricos o por descar"a esttica! por desprendimiento de "ases com-usti-les! como el *idro"eno e *idrocar-uros li"eros (metano! etc.#! que se %uel%en e&plosi%os al meclarse con aire. Los aceites utiliados en aplicaciones electrotécnicas se clasi'ican en,   

Dceites %e"etales Dceites resinosos Dceites minerales


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

Dceites minerales meclados con resinas

3.1.1. Aceites vegetales: Los aceites %e"etales se emplean! so-re todo! para la impre"nacin de papeles $ te+idos aislantes $ como secantes en la 'a-ricacin de -arnices aislantes. Los ms interesantes desde el punto de %ista electrotécnico son ,

E* $%&'(& ,& *'+$$ se o-tiene a partir de las semillas del lino! el aceite se e&trae por prensado $ en caliente al"unas %eces! con a$uda de disol%ente! tales como el éter de petrleo. Dun después de 'iltrado! contiene impureas que de-en eliminarse. ;ara ello! se procede por decantacin! de+ando que las impureas se depositen en el 'ondo o! en otros casos! por procedimientos di%ersos (calentamiento $ en'riamiento sucesi%os! empleo de sustancias químicas! etc.# que aceleran el proceso de puri'icacin del aceite. )u peso especi'ico a 15I es de 0!932 a 0!936 "rcm su constante dieléctrica / H 3!3 $ su resisti%idad %olumétrica es de 0!61 & 10 o*mios cmcm.

E* $%&'(& ,& (/+0 tam-ién llamado aceite de madera de c*ina! se e&trae de las semillas del r-ol tun". /stas semillas son parecidas a las nueces ordinarias $ lle%an %arias celdillas que contienen un "ramo cada una se secan! se tuestan $! 'inalmente! se trituran! e&tra$endo posteriormente el aceite por presin. /l aceite 'resco es mu$ %enenoso $ de olor desa"rada-le! est constituido a -ase de cidos "rasos. /ntre sus propiedades ms importantes estn la de que se seca mu$ rpidamente! tanto en tiempo seco como en tiempo *medo $ de que acta como un acelerador en las meclas de aceites linaatun" $a que se secan mas rpido +untos que separados. )u peso especi'ico a 15I es de 0!938 a 0!942 "rcm su constante dieléctrica es de / H 3!5 $ su resisti%idad %olumétrica de 0!08 & 10 o*mios cmcm.

3.1.2. Aceites resinosos: )on productos que resultan de la destilacin seca de colo'onia $ otras resinas naturales! $a no se emplean como dieléctricos de trans'ormadores donde *a sido sustituidos por los aceites minerales $ apenas se utilian para la impre"nacin de conductores eléctricos. )u principal aplicacin est en la preparacin de masas aislantes de relleno para man"uitos de empalme! man"uitos terminales! etc. de ca-les su-terrneos! $a que tienen -uena capacidad de penetracin del papel aislante $ -uenas propiedades dieléctricas. Lo nico es que tiene el incon%eniente de su tendencia a la polimeriacin.

3.1.3. Aceites minerales: )e utilian casi en todas las aplicaciones electrotécnicas que precisan de aceites aislantes (interruptores! condensadores! trans'ormadores! etc.# $ so-re todo en ser%icios en los que el aceite aislante liquido *a$a de estar en contacto con el aire! de-ido! principalmente! a sus -uenas propiedades dieléctricas! su e&celente esta-ilidad química $ su -aratura en comparacin con los aceites aislantes de ori"en %e"etal. )e e&traen de los petrleos -rutos $ estn constituidos por meclas! en di%ersas proporciones! de %arios *idrocar-uros. )e di%iden en 2 "randes "rupos,


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',%$4/) )$(/$,). •

Dli'ticos (en cadena a-ierta#.
•

cu-iertos! tam-ién se les llama para'inas. íclicos (en cadena cerrada# . )on tam-ién químicamente esta-les! pero pueden dar ms 'cilmente productos de sustitucin.

',%$4/) + )$(/$,). •

Cleo'ínicos (en cadena a-ierta#! estos tipos de *idrocar-uros pueden a-sor-er

•

*idro"eno! o&i"eno $ au're.
Las di'erentes clases de aceites minerales son 3,

1. A%&'(&) $$67+'%)! cuando se o-tiene ms de 65O de *idrocar-uros para'ínicos. 2. 3.

3.2.

;roceden! principalmente! de los $acimientos petrolí'eros de ;enns$l%ania. A%&'(&) $)6$*('%)! constituidos principalmente por *idrocar-uros terpénicos. ;roceden de cali'ornia $ te+as! $ son los menos apropiados para aplicaciones aislantes. A%&'(&) +$6($*8+'%)! contienen ms de 65O de *idrocar-uros cíclicos. /stn casi totalmente e&entos de para'ina! son químicamente mu$ esta-les $ prcticamente incon"ela-les a las ms -a+as temperaturas de /uropa occidental. ;roceden de los $acimientos petrolí'eros de la :.B.).).

PROPIEDADES DE LOS ACEITES MINERALES

/n los di%ersos países se *an re"lamentado las características 'ísicas! químicas $ eléctricas mínimas! que de-en cumplir los aceites minerales para que puedan utiliarse como dieléctricos. Peso específico, /l peso especí'ico constitu$e una característica de cada clase de aceite $! por lo tanto! un punto de re'erencia importante para poderlo clasi'icar. Proporción de cenizas, Dunque los *idrocar-uros puros no contienen nin"n metal (calcio! silicio! sodio! *ierro! etc.# en los aceites minerales e&isten pequeKas cantidades! que alteran des'a%ora-lemente sus propiedades dieléctricas. Dl calcinar un aceite mineral! quedan los metales -a+o la 'orma de &idos o de sales! mientras que el aceite propiamente dic*o se %olatia $ se queman sus partes or"nicas no %oltiles. )e"n las prescripciones alemanas! la proporcin total de cenias! no de-e ser superior a 0!001O. -iscosidad, ;ara la circulacin del aceite $! por lo tanto! para su poder re'ri"erante! tiene muc*a importancia su roamiento interno! es decir su %iscosidad. )e"n las normas


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alemanas la %iscosidad no de-e ser superior a 8I /n"ler! a una temperatura de 20I $ no superior a los 2!5I /n"ler! para una temperatura de 500I se"n las normas 'rancesas. /stos %alores después de-en e&presarse en unidad es de %iscosidad a-soluta (centipoises#. ;ara eso se *io una relacin entre am-os tipos de unidades! a tra%és de una 'ormula. Contenido de .cidos, =o de-e ser superior a 0!005 mili"ramos de JC?! necesarios para neutraliar 1 cm de aceite. Contenido de azufre, ;ara conocer la e&istencia de au're! se sumer"e una %arilla de co-re pulimentada $ se o-ser%a cuanto tiempo tarda en enne"recerse la %arilla! a una temperatura de 85I. ;ara considerar el aceite como un -uen aislante! la %arilla no de-e enne"recerse. )i el aceite contu%iere au're! de-e eliminarse meclando con el aceite! antes de la destilacin pol%o metlico! el cual se com-ina con el aceite! 'ormando un compuesto! que queda con los residuos de la destilacin. Contenido de .lcalis, Los aceites minerales aislantes de-en de estar e&entos de lcalis. Contenido de /umedad, La cantidad de *umedad in'lu$e nota-lemente en el %alor de la ri"ide eléctrica del aceite! cuando esta proporcin es alta! puede denunciarse su presencia! sumer"iendo en el aceite una -arra metlica al ro+o %i%o! porque entonces produce un c*irrido. /l aceite mineral para aplicaciones aislantes de-e d e estar e&ento de *umedad.

)i a causa del a"ua contenida en un aceite aislante! se acusa un descenso aprecia-le de la ri"ide dieléctrica! de-e procederse a la eliminacin de la *umedad so-rante. ;ara ello puede calentarse el aceite *asta 120I *asta que reco-re un %alor acepta-le de su ri"ide dieléctrica! el nico incon%eniente de este procedimiento es que se pierda una cantidad aprecia-le de aceite! por e%aporacin. Dctualmente! para des*idratar el aceite durante su 'uncionamiento! $ a medida que se %a 'ormando a"ua en el seno del aislante! se emplea *$ %&+('6/0$%'9+: que consiste en colocar el aceite caliente (para reducir el e'ecto del roamiento interior# en un tam-or "iratorio con lo que el a"ua $ dems impureas! que tienen ma$or peso que el aceite! se precipitan *acia la peri'eria del tam-or! pudiendo de esta 'orma separarse del aceite.
1. onser%ando constante la separacin entre los electrodos (a H 3mm# $ %ariando la 2.

tensin. onser%ando constante la tensin $ %ariando la separacin entre electrodos.


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;ara cada prue-a! se *acen 6 descar"as! $ después de cada descar"a! se remue%a el aceite por medio de una %arilla de cristal -ien seca. La primera descar"a no se tiene en cuenta! $ se toma el %alor medio de los %alores de las 5 descar"as. )e -usca el 'actor de proporcionalidad  en 'uncin de la distancia entre electrodos. (Bi"ide dieléctrica# / H  u /   cm  H 'actor de proporcionalidad u H descar"a (#

3.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS ACEITES MINERALES D pesar del muc*o tiempo transcurrido desde que comenaron a emplearse los aceites minerales como aislantes electrotécnicos! aun no se conoce -ien la in'luencia de 'actores como la temperatura! presin! *umedad! etc. so-re las propiedades eléctricas de estos aceites! $ las opiniones de los di'erentes autores discrepan muc*o entre sí como el 'enmeno de la per'oracin eléctrica! es decir! la con%ersin de la ele%ada resisti%idad! característica de los materiales aislantes en una per'ecta conducti%idad! que con%ierte al material aislante en conductor. )e supone que el aceite se calienta entre los electrodos! 'ormndose -ur-u+as de "as por lo que! en realidad! la per'oracin resulta ser un paso de electricidad a tra%és de un "as. Conductividad eléctrica, Dl"unos aceites aislantes de alta calidad tienen características eléctricas compara-les a los de al"unos líquidos mu$ re'inados $ poco conductores. ;ero ni an con los métodos ms per'eccionados de puri'icacin se *a conse"uido o-tener un liquido de conducti%idad nula ( seria un aislante per'ecto #. =i siquiera un aislante liquido que al someterse a una tensin permaneciera constante. Constante dieléctrica, La constante dieléctrica de un aceite mineral es proporcional al peso especi'ico! (/ H 2!6 $#! $ mientras ms alta sea la temperatura ms -a+o ser el peso especi'ico del aceite. igidez dieléctrica, /l %alor de la ri"ide dieléctrica aumenta con la temperatura! *asta unos 60I! porque *asta dic*a temperatura -a+a la %iscosidad. D partir de 60I! la %iscosidad permanece constante prcticamente! mientras que la ri"ide dieléctrica %uel%e a disminuir de %alor.

Las impureas contenidas en el aceite disminu$en considera-lemente su ri"ide dieléctrica siendo! al parecer! el a"ua la que ms in'lu$e en el esta %ariacin! pues se *a o-ser%ado que los aceites mu$ secos tienen ele%ada ri"ide dieléctrica! aunque conten"an sustancias 'i-rosas. ;or el contrario! si el aceite adquiere *umedad! esta se


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concentra en las 'i-ras! lo que aun a"ra%a ms el e'ecto per+udicial que en si tiene la presencia de a"ua.

. APLICACIÓN DE LOS ACEITES MINERALES .1. APLICACION DE LOS ACEITES MINERALES COMO AISLANTES DE CABLES Los aceites minerales se emplean para impre"nar las capas de papel aislante de los conductores eléctricos. ;ara esta aplicacin tienen que cumplir las si"uientes condiciones, Dse"urar una 'cil $ completa impre"nacin sin producir -ur-u+as de aire. =o contener cidos! para e%itar los e'ectos de corrosin metlica $ la destruccin del papel.
.2.

APLICACIÓN DE LOS ACEITES MINERALES COMO AISLANTES DE INTERRUPTORES

/n esta aplicacin especi'ica! los aceites minerales! no solamente de-en actuar de aislamiento entre las partes conductoras! sino tam-ién apa"ar rpidamente el arco de ruptura en el momento de la descone&in. omo este arco tiene una temperatura mu$ ele%ada! puede descomponerse el aceite! con'ormacin de car-n $ produccin de sustancias "aseosas, el car-n ensucia las pieas $ los contactos mientras que los "ases pueden 'ormas meclas e&plosi%as con el aire! con el consi"uiente peli"ro de e&plosin. 0121+1 Propiedades de los aceites minerales para interruptores: luide su'iciente para que el 'uncionamiento del interruptor no ten"a nin"n 'allo •

• •

durante todas las épocas del aKo! ni aun a las temperaturas ms -a+as conocidas en la re"in donde esté instalado el aparato. Gran resistencia a la 'ormacin del arco eléctrico. Gran purea! para e%itar la 'ormacin de "ases $ de residuos car-onosos.


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.3.

APLICACIÓN DE LOS ACEITES MINERALES COMO AISLANTES DE TRANSFORMADORES

/n su aplicacin a los trans'ormadores! los aceites minerales de-en aislar los de%anados entre sí $ con la cu-a del trans'ormador! para e%itar cualquier posi-ilidad de arco eléctrico $! al mismo tiempo! de-en actuar como a"entes re'ri"erantes del trans'ormador e%acuando las pérdidas calorí'icas! producidas en los de%anados $ en el *ierro del trans'ormador! por e'ecto +oule! por corrientes parasitas! etc. La ele%acin de temperatura en el aceite puede alcanar *asta 50I! la temperatura am-iente. 0131+1 Características de los aceites minerales para transformadores:

V')%)',$, &,/%',$! para permitir una 'cil conduccin del calor *acia las paredes e&teriores de la cu-a! en contacto con el aire am-iente. Ae-e tenerse en cuenta que un aceite es tanto ms 'luido cuanto ms compuestos li"eros contiene! que se e%aporan 'cilmente por lo tanto en un aceite demasiado 'luido de-e ir a"re"ndose continuamente aceite nue%o! para compensar las perdidas por e%aporacin.

P/+( ,& %+0&*$%'9+ ;/< 4$= para que el aceite conser%e su 'luide a todas las temperaturas! incluso las ms -a+as. /sta característica resulta especialmente importante en los trans'ormadores que *an de instalarse a la interperie. Ae-e tenerse en cuenta que e&iste una relacin entre el punto de con"elacin $ el de in'lamacin! $a que el ultimo disminu$e! a medida que -a+a el primero. ;or esta ran resultaría a-surdo pretender o-tener para un mismo aceite un punto de con"elacin de 50I $ un punto de in'lamacin superior a 180I,

R'0',& ,'&*8%('%$ )u'iciente para que los de%anados queden su'icientemente aislados entre sí! $ con el *ierro del trans'ormador. /l %alor de la ri"ide dieléctrica depende e&clusi%amente del estado de purea 'ísica del aceite disminu$e en la presencia de *umedad $ de impureas solidas que! adems! a-sor-en el a"ua $ constitu$en %erdaderos puentes conductores en el seno del aceite aislante.

.. APLICACION DE LOS ACEITES MINERALES COMO DIELECTRICOS DE CONDENSADORES /n los condensadores industriales se emplean! como armaduras metlicas! *o+as de aluminio mu$ 'inas! separadas por *o+as de papel impre"nado con un aceite especial! $a que si se utiliara seco perdería rpidamente sus propiedades dieléctricas! a causa de su en%e+ecimiento por e'ecto de las %ariaciones de temperatura. /stos aceites de impre"nacin de-en estar per'ectamente re'inados $! después de la impre"nacin! *an de tener la misma ri"ide dieléctrica que antes. Ae-en tomarse ciertas precauciones con los aceites de condensadores. ;articularmente! cuando el aceite *a pasado


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por %arios ciclos de impre"nacin! el 'actor de pérdidas dieléctricas tiende a aumentar a causa de o&idacin. ;or esta ran! el aceite de-e tratarse adecuadamente por procedimientos especiales. Ddems de emplearse como a"entes impre"nantes! los aceites minerales pueden utiliarse tam-ién para el llenado de las cu-as de los condensadores! "arantiando! de esta 'orma el -uen 'uncionamiento de estos e impidiendo la entrada de *umedad. Dl contrario de lo que sucede con los trans'ormadores! los aceites de relleno de los condensadores se alteran poco! $a que su calentamiento es de escasa importancia. ;or esta ran se podría emplear aceite de mediana calidad! pero en la prctica se utilia la misma clase de aceite empleada para la impre"nacin. recuentemente! se apro%ec*a aceite $a empleado en %arias impre"naciones que! por esta causa! esta al"o alterado $ no se puede "arantiar $a una impre"nacin per'ecta.

RESUMEN DE LAS APLICACIONES DE LOS ACEITES MINERALES

5. ACEITES SINTETICOS AISLANTES Las in%esti"aciones realiadas para o-tener un liquido resistente a la o&idacin $ a la sedimentacin $ no in'lama-le (caso de trans'ormadores# $! adems! con ele%ada constante dieléctrica (caso de los condensadores# ! *an conducido al desarrollo de aislantes sintéticos a -ase de *idrocar-uros clorados llamados! en "eneral! asareles cu$a composicin e&acta no es declarada por los 'a-ricantes! pero que constitu$en meclas de di%ersos *idrocar-uros clorados.


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/l *ec*o de la incom-usti-ilidad de los asareles esta en lo si"uiente, /l aceite mineral se in'lama cuando es descompuesto por el calor o por el arco eléctrico! $a que entre sus productos de descomposicin esta el *idro"eno que reacciona %iolentamente con el o&i"eno atmos'érico $ esta reaccin est acompaKada de incendio $ e&plosin. /n comparacin con los aceites minerales aislantes! los asareles tienen las si"uientes propiedades "enerales, • • • •

:na constante dieléctrica que es apro&imadamente el do-le de la de los aceites. :na ri"ide dieléctrica al"o ma$or. :n 'actor de pérdidas dieléctricas al"o ms ele%ado. :n precio ms ele%ado.

/stas características! +unto con su inin'lama-ilidad! a la que se *a *ec*o re'erencia anteriormente! determinan cuando es con%eniente emplear asareles en lu"ar de aceites minerales! o %ice%ersa /&aminaremos esta cuestin con al"n detalle. /n el caso de los trans'ormadores! los asareles *an permitido una reduccin del tamaKo $ de las separaciones! de-ido a su ma$or ri"ide dieléctrica. ;ero se *a *ec*o necesario modi'icar el aislamiento! de-ido a la accin disol%ente de estos líquidos so-re las resinas que impre"nan los aislamientos. /s decir! que los trans'ormadores de-en construirse especialmente para ser aislados con asareles. /n los condensadores se *a lo"rado una reduccin superior a un 50O en su %olumen! en comparacion con los condensadores aislados con aceite mineral! a causa de su ma$or constante dieléctrica $ de su ri"ide dieléctrica mas ele%ada . Los asareles reci-en distintos nom-res comerciales! se"n los países $ 'irmas 'a-ricantes! podemos citar los si"uientes , Ds-estol! D'colina! lop*en! *lore&tol! @nerteen! ;$ralene! ;$ranol.

5.1.

ESTUDIO DE UN ACEITE SINTETICO AISLANTE # EL PYRALENE

/&isten %arios tipos de p$ralene con distinta composicin química! se"n la aplicacin pre%ista, todos ellos son deri%ados clorados de *idrocar-uros aromticos del tipo -enceno. )e"n la aplicaciones particulares! son de'inidos ms o menos clorados con! e%entualmente! seleccin de ismeros particulares o de meclas de estos mismos di'enilos clorados con cloro-encenos. Ae esta 'orma! es posi-le o-tener toda una "ama de productos que responden a las condiciones de utiliacin de la industria eléctrica! en lo que se re'iere a %iscosidad! punto de con"elacin! perdidas por e%aporacin! etc. adems! estos productos se someten a una puri'icacin especial para conse"uir las características dieléctricas indispensa-les al aislamiento de los aparatos eléctricos. Las propiedades ms importantes de estos líquidos! son las si"uientes,


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41+1+1 Propiedades físicas:

Los p$ralenes se presentan -a+o la 'orma de liquido! ms o menos %iscosos! incoloros $ per'ectamente limpios. )u densidad! ms ele%ada que la de los aceites minerales! %aría entre 1!27 $ 1!55 a 100I. )u %iscosidad est comprendida entre 1 $ 48 centistoes! a 100I. )u punto de con"elacin est comprendido entre 51I $ P30I. )us pérdidas por e%aporacin son desdeKa-les. /st "arantiada por los 'a-ricantes la inin'lama-ilidad de estos productos. 41+121 Propiedades químicas:

Aesde el punto de %ista químico! los p$ralenes son neutros $a que tienen un "rado de acide in'erior a 0!01 m" de JC? por "ramo de p$ralene. Ddems! son químicamente esta-les. Los p$ralene disuel%en o descompones al"unos de los materiales utiliados en la construccin eléctrica de-e consultarse con los 'a-ricantes antes del e%entual empleo de estos productos! para o-tener una "arantía en la seleccin de materiales utiliados! tanto si se trata de aislantes slidos como si se trata de -arnices! resinas! lacas! +untas! etc.

5.1.3. Propiedades eléctricas : Las propiedades eléctricas de los p$ralene estn condicionadas por el *ec*o de que son productos polares %iscosos de estructura %ítrea. /n condiciones normales de utiliacin! su constante dieléctrica es mu$ ele%ada (ms del do-le de los aceites minerales#! mientras que sus perdidas dieléctricas! aunque pequeKas! resultan li"eramente superiores a las de los aceites minerales. )i se *ace %ariar la temperatura de un p$ralene desde un %alor mu$ -a+o! en el que esta prcticamente solidi'icado! *asta temperaturas su'icientemente ele%adas! para que este -ien 'luido! se o-tiene! para -a+as temperaturas! cuando el dieléctrico est completamente solidi'icado! las pérdidas dieléctricas son mu$ pequeKas la constante dieléctrica tam-ién es pequeKa a consecuencia de la inmo%iliacin de los dipolos. /l calentamiento li-era pro"resi%amente los dipolos por descon"elacin lo que tiene como consecuencia! una pro"resi%a ele%acin de la constante dieléctrica al mismo tiempo! crecen las perdidas dieléctricas a consecuencia de la 'riccin pro%ocada por la %iscosidad del medio. Aespués de pasar por un m&imo! las perdidas dieléctricas decrecen $ lle"an a un %alor mínimo! mientras que la constante dieléctrica cesa de crecer. )i se contina el calentamiento del p$ralene! su constante dieléctrica! después de *a-er pasado por un m&imo! decrece lentamente a consecuencia de la dilatacin $ de la a"itacin térmica creciente. ;or el contrario! las pérdidas dieléctricas son cada %e ms ele%adas! a causa de la presencia de pequeKas cantidades de impureas ioniadas que el líquido *a podido disol%er.


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La ri"ide dieléctrica de los p$ralene es normalmente mu$ ele%ada (unos 200 J%  cm# $ se mantiene "eneralmente a este %alor aunque estén contaminados por impureas solu-les sin em-ar"o! disminu$e con la presencia de impureas en suspensin. ;rcticamente! su %alor no est modi'icado por la presencia de *umedad! mientras el a"ua permaneca disuelta! pero decrece cuando el a"ua se separa en 'orma de nie-la o de "otitas. 41+101 Propiedades fisiológicas:

/n las condiciones normales de empleo! los p$ralene pueden manipularse sin nin"n ries"o de e'ecto to&ico. )in em-ar"o los 'a-ricantes recomiendan las si"uientes medidas de precaucin, ;re%er una %entilacin o! me+or an! una aspiracin de los %apores en el momento de a-rir las autocla%es de impre"nacin o de de+arles re'ri"erar *asta 50I  60I! para e%itar un desprendimiento demasiado a-undante de %apores! cu$a respiracin es desa"rada-le $ puede tener un e'ecto irritante! so-re las mucosas. /%itar pro$ecciones de p$ralene caliente so-re la piel! que podrían pro%ocar cierta irritacin cutnea a las personas particularmente sensi-les. 41+141 Condiciones de utilización de los PYALE!E:

La eleccin del tipo de p$ralene de-e *acerse en 'uncin de la aplicacin pre%ista. ;or e+emplo en el p$ralene 1476! cu$o punto de con"elacin es P12I! la constante dieléctrica decrece por de-a+o de 0I $ el %alor m&imo de las perdidas dieléctricas se sitan alrededor de 6I. ;or lo tanto! no es apropiado para una aplicacin a -a+a temperatura, ;ara ello! de-e ele"irse un p $ralene ms 'luido.

5.2.

APLICACIONES A LOS TRANSFORMADORES

S&0/',$,. Los p$ralene son inin'lama-les $ sus %apores no son e&plosi%os. ;or estas raones! resulta recomenda-le su empleo en los trans'ormadores de minas! inmue-les! salas de espectculos! su-estaciones su-terrneas! metros! na%íos! locomotoras $ en todos aquellos casos en que no se puede aceptar el menor ries"o de incendios.

E%+;7$ ,& '+)($*$%'9+. Ae la se"uridad anteriormente citada! resulta una economía de espacio! de material $ de tiempo de instalacin muc*as %eces! tam-ién de precio.

E%+;7$ ,& &>*($%'9+. /n primer lu"ar! la 'acilidad de disponer la alta tensin en el lu"ar de utiliacin reduce las perdidas en las líneas. ;or otra parte! resulta una economía en el mantenimiento de los trans'ormadores! $a que la e&celente esta-ilidad química de L) p$ralene permite e%itar los peridicos tratamientos de re"eneracin! que resultan necesarios con los aceites minerales.

5.3.

APLICACIONES A LOS CONDENSADORES


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/n este campo los p$ralenes presentan e&traordinarias %enta+as! entre las que se pueden citar,

R&,/%%'9+ ,& ?*/;&+! que puede alcanar 50O del correspondiente a los condensadores con aceite mineral.

A/;&+( ,& *$ ,/$%'9+ ,& ?',$! a consecuencia de, una me+or resistencia ioniacin Dusencia de en%e+ecimiento de-ida a la esta-ilidad química de los p$ralene )upresin de cualquier ries"o de 'ormacin de cera Qe+or resistencia del papel al en%e+ecimiento si est impre"nado con p$ralene que si lo est con aceite mineral.

I+6*$;$4'*',$, lo que si"ni'ica tam-ién se"uridad de ser%icio. omo e&isten di%ersos tipos de p$ralene! siempre es posi-le disponer de un aislante per'ectamente adaptado a las di%ersas clases de condensadores,

1. 2. 3. . 5. @. 5..

Qe+ora del 'actor de potencia
APLICACIONES A LOS CABLES#

Los p$ralene tipos 1476 $ 1482! que son los ms %iscosos constitu$en e&celentes coplasti'icantes para los ca-les aislados con policloruro de %inilo! aportando, • •

Qe+or resistencia a la llama. Qe+ora mu$ sensi-le de las propiedades aislantes que! por lo "eneral quedan 'uertemente re-a+adas por la adiccin de otros plasti'icantes.

5.5.

OTRAS APLICACIONES#

Los distintos tipos de p$ralene pueden emplearse tam-ién como líquidos dieléctricos en otras aplicaciones como, •

• • • • •

Los recti'icadores! particularmente los comple+os trans'ormadores recti'icadores para separadores electrostticos de pol%o. Los trans'ormadores de medida. Los re"uladores de tencion. Las -o-inas de induccion. Los reostatos. Los +ue"os de -arras.


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4141+1 "ransformadores # capacitores con fluido dieléctrico a $ase de %ifenilos Policlorados:

/n cierta época se constru$eron "ran cantidad de trans'ormadores $ capacitores aislados en ;E! aislante conocido con distintos nom-res comerciales tales como Dsarel! lop*en! @nerteen! ;$ralene! Droc*lor! etc.! $ que tienen menor "rado de in'lama-ilidad que el aceite mineral. Dl conocerse el alto "rado de peli"rosidad de los ;Es! su uso qued e&cluido! pero para eliminar lo e&istente 'ue necesario desarrollar una tecnolo"ía de procesamiento! diseKar instalaciones $ construir plantas que pudieran eliminar estos desec*os ($ otros# con la menor produccin de componentes *alo"enados! dio&inas! 'uranos! metales pesados! compuestos de mercurio! etc. /&isten en el mundo plantas eliminadoras de desec*os industriales peli"rosos! los contaminantes de-en ser remitidos a ellas! $ como contraparte estas plantas entre"an los certi'icados de destruccin. /n nuestro país si una empresa tiene trans'ormadores o equipos con ;E! *a$ un re"lamento que e&i"e denunciar a la )ecretaría de Becursos =aturales $ Aesarrollo )ustenta-le de la =acin que posee estos o-+etos contaminantes $! entonces la empresa es considerada "enerador de ;E $ es responsa-le por su tenencia. ;ara su destruccin! como se requiere transportarlo! $ esta es una operacin de cierto ries"o! se de-en o-tener los permisos correspondientes. La destruccin de las moléculas de ;E (componentes líquidos $ slidos no metlicos# se lo"ra mediante temperaturas de 1300  con un tiempo de permanencia de los "ases superior a 3 se". Lue"o se en'rían los "ases que pro%ienen de los *ornos a 80  en 0.025 se".! para e%itar la re'ormacin de moléculas de ;E! $ la "eneracin de dio&inas o 'uranos. 414121 El &' ( # sus productos de descomposición:

La característica saliente del "as )6 es su "ran esta-ilidad (se descompone $ recompone sin prcticamente "enerar productos de descomposicin#! por lo que e%entuales pérdidas que pueden producirse permanecen lar"o tiempo en la atms'era. /n la con'erencia de J$oto! donde se analiaron las distintas causas del e'ecto in%ernadero! se inclu$ la recomendacin de controlar el e'ecto que produce este "as. omparando la cantidad de )6 con los otros "ases causantes del e'ecto in%ernadero! se o-ser%a que los e'ectos del )6 son de %arios rdenes de ma"nitud in'eriores a los otros "ases.


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;or otra parte este "as se usa en la industria electromecnica! en interruptores $ estaciones -lindadas de alta tensin! tam-ién se utilia en trans'ormadores de medida! tam-ién es mu$ usado en la industria de los %idrios do-les (por sus propiedades de aislacin térmica $ sonora# $ en la suela de los calados deporti%os (por sus características de aislacin#. Qientras que para las aplicaciones eléctricas es posi-le controlar los escapes de "as $ "arantiar que no *a$ pérdidas (1O por aKo o menos# $ cuando se *ace mantenimiento es posi-le $ sencillo recuperarlo para reciclarlo con un interesante %alor residual! la otras aplicaciones tienden a su dispersin (rotura del %idrio! destruccin de l calado#. ;or lo tanto en -ase a estas consideraciones! puede aceptarse su uso en la industria electromecnica! (para pro'undiar este tema se recomienda consultar las normas @/ 376 $ 480#! en cam-io se -uscan sustitutos para las otras industrias. Dl a-rir interruptores que *an estado en ser%icio se o-ser%a la presencia de pol%os -lancos (productos de descomposicin R t&icos# que de-en reco"erse $ para *acerlos inertes se tratan con cal %i%a $ a"ua eliminndolos en esta sencilla 'orma. 414131 )randes transformadores aislados con gas &' ( :

/l aumento de la demanda de potencia en "randes ciudades de Sapn condu+o a que *a$an tenido que re'orar los sistemas de 154  $ 275  para mantener una calidad de ser%icio. :na de las soluciones 'ue la utiliacin de trans'ormadores aislados con ) 6 para las su-estaciones de distri-ucin u-icadas en reas ur-anas altamente po-ladas! en "randes edi'icios $ en instalaciones su-terrneas. La 'igura*2 muestra como e%olucion en el tiempo la potencia $ tensin de los trans'ormadores aislados con "as )6.


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'igura*2

Las %enta+as de la utiliacin de trans'ormadores de alta tensin $ potencia aislados con "as respecto a los trans'ormadores en aceite son su diseKo compacto $ menor peso! -a+o ruido $ la eliminacin del peli"ro de incendio (e&plosin#. omo los "ases tienen menor conducti%idad térmica que los líquidos! para los trans'ormadores aislados con "as que superan %arias decenas de QD se requiere adems el uso de re'ri"erante líquido. )u eleccin est -asada en el costo $ sus propiedades eléctricas! 'ísicas $ químicas. /n el Sapn se utilia per'luorocar-on líquido 816C que tiene importantes %enta+as tales como -uena resistencia dieléctrica! esta-ilidad térmica $ química. ;ara la aislacin de las -o-inas en trans'ormadores con "as! se utilia cinta de pol$p*en$lene sulp*ide (;;)# que tiene una alta resistencia térmica que incrementa la resistencia dieléctrica del "as. /l per'luorocar-on líquido tiene menor %iscosidad que el aceite de trans'ormador $ esto es una %enta+a en el diseKo del sistema de re'ri"eracin! pero de-ido a que es muc*o ms costoso que el aceite de trans'ormador! se trata de minimiar la cantidad qu e se utilia.


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Propiedades de Los Aislantes Liquidos

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