aislantes

UNIVERSIDAD DE CUENCA

Milton Saguay Ramiro Torres 1


FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

ANALISIS DE COMPORTAMIENTO DE MEDIOS DIELCTRICOS ANTE LAS ALTAS TENSIONES ELCTRICAS

TESIS DE GRADO

Previa a la obtencin de Ttulo de: INGENIERO ELCTRICO

AUTORES:

Milton Favian Saguay Tacuri Ramiro Augusto Torres Cuenca

DIRECTOR:

Ing. Hernando Merchn Manzano

Cuenca Ecuador 2011



RESUMEN En sistemas de alta tensin, todos los equipos e instalaciones elctricas son sometidos a sobretensiones, que afectan su aislamiento y provocan un fallo o dao. Siendo la sobretensin una solicitacin variable en el tiempo, cuyo valor mximo es muy superior al valor pico de la tensin nominal del sistema en el que se origina, esta sobretensin puede ser originada por falla, por una maniobra o una descarga atmosfrica. El estudio es fundamental para determinar el nivel de aislamiento que se debe seleccionar, para los equipos de alta tensin de un sistema.

Conociendo las caractersticas tcnicas y el comportamiento de los elementos dielctricos como gas, aceite, cermicos, frente a todo tipo de sobretensiones, se podr tener una seleccin y ubicacin adecuada de los distintos medios de proteccin.

Las nuevas tcnicas de alta tensin, para la transmisin de energa elctrica de forma confiable, segura, hacen que cada da los fabricantes de dispositivos elctricos de alta tensin, busquen nuevas alternativas de aislamiento usando elementos dielctricos que brinden mayor eficacia, seguridad, control ambiental. Las normas tcnicas nacionales, INEN, y las normas internacionales ASTM, con sus respectivas actualizaciones, brindan de forma confiable, las especificaciones tcnicas, las caractersticas para la elaboracin de pruebas de rigidez dielctrica y otras de importante conocimiento. En este documento se desarrolla la metodologa de ensayos de elementos dielctricos en laboratorio aplicando altas tensiones. El estudio de las caractersticas y propiedades aislantes de los materiales dielctricas es tan importante como las propiedades conductoras. En los materiales dielctricos, son varios los ndices que cuantifican y califican para el buen diseo de compuestos aislantes, estos son: resistividad, constante dielctrica, rigidez dielctrica, factores de prdida y calidad entre los principales, otras propiedades que no dejan de ser importantes son las de resistencia mecnica, resistencia trmica y contra la degradacin. El control ambiental, la recuperacin, la regeneracin y controlar la degradacin de los diferentes materiales dielctricos usados en sistemas de alta tensin, son esenciales para el buen funcionamiento de los dispositivos de aislamiento y tener una vida til muy larga, tanto para el equipo como para el elemento dielctrico, y por lo tanto que las prdidas econmicas, no sean muy altas.



ABSTRACT In high voltage systems, all electrical equipment and installations are subjected to over voltage, which affects its insulation and cause failure or damage. Being the over-voltage a solicitation variable in time, the maximum value is well above the peak value of nominal voltage the system in which it originated, this over-voltage can be caused by a fault, by a maneuver or a lightning strike. The study is essential to determine the isolation level to be selected for the high voltage equipment in a system. Knowing the technical characteristics and behavior of the dielectric elements such as gas, oil, ceramics, against all types of over voltage, it may be a selection and proper placement of the various means of protection. The new techniques of high voltage for transmission of electricity reliably and safely, make every day the manufacturers of high voltage electrical devices, look for new alternatives for insulation using dielectric elements that provide greater efficiency, safety, environmental control. The national technical standards, INEN, and ASTM standards, with their updates, provide a reliable, technical specification, features for making dielectric tests and other important knowledge. This document is developed test methodology of dielectric elements in laboratory applying high voltages. The study of the characteristics and insulating properties of the dielectric materials is as important as the conductive properties. In dielectric materials, there are several indices that quantify and qualify for the proper design of composite insulators, these are: resistivity, dielectric constant, dielectric strength, loss factors and quality among the main, other properties that continue to be important are the mechanical strength, heat resistance and degradation. The environmental control, recovery, regeneration and control degradation of different dielectric materials used in high voltage systems, are essential for the proper functioning of the isolation devices and have a long useful life for both the team and the dielectric element, and therefore economic losses, are not very high.



INDICE INTRODUCCIN............................................................................................................................... 19

CAPITULO 1 ...................................................................................................................................... 20

PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES DIELCTRICOS ........................ 20

1.1 INTRODUCCIN ........................................................................................................................ 20

1.2 MATERIALES DIELCTRICOS .................................................................................................. 20

1.2.1 DIELCTRICOS GASEOSOS ............................................................................................. 20

1.2.2 DIELCTRICOS LQUIDOS................................................................................................. 20

1.2.3 DIELCTRICOS SLIDOS .................................................................................................. 21

1.3 PROPIEDADES ELEMENTALES DE LOS DIELCTRICOS ..................................................... 22

1.3.1 PROPIEDADES ELCTRICAS ............................................................................................ 22

1.3.2 PROPIEDADES FSICAS .................................................................................................... 22

1.3.3 PROPIEDADES MECNICAS ............................................................................................. 22

1.3.4 PROPIEDADES QUMICAS................................................................................................. 23

1.3.5 PROPIEDADES TRMICAS ................................................................................................ 23

1.4 TECNOLOGA DE MATERIALES ............................................................................................... 23

1.4.1 RESISTENCIA ..................................................................................................................... 23

1.4.2 RESISTIVIDAD DEL DIELCTRICO ................................................................................... 23

1.4.3 CONSTANTE DIELCTRICA .............................................................................................. 24

1.4.4 PRDIDAS DIELCTRICAS ................................................................................................ 25

1.4.5 FACTOR DE PRDIDAS DIELCTRICAS .......................................................................... 26

1.4.6. RIGIDEZ DIELCTRICA ..................................................................................................... 27

1.4.7 RESISTENCIA SUPERFICIAL ............................................................................................. 29

1.4.8 ABSORCIN ELCTRICA ................................................................................................... 29

1.4.9 CONDUCTANCIA DE AISLAMIENTO ................................................................................. 29

1.4.10 EFECTO CORONA ........................................................................................................... 30

1.5 CARACTERISTICAS DE MATERIALES DIELCTRICOS EN ALTAS TENSIONES ................ 30

1.5.1 POLARIZACIN ................................................................................................................... 30

1.5.2 CONDUCCIN ..................................................................................................................... 31

1.5.3 GENERACIN DE CALOR DEBIDO A PRDIDAS DE ENERGA ..................................... 31

1.5.3.1 PRDIDAS POR EFECTO JOULE ............................................................................... 31

1.5.4 RUPTURA DIELCTRICA ................................................................................................... 31

CAPITULO 2 ...................................................................................................................................... 32

MATERIALES DIELCTRICOS PARA ALTAS TENSIONES. ......................................................... 32



2.1 AISLANTES SLIDOS. ............................................................................................................... 32

2.1.1 AISLADORES DE PORCELANA, VIDRIO, POLIMERICOS. .............................................. 32

2.1.2 VENTAJAS DE LOS AISLADORES ................................................................................ 33

2.1.2.1 AISLADORES DE PORCELANA. ................................................................................. 33

2.1.2.2 AISLADORES DE VIDRIO ............................................................................................ 33

2.1.2.3 AISLADOR POLIMERICO ............................................................................................. 34

2.1.3 PRUEBAS DE RUTINA EN MATERIALES SLIDOS. ........................................................ 34

2.2 LQUIDOS DIELCTRICOS........................................................................................................ 34

2.2.1 ACEITES MINERALES. ....................................................................................................... 35

2.2.2 CARACTERSTICAS TPICAS SEGN NORMA ASTM D- 3487 - TIPO I, ACEITE NO INHIBIDO. ...................................................................................................................................... 36

2.2.3 CARACTERSTICAS TPICAS SEGN NORMA ASTM D- 3487 - TIPO II, ACEITE INHIBIDO. ...................................................................................................................................... 37

2.2.4 PRUEBAS EN MATERIALES LQUIDOS. ........................................................................... 38

2.3 GASES DIELCTRICOS. ........................................................................................................... 38

2.3.1 AIRE ..................................................................................................................................... 38

2.3.1.1 PROPIEDADES DEL AIRE ........................................................................................... 39

2.3.2 DIOXIDO DE CARBONO ..................................................................................................... 39

2.3.2.1 PROPIEDADES DEL DIOXIDO DE CARBONO CO2. .................................................. 40

2.3.3 NITRGENO ........................................................................................................................ 40

2.3.3.1 PROPIEDADES DEL NITRGENO N2 ........................................................................ 40

2.3.4 HEXAFLORURO DE AZUFRE............................................................................................. 41

2.3.4.1 PROPIEDADES DEL HEXAFLORURO DE AZUFRE (SF6). ....................................... 41

2.3.4.2 VENTAJAS DEL HEXAFLORURO DE AZUFRE (SF6). ............................................... 41

2.3.5 VACIO .................................................................................................................................. 42

2.3.6 PRUEBAS EN MATERIALES GASEOSOS ..................................................................... 42

CAPITULO 3 ...................................................................................................................................... 43

USO, DEGRADACIN, REUTILIZACIN Y MANEJO AMBIENTAL PARA MATERIALES DIELCTRICOS ................................................................................................................................ 43

3.1 INTRODUCCIN ........................................................................................................................ 43

3.2 ACEITES DIELCTRICOS ......................................................................................................... 44

3.2.1 USO DE ACEITE DIELCTRICO EN LAS ALTAS TENSIONES ........................................ 44

3.2.1.1 APLICACIONES ............................................................................................................ 44

3.2.1.2 PRESENTACIN .......................................................................................................... 44

3.2.2 MANEJO DE ACEITE DIELCTRICO EN DISPOSITIVOS DE ALTA TENSION ............... 44

3.2.2.1 PRECAUCIONES EN EL ALMACENAMIENTO ........................................................... 44



3.2.2.2 PRECAUCIONES DURANTE EL LLENADO ................................................................ 45

3.2.2.3 MANTENIMIENTO DEL ACEITE AISLANTE ............................................................ 45

3.2.3 DEGRADACIN DE ACEITES DIELCTRICOS ............................................................... 45

3.2.3.1 SNTOMAS DE DEGRADACIN DEL ACEITE ............................................................ 47

3.2.3.2 DISPOSICIN FINAL DEL ACEITE DIELCTRICO USADO. ..................................... 47

3.2.4 IMPACTOS AMBIENTALES ................................................................................................ 47

3.2.4.1 RIESGOS PARA LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE ............................................... 47

3.2.4.2 RIESGOS PARA EL SER HUMANO ............................................................................ 48

3.2.4.3 RIESGOS PARA EL AIRE ............................................................................................ 48

3.2.4.4 RIESGOS PARA EL AGUA........................................................................................... 48

3.2.4.5 RIESGOS PARA EL SUELO......................................................................................... 48

3.2.5 REGENARACIN Y RECICLAJE ........................................................................................ 48

3.2.5.1 TRATAMIENTOS AL ACEITE DIELCTRICO ............................................................. 48

3.2.5.2 PROCESO DE REGENERACIN DE TERMO-VACO .............................................. 49

3.2.5.3 TRATAMIENTO DE REGENERACIN CON TIERRA FULLER. ................................. 49

3.3 GAS DIELCTRICO .................................................................................................................... 50

3.3.1 USO DE GAS DIELCTRICO SF6 EN ALTA TENSIN ..................................................... 50

3.3.1.1 APLICACIONES ............................................................................................................ 50

3.3.1.2 PRESENTACIN .......................................................................................................... 50

3.3.2 MANEJO DEL GAS SF6 EN DISPOSITIVOS DE ALTA TENSIN ..................................... 50

3.3.2.1 ALMACENAMIENTO ................................................................................................... 51

3.3.2.2 TRANSPORTE ............................................................................................................. 51

3.3.3 DEGRADACIN DE HEXAFLUORURO DE AZUFRE SF6. .............................................. 51

3.3.4 IMPACTOS AMBIENTALES DE GAS SF6 .......................................................................... 52

3.3.4.1 PELIGRO DEL GAS SF6 .............................................................................................. 52

3.3.5 REGENERACIN Y RECICLAJE ........................................................................................ 52

3.3.5.1 REGENERACIN DE GAS SF6 ................................................................................... 52

3.3.5.1.1 RECUPERACIN: REGENERACIN DEL SF6 PARA PRODUCIR GAS NUEVO DE ACUERDO CON NORMA IEC 60376 ............................................................................. 53

3.3.5.2 REUTILIZACIN DEL SF6 ............................................................................................ 53

3.3.5.2.1 INSPECCIN DEL SF6: RECUPERACIN Y REUTILIZACIN IN SITU .......... 54

3.3.5.3 RECICLAJE DE GAS SF6 ............................................................................................. 54

3.3.5.4 DESTRUCCIN DE GAS SF6 ...................................................................................... 54

3.4 CERMICOS, POLMEROS, VIDRIO DIELCTRICO ............................................................... 55

3.4.1 USOS GENERALES ............................................................................................................ 55

3.4.1.1 APLICACIN ................................................................................................................ 55



3.4.2 MANEJO DE CERMICA ELCTRICA ............................................................................... 56

3.4.2.1 ACABADO. ................................................................................................................... 56

3.4.2.2 MARCADO. ................................................................................................................... 56

3.4.2.3 EMBALAJE. ................................................................................................................... 56

3.4.3 DEGRADACIN DE CERMICOS, POLMEROS Y VIDRIO DIELCTRICO .................... 57

3.4.3.1 OXIDACIN .................................................................................................................. 57

3.4.3.2 ENVEJECIMIENTO DE UN AISLADOR DE PORCELANA POR ACCIN TRMICA. 57

3.4.4 IMPACTOS AMBIENTALES DE CERMICOS, CRISTALES DIELCTRICOS ................. 58

3.4.5 REGENERACIN Y RECICLAJE ........................................................................................ 58

3.4.5.1 RECICLAJE DE CERMICA Y VIDRIO DIELCTRICO .............................................. 58

3.4.5.2 DISPOSICIN FINAL DEL MATERIAL ........................................................................ 59

CAPITULO 4 ...................................................................................................................................... 60

ENSAYOS Y PRUEBAS DE LABORATORIO BAJO DISTINTOS TIPOS DE TENSIONES Y CORRIENTES ELCTRICAS PARA DIELCTRICOS SOMETIDOS A ALTAS TENSIONES ELCTRICAS .................................................................................................................................... 60

4.1 PRUEBAS EN MATERIALES DIELCTRICOS SLIDOS. ....................................................... 60

4.1.1 PRUEBA EN AISLADORES................................................................................................. 60

4.1.1.1 ASTM D 3426. MTODO DE PRUEBA ESTNDAR PARA TENSIN DE RUPTURA DIELCTRICA Y RIGIDEZ DIELCTRICA DE LOS MATERIALES SLIDOS DE AISLAMIENTO ELCTRICO CON ONDAS DE IMPULSO. ..................................................... 60

4.1.1.2 ASTM D 149. MTODO DE PRUEBA ESTNDAR DE VOLTAJE DE RUPTURA DIELCTRICA Y RIGIDEZ DIELCTRICA EN MATERIALES SLIDOS DE AISLAMIENTO ELCTRICO A FRECUENCIA DE RED INDUSTRIAL ............................................................. 60

4.1.2 ESPECIFICACIONES TCNICAS GENERALES DE AISLADOR CLASE ANSI Y VALORES DE TENSIONES DE FLAMEO SEGN ENSAYO DE LABORATORIO .................... 61

4.2 PRUEBA EN MATERIAL DIELCTRICO LQUIDO. .................................................................. 66

4.2.1 PRUEBA EN ACEITES. ....................................................................................................... 66

4.2.1.1 RIGIDEZ DIELCTRICA EN AISLANTES LQUIDOS .................................................. 66

4.2.1.2 ASTM D-877. MTODO DE PRUEBA PARA TENSIN DE RUPTURA DIELCTRICA DE AISLANTES LQUIDOS ...................................................................................................... 66

4.2.1.3 ASTM D-1816. MTODO DE PRUEBA PARA TENSIN DE RUPTURA DIELCTRICA DE LOS ACEITES AISLANTES DE ORIGEN PETROLFEROS. .................... 67

4.2.2 DETERMINACIN DE RIGIDEZ DIELCTRICA EN ACEITE DIELCTRICO .................. 67

4.2.3 RESULTADO OBTENIDOS DE LAS PRUEBAS ................................................................. 68

4.2.4 VERIFICACIN DE RESULTADOS CON LAS NORMAS ASTM. ...................................... 69

4.3 PRUEBAS EN MATERIALES DIELCTRICOS GASEOSOS. ................................................... 70

4.3.1 GASES AISLANTES. ........................................................................................................... 70



4.3.1.1 ASTM D-2477. MTODO DE PRUEBA ESTNDAR PARA DETERMINAR EL VOLTAJE DE RUPTURA Y RIGIDEZ DIELCTRICA DE GASES AISLANTES A FRECUENCIAS DE ENERGA INDUSTRIAL. .......................................................................... 70

4.3.1.2 MUESTREO .................................................................................................................. 71

4.3.2 RESULTADOS DE ENSAYO EN GASES AISLANTES ...................................................... 71

CAPITULO 5 ...................................................................................................................................... 74

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................... 74

5.1 CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 74

5.1.1 ACEITES AISLANTES ......................................................................................................... 74

5.1.2 GASES AISLANTES ............................................................................................................ 76

5.1.3 AISLADORES ...................................................................................................................... 77

5.2 RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 78

5.2.1 ACEITES AISLANTES ......................................................................................................... 78

5.2.2 GAS AISLANTE ................................................................................................................... 79

5.2.3 AISLADORES DE PORCELANA, VIDRIO. .......................................................................... 81

BIBLIOGRAFA.................................................................................................................................. 83

REFERENCIAS ................................................................................................................................. 84

ANEXO A ........................................................................................................................................... 86

ANEXO B ........................................................................................................................................... 87

ANEXO C .......................................................................................................................................... 88

ANEXO D .......................................................................................................................................... 89

ANEXO E ........................................................................................................................................... 90

ANEXO F ........................................................................................................................................... 91



Yo, Milton Favian Saguay Tacuri, reconozco y acepto el derecho de la Universidad de Cuenca, en base al Art. 5 literal c) de su Reglamento de Propiedad Intelectual, de publicar este trabajo por cualquier medio conocido o por conocer, al ser este requisito para la obtencin de mi ttulo de Ingeniero Elctrico. El uso que la Universidad de Cuenca hiciere de este trabajo, no implicar afeccin alguna de mis derechos morales o patrimoniales como autor.

___________________________ Milton Favian Saguay Tacuri.

CI: 010404914-3



Yo, Milton Favian Saguay Tacuri, certifico que todas las ideas, opiniones y contenidos expuestos en la presente investigacin son de exclusiva responsabilidad de su autor.

___________________________ Milton Favian Saguay Tacuri.

CI: 010404914-3



Yo, Ramiro Augusto Torres Cuenca, reconozco y acepto el derecho de la Universidad de Cuenca, en base al Art. 5 literal c) de su Reglamento de Propiedad Intelectual, de publicar este trabajo por cualquier medio conocido o por conocer, al ser este requisito para la obtencin de mi ttulo de Ingeniero Elctrico. El uso que la Universidad de Cuenca hiciere de este trabajo, no implicar afeccin alguna de mis derechos morales o patrimoniales como autor.

___________________________ Ramiro Augusto Torres Cuenca.

CI: 010450395-8



Yo, Ramiro Augusto Torres Cuenca, certifico que todas las ideas, opiniones y contenidos expuestos en la presente investigacin son de exclusiva responsabilidad de su autor.

___________________________ Ramiro Augusto Torres Cuenca.

CI: 010450395-8



Certifico que el presente trabajo de investigacin, ha sido elaborado bajo mi direccin.

___________________________

Ing. Hernando Merchn Manzano.



DEDICATORIA La realizacin de este documento de investigacin, est dirigida a todas las personas que de cierta forma nos han dado su apoyo y confianza, de una forma incondicional, sin que esperen ser reconocidos, a nuestros padres, hermanos, y dems que han estado con nosotros desde el inicio, para ellos dedicamos todo nuestro amor y esfuerzo, plasmado en este trabajo de investigacin.

Los Autores



AGRADECIMIENTO La vida nos ha enseado, que cuando se desea ser o hacer algo importante, se tiene que poner el mayor esfuerzo, la mayor responsabilidad y respeto, en lo que se hace, para poder luego ser agradecido con las personas que de alguna manera han estado presentes de una forma u otra, en el camino emprendido. Por ello quiero agradecer a mi madre por prestarme su apoyo incondicional, en todos los aspectos de mi vida, a mis hermanos, mis amigos, profesores y a todos aquellos que contribuyeron con un granito de arena a la formacin moral, intelectual de esta persona, que solo tiene agradecimiento infinito para cada una de ellas. Gracias por ser parte de mi vida, y gracias a ti mam. Ramiro Torres Cuenca.



AGRADECIMIENTO El verdadero amigo es aquel que est conmigo en cualquier circunstancia de mi vida, sin importar, si le he fallado o no, a ese amigo fiel que nos observa desde el cielo, gracias Jess, gracias a mi padre por estar con mano firme y de apoyo, a mi madre por su amor de cada da y por las incontables veces que me ha brindado su regazo, a mis hermanos, cmplices de toda mi vida.

Milton Saguay Tacuri



OBJETIVOS

Analizar el comportamiento de medios dielctricos ante las altas tensiones elctricas.

Analizar los materiales dielctricos usados en equipos elctricos para altas tensiones.

Analizar las normas internacionales para el desarrollo de pruebas y ensayos en materiales dielctricos.

Analizar los estndares exigidos por el estado ecuatoriano, para materiales dielctricos en el sector elctrico.

Realizar ensayos en laboratorio de alta tensin, con el fin de evaluar materiales dielctricos como; lquidos, gases, solidos.

Verificacin y evaluacin de resultados obtenidos tras la prctica de ensayos en laboratorio para materiales dielctricos, segn las normas nacionales e internacionales.

Verificar el comportamiento de dielctricos ante las altas tensiones elctricas, su degradacin, contaminacin, reciclaje, disposicin final.



PALABRAS CLAVES:

ASTM; Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials).

ANSI; Instituto Nacional Americano de Estndares (American National Standards Institute).

IEEE; Instituto de Ingenieros Elctricos y Electrnicos (Institute of Electrical and Electronic Engineers).

IEC; Comisin Electrotcnica Internacional (International Electrotechnical Commission)

NEMA; Asociacin Nacional de Fabricantes Elctricos (National Electrical Manufacturers Association).

EPA; Agencia de Proteccin Ambiental (Environmental Protection Agency).

MEER; Ministerio de Electricidad y Energa Renovable.



INTRODUCCIN

En la actualidad, entre el 40% y 45% de las fuentes mundiales de energa primaria son consumidas para generar energa elctrica y casi toda es transmitida y distribuida mediante sistemas de tensin alterna, por lo que es importante disear y operar sistemas elctricos que, no slo tengan la mxima eficiencia, sino que, adems tengan un alto grado de seguridad y confiabilidad. Un sistema elctrico de potencia SEP, destinado a la generacin, transmisin y distribucin de la energa, en el que los equipos de proteccin, deben estar correctamente configurados y dimensionados con el material dielctrico apropiado, los mismos que deben satisfacer las exigencias tcnicas, fsicas y elctricas que las normas nacionales e internacionales establecen.

El correcto diseo y funcionamiento de los mltiples materiales dielctricos, empleados en los distintos dispositivos elctricos de alta tensin, depende de la capacidad de soportar las distintas solicitaciones de exigencias, ya sean climticas, trmicas, mecnicas o elctricas, las mismas que estarn presentes durante la vida til del material.

Si un sistema elctrico cada da aumenta en capacidad, este sistema necesita ser ms robusto, y los equipos de proteccin que estn interconectados en l, obligatoriamente deben satisfacer mayores exigencias, por lo que, los materiales dielctricos usados en estos equipos deben ser elaborados con distintas combinaciones, y desarrolladas con la ms alta tecnologa, as en el momento en que ocurriese una falla, los materiales dielctricos usados en los mismos, ayuden a despejar esta falla, ayudando as, a la continuidad de suministro de energa, sin que cause daos irreversibles a operarios y equipos elctricos, teniendo un mnimo de prdidas econmicas.



CAPITULO 1

PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES DIELCTRICOS

1.1 INTRODUCCIN Los aislantes elctricos o dielctricos, son aquellos materiales que presentan una gran resistencia al movimiento de electrones, cuando el material est en presencia de un campo elctrico, estos pueden ser slidos, lquidos o gaseosos. De acuerdo a su estado natural, la resistencia dielctrica generalmente se incrementa con la densidad del material, as se puede notar que los dielctricos slidos tienen ms resistencia dielctrica que los gases. Esta misma tendencia se observa en las perdidas dielctricas y en la permitividad.

1.2 MATERIALES DIELCTRICOS Los dielctricos son materiales, no metlicos, con una alta resistividad, por lo que la circulacin de corriente de fuga o de paso a travs de ellos es muy dbil, el nivel de aislamiento no es siempre absoluto. El nivel de conduccin que el material puede tolerar, determina si se puede emplear o no como aislador.

1.2.1 DIELCTRICOS GASEOSOS

Estos materiales en estado gaseoso, tienen como objetivo principal, prevenir las descargas elctricas o extinguirlas rpidamente.

El gas es utilizado como aislante elctrico en aplicaciones de alta tensin, un gas dielctrico excelente debe tener alta resistencia, alta estabilidad trmica e inercia qumica, no deben ser inflamables, deben tener baja toxicidad, bajo punto de ebullicin, buenas propiedades de transferencia de calor, y bajo costo. El gas dielctrico ms comn es el aire, debido a su presencia en el ambiente.

Algunos de los gases que se utilizan como aislamiento en equipos de alta y baja tensin son: el aire, nitrgeno (N2), hexafloruro de azufre (SF6), dixido de carbono CO2, entre los ms conocidos y utilizados.

La tensin de ruptura de los gases es aproximadamente proporcional a su densidad. El valor de la tensin de ruptura tambin aumenta con la presin del gas, pero limitada debido a su licuefaccin.

1.2.2 DIELCTRICOS LQUIDOS El lquido contenido en la mayora de los equipos elctricos de alta tensin es un subproducto de la destilacin del petrleo que se denomina aceite aislante. El aceite mineral como medio aislante y refrigerante, es el ms usado para



transformadores de potencia y en interruptores, por lo que se ha desarrollado nuevas tecnologas para la refinacin, adaptndose a las necesidades especficas de los equipos de acuerdo a la finalidad y diseo de estos. Estos estn formados bsicamente por carbono e hidrgeno, entre los ms conocidos estn los parafnicos, naftnicos y aromticos. Las molculas naftnicas, definen la calidad del aceite, y sus propiedades dielctricas son mejores, por tener mayor solubilidad. Las molculas aromticas, conocidas como benceno, se distinguen de los dems en su estructura qumica, y en sus propiedades fsicoqumicas en comparacin con las molculas naftnicas y parafnicas. Los valores de la resistencia de ruptura estn ms influenciados por la humedad y el contenido de las partculas contaminantes, que por su estructura molecular.

1.2.3 DIELCTRICOS SLIDOS Los dielctricos slidos pueden poseer una polarizacin permanente dentro de ellos, aun cuando no se aplique un campo elctrico externo, y presentan una mayor resistencia al paso de la corriente. Los materiales aislantes slidos se clasifican en: s lidos orgnicos e inorgnicos. Slidos orgnicos: Polietileno (PE). Etileno-propileno rubber (EPR). Polipropileno Politetrafluoroetileno (PTFE). Polisteres. Polyimides (kapton) y Polyamides (Nylon). Policarbonatos. Resinas epoxy. Goma de silicona.

Slidos inorgnicos: Almina (Al2O3). Titanio de bario (BaTiO3). Porcelana. Oxido de Magnesio (MgO). Cristales de grado elctrico (SiO2, 2O3 y P2O3). Mica (moscovita) KAl2 (OH)2 (Si3Al) O10. Oxido de silicio. SiO2.



1.3 PROPIEDADES ELEMENTALES DE LOS DIELCTRICOS Todo material dielctrico, para su desempeo prctico, debe reunir, condiciones agrupadas en un conjunto de propiedades y caractersticas, las mismas pueden ser evaluadas mediante ensayos regidos por varias normas. De esta manera la eleccin de los materiales dielctricos para cada necesidad especfica, se hace de acuerdo al conocimiento cuantitativo de sus propiedades. Los elementos dielctricos dependiendo de su naturaleza poseen propiedades singulares, las mismas que se pueden destacar como:

Propiedades elctricas. Propiedades fsicas. Propiedades mecnicas. Propiedades qumicas. Propiedades trmicas.

1.3.1 PROPIEDADES ELCTRICAS Las propiedades elctricas de los materiales dielctricos dependen, de su forma de construccin, del material utilizado para su elaboracin, del volumen considerado y de la longitud total, por lo que su resistividad, conductancia de aislamiento, rigidez dielctrica, constante dielctrica, resistencia superficial, absorcin elctrica, prdidas dielctricas, factor de prdidas, efecto corona entre otros, debern ser las adecuadas y precisas para un buen funcionamiento.

1.3.2 PROPIEDADES FSICAS Considerando la resistencia hmica volumtrica del elemento dielctrico, esta puede ser disminuida por la presencia agua, gases disueltos, suciedad, polvo, aceites contaminantes, en su interior, o en la superficie. En gases como el aire o el nitrgeno, cuando no estn ionizados tienen una resistencia de aislacin infinita, la resistencia sin embargo disminuye con el aumento de la temperatura.

1.3.3 PROPIEDADES MECNICAS El material dielctrico debe tener las suficientes cualidades y propiedades mecnicas, para cumplir con el propsito, para el cual fue creado, entre sus propiedades se destaca: resistencia mecnica a la traccin, compresin, choques trmicos, dureza, flexibilidad, fluidez, facilidad de manipulacin, entre los ms destacados.



1.3.4 PROPIEDADES QUMICAS Las propiedades qumicas deben asegurarle estabilidad en su composicin, es decir suficiente resistencia a los cidos, a los lcalis, aceites, a la luz solar, al oxgeno, y a las reacciones qumicas.

1.3.5 PROPIEDADES TRMICAS Un elemento dielctrico debe reunir buenas propiedades trmicas, como la resistencia al cambio brusco de la temperatura sin ablandarse o quebrarse, calor especifico, punto de fusin, de ebullicin y de congelamiento, estas ltimas para el caso que el dielctrico a usarse sea un aceite.

1.4 TECNOLOGA DE MATERIALES Los elementos dielctricos son de gran importancia ya que ayudan a una conduccin de la corriente elctrica de forma confiable, ptima, segura, con mnima cantidad de prdidas, por lo que es necesario conocer todas sus propiedades y caractersticas.

1.4.1 RESISTENCIA La resistencia vara directamente con la longitud del material e inversamente con el rea del mismo y se mide en ohm o mega-ohm siendo su expresin:

=

Dnde:

es la resistividad del material considerado. L es la longitud del material. S es la superficie del material.

1.4.2 RESISTIVIDAD DEL DIELCTRICO Cuando se somete un dielctrico a una tensin continua, el paso de la corriente a travs de s mismo, se establece por medio de las pocas cargas libres presentes en el material. En los dielctricos, la temperatura y las impurezas pueden modificar las cargas libres presentes y el valor de la corriente que circula. La resistividad vara mucho segn las condiciones del ensayo y es fcil que se presenten variaciones importantes con pequeas modificaciones en la composicin del material, adems disminuye con el aumento de la temperatura y con la humedad.



La resistividad de algunos materiales utilizados como aislantes, se presentan en la tabla 1.1 MATERIAL CONDICIONES RESISTIVIDAD * m

Aceite de transformador Liquido(20OC-25 OC) 1 x 1016 Baquelita (20OC-25 OC) 5.1 x 1010 Caucho Silicona 1 x 1011 Celuloide (20OC-25 OC) 2.1 x 1010 Cuarzo (20OC-25 OC) 1.1 x 1019 - 7.5 x 1017 Ebonita (20OC-25 OC) 1.5 x 1015 Madera Solido (20OC-25 OC) 4.1 x 1010 - 1 x 1011 Mrmol (20OC-25 OC) 1.1 x 1010 Mica Mineral(20OC-25 OC) 2.1 x 1017 - 1 x 1011 Neopreno (20OC-25 OC) 1 x 1010 Nylon Poliamidas 1 x 1010 Papel Impregnado (20OC) 1 x 10 7 Polietileno (20OC-25 OC) 1 x 1016 Porcelana (20OC-25 OC) 7 x 10 12 - 1 x 1020 PVC (20OC-25 OC) 10 13 - 1013 Tefln 1 x 1013 Vidrio (20OC-25 OC) 5.1 x 1014 LDPE& HDPE (polietileno reticulado) ------------ 1 x 1014 TABLA 1.1. Valores de resistividad de materiales dielctricos. Fuente: Tcnicas de alta tensin, Ing. Hans Von Beeren, Enciclopedia prctica de electricidad aplicada, Editorial Labor S.A. [6] Enciclopedia CEAC de Electricidad. Instalaciones elctricas/ cables subterrneos. J Ramrez Vzquez. Editorial CEAC. pg. 525-541.

1.4.3 CONSTANTE DIELCTRICA La constante dielctrica o permitividad relativa representa la cantidad de energa electroesttica que puede ser almacenada por unidad de volumen y por unidad de gradiente de potencial, y es una propiedad caracterstica de cada material. Cuanto mayor es la permitividad del material, ms fuertemente se polariza y son mayores los efectos elctricos. Constante dielctrica del vaco o = 8.85 x 10-12 F/m. Constante dielctrica absoluta del medio = r * o, donde r es la

constante dielctrica relativa o permitividad.



MATERIAL CONDICIONES CONSTANTE DIELCTRICA

(r) Aceite de transformador lquido, 20OC 2 - 2.24 Aire (seco) gas, 0OC, 1atm 1.00059 - 1.0006 Baquelita slido, 20OC 4.9 - 10 Cuarzo cristal, 20OC 4.27 - 4.34 Ebonita ------------------ 3 Glicerina ------------------ 50 Hielo ------------------ 75 Madera seca 2.4 4 Mrmol slido, 20OC 8 Metanol alcohol metlico 33 Mica mineral 20OC 2.5 - 8.7 Neopreno slido, 20OC 4.1 - 8 Nitrobenceno ------------------ 35 Nylon ------------------ 3.4 - 5 Papel impregnado 3.7 - 7 Polietileno slido, 20OC 2.20 - 2.3 Porcelana slido, 20OC 5.0 - 7 PVC solido 1.1 - 8 Silicio pureza 99% 12 Tefln ----------------- 2 - 2.1 Tetracloruro de carbono ----------------- 2.2 Vaco por definicin 1 Vidrio y variaciones 4 - 16 XLPE(polietileno reticulado) slido, 20OC 2.5 - 3 TABLA 1.2. Valores de constante dielctrica o permitividad relativa r de materiales dielctricos Fuente: Tcnicas de alta tensin, Ing. Hans Von Beeren, Enciclopedia prctica de electricidad aplicada, Editorial Labor S.A. [6] Enciclopedia CEAC de Electricidad. Instalaciones elctricas/ cables subterrneos. J Ramrez Vzquez. Editorial CEAC. pg. 525 541.

1.4.4 PRDIDAS DIELCTRICAS Las prdidas elctricas ocurren cuando se aplica una tensin alterna a un dielctrico, presentndose los siguientes fenmenos: a) Se presentar una circulacin de corriente que cumplir la ley de Ohm, el valor de esta corriente depender de la resistividad del dielctrico en las condiciones de trabajo. Su paso producir calentamiento por efecto Joule. b) Se presentar una corriente de desplazamiento, adelantada /2 radianes en el plano de Gauss respecto a la tensin aplicada. La magnitud de esta corriente depender de la constante dielctrica del material. Esta corriente no calentar el dielctrico por ser de desplazamiento.



c) Las masas polares vibrarn siguiendo la excitacin a la que estn sometidas. Este fenmeno producir un calentamiento en el material que reflejar el proceso energtico que ocurre en su interior.

1.4.5 FACTOR DE PRDIDAS DIELCTRICAS La resistividad elctrica del material y la constante dielctrica estn relacionadas por el factor de perdidas dielctricas (tg ), el cual permite determinar la prdida de potencia en un dielctrico, la cual generalmente se presenta en forma de calor, adems est en funcin de la frecuencia y de la naturaleza del dielctrico.

La corriente de fuga IR del dielctrico est en fase con la tensin V, esta forma un ngulo (de prdidas) con la corriente reactiva IC desfasada 90 de la tensin V, correspondiente a un condensador ideal sin prdidas. Se expresa por:

= 12 = (1)

= ; = (2) WR = prdidas de energa de un condensador

Fig. 1.1. Circuito equivalente de un material dielctrico ideal, ngulo de desfasamiento de corrientes voltaje.



MATERIAL CONDICIONES FACTOR DE PERDIDAS tg() Aceite de transformador lquido, 25 OC 0.08 Almina 0.2 x 10 -3 - 10 x 10 -3 Caucho 0.05 - 0.1 Cartn presspn 1.5 x 10 -4 Elastmeros sintticos 0.2 - 0.04 Goma 0.02 Mica 0.1 - 0.3 x 10 -3 Nylon 0.03 - 0.05 Neopreno slido, 20OC 50hz 0.04 - 0.15 Papel impregnado 0.0025 - 0.0045 Polietileno slido, 20OC 4 x 10 -4 - 1 x 10-3 Polipropileno 2 x 10 -4 - 3 x 10 -4 Poliuretano 12 x 10 -3 Porcelana slido, 20OC 15 x 10 -3 - 35 x 10 -3 PVC 20OC 50hz 30 x10 - 3 - 4 x 10 -3 Resinas epoxicas 0.02 - 0.04 Siliconas 0.01 - 0.02 Tefln 2 x 10 -4 Vidrio y sus variaciones 8 - 20 x 10 -3 XLPE(polietileno reticulado) slido, 20OC 50hz 1 x 10 - 2

TABLA 1.3. Valores de factor de prdidas o tg () para material dielctrico.

Fuente: Tcnicas de alta tensin, Ing. Hans Von Beeren, Enciclopedia prctica de electricidad aplicada, Editorial Labor S.A. [6] Enciclopedia CEAC de Electricidad. Instalaciones elctricas/cables subterrneos. J Ramrez Vzquez. Editorial CEAC. pg. 525 541.

1.4.6. RIGIDEZ DIELCTRICA La rigidez dielctrica de un material es conocida, como el mximo gradiente de potencial que puede soportar el mismo, sin que llegue a producirse una corriente disruptiva, antes de que se produzca su destruccin por perforacin, sin que llegue a una degradacin fsica de sus propiedades aislantes. Su valor se expresa en (KV/mm).

En un dielctrico lquido y/o gaseoso el material se auto-cicatriza, ocurriendo en su interior un fenmeno de vaporizacin, producindose una regeneracin parcial hasta que otro proceso de ruptura ocurra.

Las caractersticas de ruptura de los gases se representan en las curvas de Paschen, en donde se traza la tensin de ruptura en funcin de la presin p y de la distancia de los electrodos d.



Fig. 1.2. Curvas ideales de Paschen para tensin de ruptura en gases dielctricos.

MATERIAL CONDICIONES RIGIDEZ DIELCTRICA (kV/mm) Aceite de transformador Lquido, 20 OC 15- 200 Aire (seco) 0 OC, 1 atm 3 Baquelita 12 - 25 Cuarzo Cristal, 20 OC 15 - 30 Caucho Siliconas 18 - 30 Gas SF6 20 OC 1 atm 7.93 - 8.9 Goma 20 - 30 Mica 10 - 200 Neopreno Slido, 20OC 20 - 25 Nylon (poliamidas) 20 OC 25 Papel Impregnado 15 - 200 Polietileno Slido, 20OC 30 - 42 Polmeros 50 - 900 Polipropileno 30 - 35 Poliuretano 20 - 25 Porcelana Slido, 20OC 5.7 - 38 PVC Aislamiento 20OC 15 - 40 Siliconas 50 - 65 Tefln 30 - 60 Vidrio 10 - 48 XLPE(polietileno reticulado) Slido, 20OC 15

TABLA 1.4. Valores de tensin de ruptura en materiales dielctricos

Fuente: Tcnicas de alta tensin, Ing. Hans Von Beeren, Enciclopedia prctica de electricidad aplicada, Editorial Labor S.A. [6] Enciclopedia CEAC de Electricidad. Instalaciones elctricas/ cables subterrneos. J Ramrez Vzquez. Editorial CEAC. pg. 525 541.



La ruptura dielctrica en los lquidos se ve afectada por:

Impurezas electrolticas. Por el contenido de agua y oxgeno. Partculas macroscpicas que pueden formar un puente entre los

electrodos y favorecer la rotura de aislamiento. rea y el espesor de la muestra, debido al incremento de la incidencia de

los ensayos sobre grandes volmenes. Incremento ligero de la viscosidad.

1.4.7 RESISTENCIA SUPERFICIAL

En la mayora de los materiales, la corriente puede circular por la superficie del dielctrico en lugar de hacerlo a travs de la masa. Este fenmeno no tiene ninguna relacin con la resistividad propia del dielctrico, sino que depende y se mide por la resistencia superficial. Este valor Influye mucho de la calidad de la superficie y la presencia del polvo, humedad, etc.

1.4.8 ABSORCIN ELCTRICA Cuando se aplica una tensin a un dielctrico, se presenta una absorcin de carga elctrica, es preciso que se tenga en consideracin al efectuar las mediciones de resistencia, ya que la presencia de esta corriente puede alterar los valores obtenidos.

1.4.9 CONDUCTANCIA DE AISLAMIENTO Se define la conductancia G, como la inversa de la resistencia de prdidas del aislamiento y viene expresada por:

=

=

=

= = [/] = 2 f = velocidad angular CO = capacidad considerando el vaco como medio dielctrico. r = constante dielctrica relativa tg = tangente de prdidas



1.4.10 EFECTO CORONA Si el campo elctrico en un punto sobrepasa el valor de la tensin disruptiva del material presente, se producir una ionizacin con creacin de cargas libres por destruccin de molculas equilibradas elctricamente, esto ocurrir en la cercana de la superficie del material, presentndose como un halo luminoso, este fenmeno es conocido como efecto corona. Puede ocurrir entonces, que el valor del campo elctrico slo se presente en determinados lugares, o sea por concentracin de campo debido a un diseo incorrecto, o bien por la presencia de distinto valor de psilon .

1.5 CARACTERISTICAS DE MATERIALES DIELCTRICOS EN ALTAS TENSIONES Independientemente de su naturaleza fsica o qumica, los dielctricos bajo la accin de un campo elctrico presentan los siguientes fenmenos: Polarizacin. Conduccin. Generacin de calor debido a las prdidas de energa en su interior. Ruptura elctrica para campos elctricos superiores al crtico.

Dado que los materiales dielctricos son aislantes imperfectos, y que cuando se les aplica una diferencia de potencial se tiene la presencia de una corriente de fuga formada por: Corriente de capacidad. Corriente de conduccin. Corriente de absorcin.

1.5.1 POLARIZACIN El campo electrosttico creado por distribuciones de cargas puntuales o en conductores, es libre y en presencia de un campo elctrico las cargas se pueden mover sin restricciones. En los dielctricos la carga est sujeta por importantes fuerzas de cohesin y frente a un campo elctrico, su movilidad es muy limitada. Para el caso de un tomo de hidrogeno, en estado normal, los centros de masa de las cargas positiva y negativa coinciden, y el tomo no genera campo elctrico apreciable. Si se coloca el tomo en presencia de un campo externo sus cargas son atradas en sentidos opuestos y tienden a separarse. Esta separacin se ve contrarrestada por las fuerzas de cohesin atmica y finalmente se llega a una situacin de equilibrio con una distancia d entre los centros de masa de ambas cargas. El tomo produce un campo elctrico, que se denomina inducido. El fenmeno de la separacin limitada de carga se denomina polarizacin del material y el tomo se convierte en un dipolo.



1.5.2 CONDUCCIN La conduccin en un material dielctrico se da cuando, la polarizacin aumenta con la intensidad del campo externo, y si el campo sigue aumentando, llega un momento en que las fuerzas de cohesin no pueden mantener juntas las cargas y el tomo se ioniza por desprendimiento de electrones. Estos electrones se aceleran en presencia del campo, constituyendo una corriente elctrica, esta corriente puede ser muy intensa y destructiva, ya que en presencia de campos intensos los electrones se aceleran a energas muy altas y experimentan una colisin con un elemento neutro, arrancando ms electrones, lo que lleva a un efecto avalancha. Este fenmeno se conoce como ruptura dielctrica, y depende del tipo y estado del material, que tolera un campo mximo antes de la ruptura.

1.5.3 GENERACIN DE CALOR DEBIDO A PRDIDAS DE ENERGA

1.5.3.1 PRDIDAS POR EFECTO JOULE Cuando un aislante y/o material dielctrico se somete a tensin elctrica, es atravesado por una corriente de fuga, que depende de la tensin aplicada y de la resistencia del material. Al presentarse esta corriente el dielctrico sufre el efecto Joule que se traduce en una prdida de energa en forma de calor, expresada por:

W= I2 R t Dnde: R es la resistencia del material aislante. I corriente de fuga. t el tiempo en segundos. Esta prdida es muy pequea y tiene importancia, s el aislante se calienta, disminuyendo rpidamente la resistencia de aislamiento.

1.5.4 RUPTURA DIELCTRICA El campo de ruptura Er es la intensidad de campo elctrico que hace que un material dielctrico se convierta en conductor. La ruptura dielctrica es seguida por la circulacin de una corriente elctrica a travs de la regin conductora formada. Si la conduccin se produce en un gas ionizado, esta conduccin posterior a la ruptura se conoce como arco o chispa.



CAPITULO 2

MATERIALES DIELCTRICOS PARA ALTAS TENSIONES. En esta seccin se presentan, algunos elementos dielctricos usados en equipos y dispositivos de alta tensin, que son de gran inters en la Ingeniera Elctrica.

2.1 AISLANTES SLIDOS.

2.1.1 AISLADORES DE PORCELANA, VIDRIO, POLIMERICOS. Los aisladores de porcelana, deben fabricarse por procesos hmedos, toda

la superficie expuesta de estos, debe cubrirse con un vitrificado de tipo

compresin duro, liso, brillante e impermeable a la humedad, tal que le

permita, por medio del lavado natural de las aguas lluvias, mantenerse

fcilmente libre de suciedades ocasionadas por la contaminacin ambiental.

La superficie total del aislador deber estar esmaltada, excepto en sus

partes metlicas, la superficie total deber estar libre de imperfecciones, no

tiene que presentar porosidades, debe ser de alta resistencia dielctrica,

elevada resistencia mecnica, qumicamente inerte y elevado punto de

fusin.

En caso de aisladores de vidrio, el material deber ser templado o recocido, el vidrio utilizado en la fabricacin de aisladores ser de preferencia, tipo

sodio-calcio, homogneo e incoloro.

Los aisladores polimricos sern livianos, resistentes a los actos de vandalismo e inmunes a daos causados por agua, rayos ultravioletas o

radiacin solar. Los aisladores deben presentar aletas de diseo

aerodinmico, que faciliten su auto limpieza por el viento y lluvia. Se

preferirn aquellos aisladores que sean de goma de silicona de alta

performance. No se aceptarn polmeros de EPDM (Ethylene Pylene

Termolyner) o combinaciones con silicona. El material polimrico utilizado

debe poseer un nivel de tracking a lo menos de 3,5kV segn IEC 60587

ASTM D-2303.



Prueba Smbolo Porcelana Unidades Especificaciones segn la norma IEC-672 Porosidad aparente Pa 0 % 0 Densidad en bruto Da 2,3 g/cm3 2,2 min. Resistencia a la flexin Rt

Rg 80 a 90 100 a 120

N/mm2 N/mm2

50 min. 60 min.

Capacidad de calor especifico Cp 30-100 850 J/kg 750-900 Conductividad trmica Ct 30-100 1,4 w/mk 1-2,5 Resistencia al choque trmico T 155 K 150 min. Rigidez dielctrica Ed 22 kV/mm 20 min Tensin de aguante Ua 32 kV 30 min Permitividad relativa r 6 --- 6-7 Factor de disipacin Tan 0,02 --- 0,025 mx. Resistencia volumtrica Rv 1013 Cm 1011 min.

Tabla 2.1 Caractersticas tcnicas de la porcelana elctrica.

Fuente: Tcnicas de alta tensin, Ing. Hans Von Beeren, Enciclopedia prctica de electricidad aplicada, Editorial Labor S.A. [6] Enciclopedia CEAC de Electricidad. Instalaciones elctricas/

cables subterrneos. J Ramrez Vzquez. Editorial CEAC.

2.1.2 VENTAJAS DE LOS AISLADORES

2.1.2.1 AISLADORES DE PORCELANA. Porosidad cero, es decir, completamente impermeable. Alta resistencia dielctrica. Alta resistencia mecnica. Alta resistencia a la intemperie. Resistencia a los cidos. Resistencia a los lcalis. Resistencia a la accin de los rayos ultravioleta. Estabilidad electroqumica. Qumicamente inerte.

2.1.2.2 AISLADORES DE VIDRIO

Requieren de un templado especial a mayor temperatura, para limitar las tensiones internas del vidrio.

Mayor resistencia a los golpes. Fcil visualizacin ante dao permanente cuando falla, se nota a simple

vista la falta de la campana aislante en una lnea de transmisin.

Mayor fortaleza para sujecin de conductor, debido al incremento del volumen del vidrio.

Mayor resistencia a la traccin que los de porcelana.



2.1.2.3 AISLADOR POLIMERICO Ncleo dielctrico resistente, de fibra de vidrio. Recubrimiento polimrico aislante del ncleo. Las campanas sern suaves y libres de imperfecciones Ms livianos. El aislador es de una sola pieza, de polietileno de alta densidad. Proporcionan firme retencin bajo condiciones de corto circuito.

2.1.3 PRUEBAS DE RUTINA EN MATERIALES SLIDOS. Prueba de resistencia de aislamiento Prueba de factor de potencia del aislamiento. Tensin de flameo usando ondas de impulso ASTM D3426-97, ANSI C29.1. Tensin de flameo usando tensin alterna a frecuencia industrial ASTM

D149, ANSI C29.1 Conductividad ASTM C 408-88. Caractersticas de perdidas AC y permitividad constante dielctrica ASTM D

150-98, ASTM D 2520. Fuerza dielctrica ASTM D 116.

2.2 LQUIDOS DIELCTRICOS Los lquidos dielctricos proveen aislamiento elctrico y refrigeracin, estos se pueden recuperar con un proceso adecuado, pero la influencia de los contaminantes es mayor que en los gases. Las propiedades del aceite dielctrico son: Rigidez dielctrica alta para resistir el incremento de demanda que se

presenten en el servicio. Viscosidad adecuada para asegurar la circulacin por conveccin y facilitar

la transferencia de calor. Punto de escurrimiento bajo, que asegure la fluidez del aceite a bajas

temperaturas. Buena estabilidad a la oxidacin, que asegure una vida til (entre 20 30

aos). Los aceites dielctricos son refinados, para proveer a los equipos las funciones de enfriamiento y/o disipacin del calor generado en la operacin de la unidad, adems de proporcionar el suficiente aislamiento elctrico para prevenir la formacin de arcos elctricos entre conductores con alta diferencia de potencial.



2.2.1 ACEITES MINERALES.

Usados en aparatos elctricos de alta tensin, son hidrocarburos lquidos refinados del crudo del petrleo. Los constituyentes aromticos son deseados debido a sus propiedades de absorcin del gas y de las caractersticas de oxidacin. Su factor de disipacin aumenta apreciablemente a altas temperaturas cuando la viscosidad es reducida. Los aceites se deterioran en servicio debido a la oxidacin y a la absorcin de humedad. A continuacin se citan algunos de estos materiales. Alquil benzenos. Polibutenos. Bifeniles policlorados (PCB). Hidrocarbonos Alifticos Halogenados. Fluorcarbonos. Lquidos de Silicona.

El aceite dielctrico con bases minerales naftnicas, estn bajo las normas internacionales ASTM-3487 e IEC-296, tanto para aceites Inhibidos como para aceites No Inhibidos. Estos son excelentes aislantes dielctricos debido a su bajo nivel de humedad y partculas que permite al aceite obtener un ptimo comportamiento elctrico. Bajo los efectos del estrs elctrico, este producto es capaz de absorber los gases que se generan en el sistema, as como proteger el equipo cuando se ve sometido a condiciones de carga bajo impulso. Estos productos estn diseados para resistir la accin de oxgeno y los catalizadores metlicos, lo cual impide la formacin de compuestos que afectan el factor de potencia y aumenta la acidez del producto en uso.



2.2.2 CARACTERSTICAS TPICAS SEGN NORMA ASTM D- 3487 - TIPO I, ACEITE NO INHIBIDO.

Propiedades Limites Norma NTE Norma ASTM

Fsica:

Punto de inflamacin C, mnimo 145 INEN 1496 D 0092

Color mximo 0,5 INEN 808 D 1500

Punto de fluidez C, max -40 INEN 1982 D 0097

Viscosidad cinemtica mm2/s (sCt)

a 40C, max 12 INEN 810 D0445

a 100C, max 3

Aspecto visual Claro y brillante D1524

Densidad relativa 0.91 D1298

Qumicas:

Estabilidad a la oxidacin 72hr:

Lodos, % masa 0,15 max D 2440

Acidez total mg de KOH/g 0,50 max




Estabilidad a la oxidacin, minutos 195 min D 2112

Contenido de agua, mx. ppm 35 D 1533

Contenido de inhibidor de oxidacin

% masa

No detectable D 2668

Contenido de PCB No detectable D 4059

Elctricas:

Tensin de ruptura dielctrica, mnimo KV,

electrodos de disco, electrodos VDE

30 mnimo IEC 156 D 1816,

D 877

Tensin de ruptura dielctrica de impulso 25 C,

Kv

145 mnimo D3300

Tangente del ngulo de perdidas

A 90C, mximo 0,005 D 924

Tabla 2.2 Valores Caractersticos de los aceites aislantes.

Fuente: Norma Internacional ASTM. Especificacin estndar para aceite minerales usados en

aparatos elctricos, designacin: D3487-00 TIPO I



2.2.3 CARACTERSTICAS TPICAS SEGN NORMA ASTM D- 3487 - TIPO II, ACEITE INHIBIDO. Propiedades Limites Norma NTE Norma ASTM

Fsica:

Punto de inflamacin C, mnimo 145 INEN 1496 D 0092

Color mximo 0,5 INEN 808 D 1500

Punto de fluidez C, max -40 INEN 1982 D 0097

Viscosidad cinemtica mm2/s (sCt)

a 40C, max 12 INEN 810 D0445

a 100C, max 3

Aspecto visual Claro y brillante D1524

Densidad relativa 0.91 D1298

Qumicas:







Estabilidad a la oxidacin, minutos 195 min D 2112

Contenido de agua, mx. ppm 35 D 1533

Contenido de inhibidor de oxidacin

% masa

No detectable D 2668

Contenido de PCB No detectable D 4059

Elctricas:

Tensin de ruptura dielctrica, mnimo KV,

electrodos de disco, electrocods VDE

30 min IEC 156 D 1816,

D 877

Tensin de ruptura dielctrica de impulso 25 C, Kv 145 min D3300

Tangente del ngulo de perdidas

A 90C, mximo 0,005 D 924

Tabla 2.3 Valores Caractersticos de los aceites aislantes.

Fuente: Norma Internacional ASTM. Especificacin estndar para aceite minerales usados en

aparatos elctricos, designacin: D3487-00 TIPO II.



2.2.4 PRUEBAS EN MATERIALES LQUIDOS.

Prueba de rigidez dielctrica ASTM D 1816, D877 Prueba de nmero de neutralizacin. Prueba de tensin inter-facial ASTM D 971. Prueba de color. Prueba de contenido de agua. Prueba de densidad relativa. Prueba de factor de potencia ASTM D 924

2.3 GASES DIELCTRICOS. Algunos materiales gaseosos son aislantes y que en presencia de campos elctricos elevados pueden convertirse en materiales conductores, esta condicin de conduccin es conocida como descarga. El aislante gaseoso de ms amplio uso es el aire, y se encuentran en sistemas de transmisin de alta, media y baja tensin. Adems existen otros gases de distintas caractersticas y propiedades elctricas, que cumplen de manera diferente con su propsito. Estos elementos gaseosos naturales o elementos con combinaciones qumicas exactas, son usados para aislar dispositivos elctricos encapsulados. Gases de uso comn en ingeniera de alta tensin:

Dixido de carbono (CO2). Nitrgeno (N2). Hexafloruro de azufre (SF6). Aire.

El oxgeno en el aire y el flor en el hexafloruro de azufre, son importantes porque atrapan fcilmente electrones libres, que son los agentes que inician una ruptura dielctrica.

2.3.1 AIRE El aire (seco) es un aislante y los elementos que lo componen tambin pueden ser considerados de la misma forma. La composicin porcentual del aire es:



Nitrgeno 78 % Oxgeno 20.99 % Argn 0.9325 % Gas Carbnico 0.03 % Hidrgeno 0.01 % Nen, Helio, Criptn, Xenn < 0.01%

Tabla 2.4 Elementos gaseosos que se encuentran en el aire.

2.3.1.1 PROPIEDADES DEL AIRE Peso Molecular: 28.95 g/mol Punto de fusin (Punto de congelacin incipiente): -213.4 C. Fase lquida

Densidad del lquido (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 875 kg/m3 Punto de ebullicin: -194.5 C

Calor latente de vaporizacin (1.013 bar): 198.7 kJ/kg Punto Crtico

Temperatura Crtica: -140.5 C Presin Crtica: 37.71 bar. Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)): 23.94 mW/(mK).

2.3.2 DIOXIDO DE CARBONO El dixido de carbono es un gas, resultante de la combinacin de dos cuerpos simples:

El carbono. El oxgeno.

El CO2 es un gas de olor ligeramente picante, incoloro y ms pesado que el aire, no es esencial para la vida, se solidifica a temperatura de -78,5C, formando nieve carbnica. Los gases que son aplicables para equipos de potencia elctrica, benignos para el medioambiente son requeridos por tener un mnimo de toxicidad, bajo efecto de calentamiento global, bajo dao de capa de ozono y permanecer gaseoso a bajas temperaturas, esas son las propiedades que tienen los gases como CO2, H2, N2, O2, y sus mezclas.

El CO2 es requerido por tener adecuado aislamiento, capacidad de extinguir el arco elctrico, estabilidad qumica, no es inflamable, no explota. El CO2 puede ser usado en equipos de potencia, puesto que, la cantidad que se usa en estos, as como su contaminacin, es despreciable comparando con las emisiones globales.



2.3.2.1 PROPIEDADES DEL DIOXIDO DE CARBONO CO2. Peso Molecular: 44.01 g/mol Fase Slida

Calor latente de fusin (1,013 bares): 196.104 kJ/kg. Densidad del slido: 1562 kg/m3 Punto Crtico

Temperatura Crtica: 31 C. Presin Crtica: 73.825 bar. Densidad Crtica: 464 kg/m3. Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 14.65 mW/(mK)

2.3.3 NITRGENO Es un gas inerte con numerosas aplicaciones industriales, puede licuarse enfrindolo a 196C. El nitrgeno bajo la forma gaseosa es neutro, incoloro, inerte y no permite la vida.

Es usado como gas portador, para la proteccin total contra impurezas y oxidacin en semiconductores y procesos de soldadura. En su forma fra y lquida, N2 es usado como un medio de enfriamiento de dispositivos elctricos en las pruebas ambientales.

2.3.3.1 PROPIEDADES DEL NITRGENO N2 Peso Molecular: 28.0134 g/mol. Punto de fusin : -210 C Fase lquida

Densidad del lquido (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 808.607 kg/m3 Punto de ebullicin (1.013 bar): -195.9 C. Calor latente de vaporizacin (1.013 bar): 198.38 kJ/kg. Punto Crtico

Temperatura Crtica: -147 C. Presin Crtica: 33.999 bar. Densidad Crtica: 314.03 kg/m3. Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C): 24 mW/(mK)



2.3.4 HEXAFLORURO DE AZUFRE El Hexafloruro de Azufre SF6, es un gas inerte, no es txico, no tiene color, inodoro, inspido, y no inflamable. Tiene una densidad de 6.07 g/l a 20C, es un gas artificial utilizado en los equipos elctricos de alta y media tensin, el gas es 5 veces ms pesado que el aire. Es qumicamente muy estable por lo que a temperatura ambiente no reacciona con ninguna otra sustancia, su gran estabilidad se basa en el arreglo simtrico de sus seis tomos de Flor en torno a su tomo de Azufre central. Es esta estabilidad precisamente lo que vuelve a este gas muy til en la industria como excelente aislante elctrico y puede apagar un arco elctrico en forma efectiva debido a su alta capacidad calrica y sus propiedades electronegativas, estas propiedades, hacen posible construir equipos muy compactos, que utilizan menos materiales, seguros y con una vida til muy extensa. El gas SF6 es 100 veces mejor que el aire para interrumpir arcos elctricos y supera en 2.5 veces su habilidad aislante a la misma presin.

2.3.4.1 PROPIEDADES DEL HEXAFLORURO DE AZUFRE (SF6). Peso Molecular : 146.05 g/mol Fase Slida

Calor latente de fusin (1,013 bar, en el punto triple) : 39.75 kJ/kg Fase lquida

Densidad del lquido (en el punto triple) : 1880 kg/m3 Punto de ebullicin: -63.9 C Presin de vapor (a 21 C): 21.5 bar Punto Crtico

Temperatura Crtica: 45.5 C Presin Crtica: 37.59 bar. Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C) : 12.058 mW/(mK).

2.3.4.2 VENTAJAS DEL HEXAFLORURO DE AZUFRE (SF6).

El no ser txico. El alto grado de su tasa de recombinacin, despus de disociarse bajo el

efecto de descargas elevadas.

Su baja temperatura de licuefaccin, que permite el funcionamiento de los aparatos a pleno rendimiento en los climas ms fros.



2.3.5 VACIO La interrupcin de corriente en el vaco se consideraba una tcnica de conmutacin ideal, sin embargo, las dificultades prcticas hicieron que se ignorase por mucho tiempo, pero en la actualidad es una gran solucin en equipos de alta tensin. Uno de los problemas fundamentales era la fabricacin de un contenedor aislante adecuado que permaneciera hermticamente sellado. Los contactos deben mostrar una gran resistencia a la erosin del arco, adems el material de contacto debe ser poco propenso a la soldadura durante las operaciones de apertura y de cierre. El material compuesto por cobre y cromo es el ms apropiado y el que mejor satisface las necesidades bsicas. El mecanismo de formacin de portadores de carga proporciona a un interruptor de vaco la capacidad inherente de extinguir automticamente arcos de corriente de valores bajos a medios, cuando la corriente pasa por el valor cero. Sin embargo, una interrupcin satisfactoria de las corrientes de cortocircuito requiere adoptar medidas adicionales de diseo.

2.3.6 PRUEBAS EN MATERIALES GASEOSOS

Rigidez dielctrica para gases aislantes ASTM D 2477 Determinacin de impurezas por cromatografa del gas ASTM D 2685.



CAPITULO 3

USO, DEGRADACIN, REUTILIZACIN Y MANEJO AMBIENTAL PARA MATERIALES DIELCTRICOS

3.1 INTRODUCCIN

Los materiales dielctricos para altas tensiones sufren diferentes grados de daos y de envejecimiento al trabajar y cumplir con su propsito bajo condiciones normales de funcionamiento.

El grado de envejecimiento depende de la magnitud del estrs elctrico, trmico y mecnico al que est sujeto el material. Adems tiene mucha influencia la composicin y estructura molecular del material dielctrico, as como el medio ambiente, el entorno fsico, qumico y de radiacin en el que debe funcionar.

El envejecimiento al estrs elctrico depende principalmente de variables como:

Valor medio y valor mximo de tensin y corriente aplicado. Frecuencia (Hz). Grado de repeticin de impulsos superpuestos. Transitorios de sobretensin.

Para el estrs trmico, depende de las variables:

Valor superior e inferior de la temperatura ambiente. Gradiente de temperatura en el material dielctrico y Mxima temperatura permitida para su ptimo funcionamiento.

Para el estrs mecnico las variables que influyen son:

Torsin. Compresin. Tensin. Doblado del material.

El material dielctrico tendr un grado de envejecimiento diferente si todas las solicitaciones de estrs (elctrico, mecnico y trmico) actan simultneamente.



3.2 ACEITES DIELCTRICOS

3.2.1 USO DE ACEITE DIELCTRICO EN LAS ALTAS TENSIONES

3.2.1.1 APLICACIONES Transformadores de potencia y de distribucin. Condensadores. Convertidores Interruptores de potencia. Bobinas de arranque en automotores. Mquinas herramientas para electroerosin.

Todos estos equipos pueden o no estar ubicados al aire libre y expuesto a bajas temperaturas.

3.2.1.2 PRESENTACIN Granel: Carro-tanques, en cisternas, carro-tanques. Tambor: Envases metlicos nuevos de 200 1000 litros, 55 galones con

atmsfera de gas inerte.

3.2.2 MANEJO DE ACEITE DIELCTRICO EN DISPOSITIVOS DE ALTA TENSION Es primordial tener un mximo de precauciones tanto en la manipulacin, envasado, almacenamiento del aceite como durante su traslado a los equipos. Adems, se requiere un mximo cuidado en la toma de las muestra de aceites usados, pues cualquier contaminacin, puede llevar a diagnsticos y resultados errneos sobre la condicin del aceite.

3.2.2.1 PRECAUCIONES EN EL ALMACENAMIENTO Limpiar los carros-tanque y envases, para el almacenamiento y el

transporte de aceites. No deben ser llenados durante tiempo lluvioso o en ambientes donde la

humedad sea muy alta. Los aceites deben ser almacenados bajo techo donde no estn expuestos a

la inclemencia del tiempo. Los tanques deben ubicarse a un nivel superior al del piso y colocarlos en

posicin vertical, pero volteados, para que la presin sobre la tapa impida el ingreso de aire o agua a travs de sta.

El almacn de los aceites contaminados con PCB debe ser exclusivo, delimitndolos y sealizndolos, donde slo puede acceder el personal formado y autorizado para el manejo de PCB.



Los recipientes que estn almacenados con aceite para su posterior desecho deben estar sealizados, adems deben ser hermticos y en un material que no se degrade por el aceite.

3.2.2.2 PRECAUCIONES DURANTE EL LLENADO En equipos elctricos, los interiores deben ser inspeccionados para verificar

que estn limpios y secos, para eliminar el aire y la humedad se ponen al vaco, o se cargan con gas seco e inerte antes de llenarlos con aceite.

Realizar un ligero calentamiento del aceite antes de verterlo, el aceite se debe filtrar durante la transferencia desde un tanque al equipo elctrico.

3.2.2.3 MANTENIMIENTO DEL ACEITE AISLANTE

Equilibrar adecuadamente los transformadores lograr que el aceite cubra la totalidad de las partes del interior de los mismos.

Colocar filtros adecuados en los transformadores, de forma que evite la entrada de humedad, polvo y otras partculas.

Revisar la juntura de tapas, pasa-cables, mirilla, para evitar el acceso de suciedad o la perdida de aceite.

Realizar pruebas, y/o anlisis peridicos para tomar acciones de mantenimiento antes de que la excesiva degradacin del aceite lo haga irrecuperable, e incluso dae el interior del equipo elctrico.

El uso de equipos de purificacin y regeneracin de aceite aislante permite devolver las caractersticas funcionales mnimas para continuar usndolo, antes de que la contaminacin del aceite provoque depsitos de lodos en el interior.

3.2.3 DEGRADACIN DE ACEITES DIELCTRICOS Los aceites para servicio en equipos elctricos de alta tensin estn sometidos a diversas condiciones de operacin y expuestos a la presencia de elementos que conllevan al deterioro gradual de sus propiedades. El envejecimiento y oxidacin del aceite es acelerado por: La naturaleza o composicin del aceite. La cantidad de oxgeno. El nivel de temperatura sometido durante el servicio, originada por:

sobrecargas, cortocircuitos no liberados por las protecciones, defectos de la construccin de la mquina, etc.

La presencia de agua disuelta en el aceite.



Los metales presentes en las partes activas (cobres y acero) actan como catalizadores acelerando el proceso.

Los gradientes de campo elctrico excesivos. Corrosin de la carcasa y/o del ncleo del equipo elctrico.

El anlisis peridico del aceite y la determinacin del ndice de acidez, permiten evaluar el avance del proceso de envejecimiento. Dependiendo del tipo de hidrocarburos empleados en la fabricacin del aceite, ste presentar mejores o peores propiedades tanto refrigerantes como de estabilidad qumica, as como de oxidacin. El nivel de temperatura es un factor muy importante en la rapidez de oxidacin del aceite, mientras ms alta la temperatura, ms rpida ser la degradacin del aceite .

NUMERO DE NEUTRALIZACION vs TEMPERATURA TEPERATURA DE OPERACIN DEL EQUIPO

VIDA TIL DEL ACIETE DIELCTRICO EN AOS

60 OC 20.00 70 OC 10.00 80 OC 5.00 90 OC 2.50 100 OC 1.25 110 OC 7 meses

Tabla 3.1 Tiempo de vida til de un aceite dielctrico.

Fig. 3.1. Curva de oxidacin de aceite dielctrico.

Fuente: tutorial de lubricacin Shell, modulo 9/ transformadores.

Tiempo estimado para que el nmero de neutralizacin del aceite alcance una acidez equivalente a 0.25 mg KOH/g (hidrxido de potasio por mili-gramo de sustancia para neutralizar un gramo de aceite).



La grfica muestra la diferencia entre las curvas de oxidacin de un aceite no inhibido y otro inhibido. Los inhibidores de oxidacin mantienen la acidez del aceite a un nivel ms bajo que los aceites sin inhibidor. Si se agota el aditivo antioxidante en el aceite inhibido la reaccin de oxidacin se acelera y por tanto la curva toma forma exponencial con una pendiente mayor que la del aceite no inhibido.

3.2.3.1 SNTOMAS DE DEGRADACIN DEL ACEITE Cambio de color: oscurecimiento. Formacin de sustancias polares. Formacin de cidos. Olor. Generacin de lodos

3.2.3.2 DISPOSICIN FINAL DEL ACEITE DIELCTRICO USADO. El aceite puede fcilmente recuperar sus condiciones originales cuando se somete a un proceso adecuado de filtracin con arcilla, seguido de secado al vaco. Mediante procesos peridicos de tratamiento, un aceite dielctrico de buena calidad, puede utilizarse por un perodo entre 20 a 25 aos. Cuando ya el aceite dielctrico no puede ser restituido a sus condiciones de operatividad, se recomienda que se utilice como combustible en Calderas.

3.2.4 IMPACTOS AMBIENTALES La contaminacin que produce el aceite depositado y sus vapores expulsados en un ambiente cerrado, son muy peligrosos, por lo que, los depsitos de aceites dielctricos deben tener un eficaz sistema de ventilacin para arrastrar la contaminacin que pudiera producirse. Esta ventilacin debe ser sin reciclado y con garantas que no contamina el medio ambiente de las zonas cercanas. Los lugares de almacenamiento deben estar provistos de un sistema anti-incendio adecuado al producto depositado.

3.2.4.1 RIESGOS PARA LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE Los compuestos orgnicos presentes en las bases de los aceites vrgenes, los aditivos que contienen y los contaminantes que acumulan durante su uso hacen que estos residuos contengan sustancias perjudiciales para el ser humano y el medio ambiente.



3.2.4.2 RIESGOS PARA EL SER HUMANO La exposicin prolongada y repetida a gases de compuestos orgnicos, aromticos, metales pesados, y otras sustancias presentes en los aceites usados, que son arrojados a la atmosfera, son muy dainos que provocan afecciones sobre el sistema respiratorio debido a su carcter irritante y txico. Se recomienda mantenerlos lejos del contacto con la piel, ojos y evitar la ingestin o la inhalacin de vapores. En la proximidad de los depsitos deben existir duchas de emergencia y equipo para lavar los ojos para poder tomar las medidas de primeros auxilios establecidas.

3.2.4.3 RIESGOS PARA EL AIRE La eliminacin mediante combustin incontrolada origina graves problemas de contaminacin atmosfrica producida por gases de combustin txica provenientes de compuestos de cloro, fsforo y azufre, y por productos presentes en los aceites usados.

3.2.4.4 RIESGOS PARA EL AGUA Los aceites usados generan finas pelculas impermeables en la superficie de los cursos del agua y debido a su insolubilidad impiden el paso de oxgeno a travs de ella, la contaminacin puede inhabilitar cursos de agua usados como fuente de agua potable.

3.2.4.5 RIESGOS PARA EL SUELO Los hidrocarburos saturados no biodegradables que componen el aceite dielctrico usado en contacto con el suelo destruyen el humus vegetal, y la fertilidad del suelo, contaminando las aguas superficiales y subterrneas.

3.2.5 REGENARACIN Y RECICLAJE

3.2.5.1 TRATAMIENTOS AL ACEITE DIELCTRICO Cuando los aceites dielctricos han llegado a un punto donde se encuentran fuera de sus especificaciones, y deja de cumplir sus funciones con eficacia, es necesario iniciar un tratamiento que le devuelva al aceite todos sus parmetros originales, y as extender la vida til del equipo.



3.2.5.2 PROCESO DE REGENERACIN DE TERMO-VACO Este procedimiento preventivo se recomienda cuando el ndice de Calidad se encuentra entre 600 - 1.500, se recomienda para secado y desgasificacin de los aceites dielctricos, es usado cuando tienen un nivel bajo de rigidez dielctrica o un contenido elevado de humedad. Es un proceso fsico, que se realiza utilizando filtros de termo-vaco, permitiendo secar el aceite a temperaturas no mayores a 65C, que nos ayuda a evitar la degradacin por oxidacin. El aceite se limpia totalmente para ser utilizado en la misma aplicacin, con un porcentaje de vida casi igual al que tena al iniciar el proceso.

3.2.5.3 TRATAMIENTO DE REGENERACIN CON TIERRA FULLER. La Tierra Fuller es una arcilla adsorbente con base en silicatos de aluminio hidratado, mediante procesos de incineracin se obtiene un producto de gran utilidad que se comporta como sustancia adsorbente de partculas cidas. Con la regeneracin se absorben los productos de degradacin disueltos en el aceite, por lo que se recomienda para aceites dielctricos que poseen un ndice de calidad inferior a 500. El tratamiento es econmico y de fcil realizacin, porque el aceite circula a travs de tierras adsorbentes, que retienen los compuestos producidos por los procesos de oxidacin. La regeneracin tiene por objeto obtener la limpieza total de un equipo elctrico hasta dejarlo libre de contaminantes cidos, y en segundo lugar la recuperacin del aceite. Existen dos mtodos de adsorcin por medio de tierra fuller: El mtodo de contacto. El mtodo de percolacin.

El mtodo de contacto consiste en mezclar el aceite con tierra fuller en polvo, bajo condiciones de tiempo y temperatura controladas, luego de completarse la adsorcin, la tierra es separada del aceite purificado. En el mtodo de percolacin, el aceite es pasado a travs de una columna de tierra fuller, el cual puede ser de tipo cartucho o de tipo torre. La percolacin de tipo torre es similar al mtodo con cartuchos con la diferencia de que el aceite es pasado por tierra fuller verticalmente y no horizontalmente. Una vez que la tierra fuller se encuentra saturada, es retirada de los tanques de remocin de lodos de la unidad de tratamiento y es almacenada, luego de almacenar, sta debe ser trasladada a una compaa que posea un horno de produccin de cemento, en donde se efecta el tratamiento de estos residuos para darles una disposicin final y segura sin generar ningn tipo de residuo adicional.



3.3 GAS DIELCTRICO 3.3.1 USO DE GAS DIELCTRICO SF6 EN ALTA TENSIN 3.3.1.1 APLICACIONES Interruptores de media y alta tensin, usados como medio de extincin de

arco. Seccionadores. Reconectadores. Transformadores, usados como aislamiento. Subestaciones aisladas en gas GIS. Interruptores automticos (interruptores de hexafloruro de azufre),

conmutadores. Guas de ondas de radar.

Todas estas aplicaciones son sistemas cerrados, muy seguros, sin posibilidades de filtraciones.

3.3.1.2 PRESENTACIN Cilindros, tanques especficos para el transporte y envasado.

Fig. 3.2 Contenedores de gas dielctrico SF6.

Cortesia: Agencia de Proteccin Ambiental. EPA.

3.3.2 MANEJO DEL GAS SF6 EN DISPOSITIVOS DE ALTA TENSIN El SF6 es un gas muy estable, pero se puede descomponer a causa de descargas elctricas con un alto contenido de energa, est accin forma subproductos slidos y gaseosos, sin embargo las descomposiciones gaseosas se



mantienen en niveles bajos y pueden ser eliminadas con sustancias absorbentes como la almina. Los descompuestos slidos son bsicamente fluoruros en forma de un polvo gris muy fino. En grandes concentraciones, estos subproductos son corrosivos y venenosos por lo que existen procedimientos especiales para tratar estos casos. Los equipos que utilizan el SF6 son seguros, y no liberan gas a la atmosfera, todos deben ser monitoreados en forma permanente y cualquier fuga debe ser rpidamente detectada y corregida. Si el equipo debe ser abierto, el gas debe ser re-comprimido en un tanque y luego de un proceso de filtrado, puede ser reutilizado. Existen diversos equipos que permiten la manipulacin del SF6, ya sea en subestaciones encapsuladas GIS o en interruptores.

3.3.2.1 ALMACENAMIENTO Almacenar en un rea fresca, seca, bien ventilada, lejos de los lugares de trfico vehicular y de las salidas de emergencia, no permitir, que en el lugar la temperatura exceda 52C. Los cilindros sern colocados parados y bien asegurados para evitar que se caigan o se golpeen. Las tapas protectoras de las vlvulas deben estar bien colocadas, no se debe arrastrar, deslizar o hacer rodar los cilindros, sino utilizar auto-elevadores para desplazarlos. No calentar los cilindros, para incrementar la velocidad de descarga, utilizar una vlvula de control o de retencin para evitar riesgos de retroceso de flujo al interior

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