AISLADORES DE SILICONA SILCOSIL® - Pfisterer

MILESTONES
COMPOSITE INSULATORS
SISTEMAS DE LÍNEAS AÉREAS
DATOS TÉCNICOS
AISLADORES DE SILICONA
SILCOSIL ®
Soluciones innovadoras en Tecnología de Goma Silicona

INTRODUCCIÓN
Primer sistema de catenaria ferroviaria
instalado en 1979
Primer ejemplar del mundo de una cruceta
aislante de 420 kV instalada en 1998
Primeros aisladores de suspensión y
amarre de 420 kV en 1990
¿Qué destaca a PFISTERER SEFAG?
La empresa PFISTERER SEFAG está situada en Malters, Suiza, y lleva abasteciendo el campo de aisladores compuestos
de silicona para diferentes aplicaciones eléctricas desde hace más de treinta años en toda Suiza y otros países. Desde el
principio PFISTERER SEFAG ha utilizado goma silicona como material único de revestimiento de aisladores compuestos. La
larga experiencia en este campo ha convertido a PFISTERER SEFAG en el líder del mercado cuando se trata de la adaptación
y utilización de aisladores compuestos a fin de sustituir tecnologías de vidrio o porcelana. Esto ha sido posible gracias a
innovaciones en el desarrollo de la tecnología de goma silicona y como resultado de ensayos de laboratorio y pruebas de
recepción de diferentes fórmulas de goma silicona. La actual posición singular de PFISTERER SEFAG se puede caracterizar
de la siguiente manera:
• Más de 30 años de experiencia en la construcción y producción de aisladores compuestos de goma silicona
• Uso exclusivo de goma silicona como material de revestimiento
• Procesamiento de todos los tipos típicos de goma silicona, optimizados para la aplicación
• Utilización de todos los procesos típicos de moldeo por inyección y del sistema modular
• Participación a largo plazo en los grupos de trabajo CIGRE e IEC
• Conjuntos de aisladores para la protección combinada contra efecto corona y arco voltaico, comprobados en aplicaciones
en todo el mundo
La introducción de la tecnología de goma silicona para aisladores compuestos fue una ampliación visionaria de la gama de productos
existentes, que consta de productos y componentes para los redes de distribución y de transmisión. Y esto desde hace
más de cincuenta años en Suiza y desde 1921 en la ubicación de producción Alemania como parte del grupo PFISTERER.
Desde que PFISTERER SEFAG introdujo en el año 1975 los aisladores compuestos de silicona bajo la denominación SILCOSIL ® ,
éstos han sido instalados en una amplia gama de aplicación en los redes de transmisión y distribución. Aparte de la aplicación
«clásica» de amarre y suspensión de los aisladores de línea, la experiencia en servicio de PFISTERER SEFAG incluye además
aisladores tipo poste para líneas aéreas y para estaciones. Además crucetas aislantes, aisladores de núcleo hueco y un programa
de aisladores ferroviarios.
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HITOS
Transformador de corriente de 145 kV
en 1998
Conjunto de amarre 500 kN de
420 kV en 2004
Tercera generación de crucetas aislantes
de 420 kV en 2007
Datos y cifras
1957 Fundación de SEFAG AG «Schweizerische Elektrotechnische
Fabrik AG»
1958 Fabricación de componentes para la cartera de
productos de PFISTERER
1965 Desarollo y producción de componentes para T&D
para el mercado energético en Suiza
1975 Construcción y producción del primer aislador compuesto
de tipo núcleo hueco
1978 Desarrollo del primer aislador compuesto para los
Ferrocarriles Suizos en colaboración con la empresa
Dätwyler
1979 Primer instalación de aisladores compuestos para los
Ferrocarriles Suizos en el túnel de Lötschberg en Suiza
1981 Fundación de la empresa SEFAG EXPORT AG
1986 Instalación del primer aislador compuesto en la red
de transmisión suiza
1987 Constitución del departamento de herrajes para líneas
aéreas
1988 Introducción del programa de SEFAG de los herrajes
de líneas aéreas
1989 Suministro de conjuntos de aisladores de 420 kV y de
espaciadores amortiguadores para Oriente Próximo
1990 Suministro de aisladores compuestos de 420 kV para
NOK Suiza
1993 Perfección del programa de los herrajes de líneas aéreas
para cuestiones de vibraciones del conductor incluyendo
amortiguadores, registradores de vibración,
medición del campo eléctrico e investigaciones analíticas
1995 Certificado de calidad según ISO 9001
1997 Suministro de conjuntos de aisladores de 525 kV y
espaciadores de campo antivibratorios para América
del Sur
1998 Construcción y suministro de la primera línea compacta
del mundo de 420 kV con crucetas aislantes de aisladores
compuestos
1999 Inicio de la producción de descargadores compuestos
y aisladores ferroviarios con la tecnología de goma
silicona HTV
2000 Fundación de SEFAG IXOSIL AG – antes parte de
Dätwyler AG
2000 Ampliación de la producción LSR y de la instalación
del laboratorio de ensayos para AT
2003 Integración de la empresa Hardware Assemblies (RSA)
en el grupo PFISTERER SEFAG [PFISTERER (Pty) Ltd.]
2004 Actualización del certificado según ISO 9001: 2000
2005 Dimensiones para aisladores de tipo núcleo hueco
hasta un diámetro de 600 mm son disponibles
2006 Introducción de la nueva estructura de grupos y cambio
de nombre a PFISTERER SEFAG
2006 Terminación de la nueva nave de producción
2007 Introducción en Dubai de la tercera generación de línea
compacta para la línea de 420 kV de DEWA con restricciones
de conducción
2008 Suministro de aisladores compuestos especiales para
el proyecto de 800 kV c.c. Yunnan-Guangdong (China)
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PRODUCTO
Introducción
Las siguientes descripciones presentan una vista general sobre el producto «Aislador compuesto SILCOSIL ® » de PFISTERER
SEFAG. Descripciones detalladas explican la selección de los materiales para un resultado duradero y fiable del producto en la red.
Herraje
terminal
Varilla de resina
reforzada con fibra
de vidrio
Revestimiento
Los aisladores compuestos se introdujeron a finales de los
años sesenta. La idea básica consiste en la combinación
de diferentes materiales que cumplen los diferentes requerimientos
en el funcionamiento del aislador conforme a su
resistencia y su característica (Fig. 1).
Los herrajes terminales suelen ser de metal p. ej. acero forjado
o aluminio. Para los herrajes de aisladores de líneas se ha
conseguido un alto grado de estandarización para garantizar
una sustitución fácil de aisladores convencionales existentes
por solucines con aisladores compuestos.
La varilla de resina reforzado con fibra de vidrio absorbe las
cargas mecánicas que pueden ser tensión, flexión o compresión.
También puede ser una combinación de las tres cargas
dependiendo de la aplicación y las variaciones de carga.
Fig.1: Componentes de un aislador compuesto
Los materiales para el revestimiento son tan diversos como
los correspondientes métodos de fabricación. No obstante,
la experiencia presente en servicio ha demostrado que
ciertos materiales muestran un comportamiento óptimo.
Más detalles a este propósito siguen más adelante.
Herraje terminal
En Fig. 2 se muestran modelos típicos de herrajes terminales.
Las dimensiones corresponden a las normas IEC
60120, IEC 60471 o IEC 61466 así como a las normas
equivalentes de ANSI.
Para la red de distribución, caracterizada típicamente por
fuerzas hasta los 70 kN, se pueden aplicar herrajes terminales
de acero fundido.
Para clases de fuerza mayores de 70 kN se emplean herrajes
terminales de acero forjado.
Para aplicaciones especiales, como p. ej. herrajes para sistemas
de catenaria ferroviaria, se aplica a menudo aluminio de
fundición en coquilla de alta resistencia.
Los herrajes terminales de acero están galvanizados en
caliente. El espesor de la galvanización se efectúa según las
recomendaciones de la IEC 60383. A pedido, se suministran
mayores espesores p. ej. para condiciones de empleo altamente
corrosivas o aplicaciones de corriente continua.
Fig. 2: Modelos típicos de herrajes terminales
Informaciones detalladas sobre las dimensiones y las clases
de fuerza correspondientes se presentan por separado en el
catálogo de aisladores.
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PRODUCTO
La varilla
La varilla de resina reforzado con fibra de vidrio es un componente
importante del aislador compuesto. La varilla se produce
generalmente en un proceso continuo de pultrusión. Diferentes
diámetros son disponibles dependiendo de la aplicación o
carga (Fig. 3).
El contenido de la fibra determina la resistencia intrínseca
especificada a la tensión y flexión de la varilla.
Fig. 3: Ejemplos para dimensiones de varillas
La dimensión de las fibras de vidrio es importante para la
adhesión a la matriz de resina. La matriz de resina tiene que
ser formulada para aplicaciones eléctricas para garantizar
una baja absorbción de humedad y cambios insignificantes
de las propiedades eléctricas y mecánicas en servicio. El
alargamiento de rotura de la resina deber estar equilibrado
con el alargamiento de rotura de las fibras de vidrio para
impedir fisuras y fracturas en el momento de ser sometido
a cargas mecánicas. Hoy en día, se suelen utilizar generalmente
resinas epoxi.
Por diferentes motivos se añade el material de relleno al
matriz de resina. Como resultado la varilla tiene un aspecto
transparente u opaco. Cuando se controlan cuidadosamente
las materias primas, se seleccionan exactamente los parámetros
del proceso y se aplican controles de rutina determinados
mediante estadísticas, los dos tipos de varillas presentan un
comportamiento de servicio excelente y fiable.
Varillas para aplicaciones de tensión
La elección de la fibra de vidrio determina la susceptibilidad
de la varilla para la corrosión de tensión electrolítica (rotura
frágil). Este fenómeno se da por un ataque ácido destructivo
sobre la fibra de vidrio, seguido por un defecto mecánico del
aislador cuando las restantes fibras no son capaces de seguir
soportando las cargas de tensión en servicio. Investigaciones
recientes en CIGRE e IEEE, así como las experiencias en el
campo, han demostrado que la probabilidad de una rotura
frágil se reduce significativamente con el uso de fibras de vidrio
especiales (con un contenido de boro reducido o bien libre
de boro, llamado vidrio E-CR) (Fig. 4). PFISTERER SEFAG
utiliza tales varillas resistentes a la rotura frágil desde hace
muchos años.
Una guía sobre la construcción y prueba de aisladores compuestos
para conjuntos de suspensión y amarre se indica en:
Fig. 4: Con el uso de vidrio E-CR no hay
fractura frágil
• IEC 61109 (aisladores compuestos tipo bastón)
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PRODUCTO
Varilla para aplicaciones de flexión
Los diámetros de las varillas se eligen considerando la carga
en servicio, la resistencia a la rotura por flexión así como el
movimiento admisible a carga en servicio.
Lado de compresión
Lado de tensión
Fig. 5: Corte transversal de un aislador tipo poste para líneas
aéreas después del «modo de fallo no peligroso»
Como ventaja del aislador tipo poste se ha revuelto el llamado
«modo de fallo no peligroso» al sobrecargar la solicitación de
flexión máxima. Esto significa que un aislador compuesto tipo
poste diseñado apropiadamente no fallará a causa de una rotura
completa sino solamente por una rotura por cizallamiento
interlaminar en la zona neutra de la flexión (Fig. 5).
Este «modo de fallo no peligroso» tiene las siguientes ventajas
respecto al aumento del valor y rendimiento en comparación
con aisladores tipo poste de porcelana:
• Ninguna rotura relacionada con la caída inmediata del conductor
• Identificación fácil gracias al movimiento sobredimensionado
• Alta capacidad de resistencia residual del aislador sobrecargado
Una guía sobre el diseño y la prueba de aisladores compuestos
para aplicaciones de poste se indica en:
• IEC 61952 (aisladores tipo poste para líneas aéreas)
• IEC 62231 (aisladores tipo poste para estaciones)
Revestimiento
El objetivo eléctrico de un aislador es el aislamiento entre
conductor-tierra o conductor-conductor contra un salto de
chispas. Dicho de forma simplificada, un salto de chispas
puede ocurrir debido a una sobretensión o por contaminación.
Desde la introducción de los aisladores poliméricos se han
probado y ensayado muchos materiales diferentes respecto
a su comportamiento bajo condiciones de aire libre. La experiencia
ha demostrado que hay una interacción fuerte entre
las propiedades elementales del material y la construcción
total del aislador.
Una encuesta llevada a cabo por el grupo de trabajo CIGRE
B2.03 y publicada en el año 2000, demuestra que en la mayor
parte de las aplicaciones con aisladores compuestos se
emplea goma silicona como material de revestimiento
(Fig. 6). EPDM y otros materiales desempeñan un
papel menos importante.
Mientras que la distancia de arco determina el comportamiento
durante una sobretensión, la geometría (de aletas)
y el comportamiento con humedad en su revestimiento
son los factores decisivos del comportamiento en caso de
contaminación.
Fig. 6: Uso de material para el revestimiento para aisladores
compuestos > 100 kV
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Processing
PRODUCTO
Hidrofobicidad como propiedad clave
Fig. 7: Comportamiento hidrofílico de la superficie
Fig. 8: Comportamiento hidrófobo de la superficie
En general, los aisladores compuestos para líneas aéreas tienen menor diámetro que los aisladores de porcelana o de vidrio.
Esta diferencia en la geometría y una superficie preferiblemente no mojada (hidrofobicidad) llevan a un comportamiento
en servicio más fiable en caso de contaminación en comparación con los aisladores convencionales. La humectabilidad
caracteriza el comportamiento de dispersión del agua y puede ser categorizada principalmente en el estado hidrofílico (Fig. 7)
e hidrófobo (Fig. 8).
La experiencia en servicio ha mostrado que la cualidad de «hidrofobia» es decisiva para un functioinamiento fiable en condiciones
de contaminación sin medidas de mantenimiento preventivo tal como limpieza o engrasado.
Comparando la goma silicona con otros materiales así como vidrio/porcelana como referencia, se puede presentar la siguiente
tabla:
Clases de material
de revestimiento
Comportamiento hidrófobo
de la superficie
Comportamiento hidrofílico
de la superficie
nuevo viejo contaminado nuevo viejo contaminado
Goma silicona
sí
sí, después de
recuperación*
sí, después
del proceso de
transferencia**
no
no, sólo
temporalmente
no, sólo
temporalmente
Otros materiales
poliméricos
sí no no no sí sí
Vidrio/Porcelana no no no sí sí sí
* La recuperación es un proceso bien documentado de la goma silicona y significa que las cualidades hidrófobas suelen volver con
la reorientación de grupos metilos en la superficie de la masa del material.
** La transferencia es la difusión de moléculas de cadenas de bajo peso molecular de la goma silicona en la capa de contaminación
de la superficie del aislador. En cantidades suficientes de estas moléculas, la capa de contaminación se vuelve hidrófoba y
se comporta, en el caso ideal, como un aislador no contaminado.
Tabla 1: Comportamiento de la superficie versus material
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PRODUCTO
Cualidades de resistencia al envejecimiento
Si se pierde la hidrofobicidad, un segundo «mecanismo de
protección» del material contra el envejecimiento intensivo
(erosión de la masa, tracking) deberá proteger al aislador.
Este mecanismo se evalúa en particular mediante ensayos
que valoran el comportamiento de erosión y tracking (p. ej.
IEC 60587) (Fig. 9).
Fig. 9: Comportamiento de erosión de aisladores
de silicona no cargados (la seria superior) y
goma de silicona enriquecido óptimamente
(la seria inferior)
En cuanto al comportamiento aislante de los aisladores
compuestos, se considera que la propiedad hidrofóbica es
el factor más importante. Los procesos dinámicos de pérdida
temporal de hidrofobicidad y la siguiente recuperación/transferencia
así como su fuerte dependencia de estos procesos
de la formulación del material (la fórmula, material de relleno
y aditivos) y de la tecnología de elaboración, son asuntos de
una continua optimización.
Está bien documentado que los tipos de goma silicona vulcanizados
a alta temperatura (HTV) y enriquecidos con trihidrato
de aluminio son superiores a tipos de goma silicona no enriquecidos
y de baja viscosidad como p. ej. silicona vulcanizada
a temperatura ambiente (RTV) o silicona líquida (LSR) en
cuanto al comportamiento de erosión y tracking.
Mientras que al principio el material de relleno podía tener
influencia diametral en la dinámica de la hidrofobicidad, los
materiales HTV actuales combinan de forma óptima la resistencia
excelente a la erosión y tracking con el comportamiento
de la hidrofobicidad dinámica – una rápida recuperación y un
corto tiempo de transferencia (Fig. 10.1 y Fig. 10.2).
Por ejemplo, en el Grupo de Trabajo CIGRE D1.14 se han
realizado investigaciones científicas con el objetivo de definir
un método de ensayo para medir la transferencia de propiedades
hidrófobas a una capa contaminada definida.
Fig. 10.2: Efecto hidrofóbico de la superficie de
silicona con contaminación industrial
Fig. 10.1: Efecto hidrofóbico de la superficie de
silicona sin contaminación
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PRODUCTO
Como mencionado en la introducción, el desarrollo de PFISTERER SEFAG en el campo de la tecnología de aisladores compuestos
comenzó con una solicitud de los Ferrocarriles Suizos para aplicaciones de aislamiento bajo condiciones de un alto
grado de contaminación. Esta es una de las razones por las que se introdujo la goma silicona como material de revestimiento.
A causa de las experiencias en servicio positivas se han seguido desarrollando continuamente las propiedades del material
y la tecnología de producción. Considerando el avance técnico y las reacciones de usuarios se han realizado innovaciones
de esta familia de productos bastante joven.
Hoy en día, alrededor de un 95 % de aisladores se fabrican con la Tecnología HTV. El factor decisivo es principalmente
la mejor resistencia al envejecimiento de la goma silicona correspondiente. Una comparación de las tres clases de goma
silicona utilizadas se muestra en la tabla 2.
Propiedad Goma silicona HTV* Goma silicona RTV/LSR**
Viscosidad
30...45 Mooney (estable) 30,000...150,000 mPa
Resistencia al envejecimiento
Tracking/Erosión alto medio
Resistencia a rayos UV alto alto
Inflamabilidad*** alto alto
Hidrofobicidad
Recuperación veloz veloz
Transferencia veloz veloz
* HTV = High Temperature Vulcanizing (vulcanización a alta temperatura)
** RTV = Room Temperature Vulcanizing (vulcanización a temperatura ambiente), LSR = Liquid Silicone Rubber (goma silicona líquida)
*** Propiedades del material p. ej. importante para el comportamiento de arco voltaico y situaciones de fuego
Tabla 2: Comparación de propiedades de las diferentes clases de goma silicona
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COMPONENTES Y CONTROL DE CALIDAD
Introducción
Las siguientes explicaciones cubren los procesos de fabricación y sus correspondientes controles de calidad para aisladores
compuestos de PFISTERER SEFAG. Se hace la división entre componentes y procesos de elaboración aplicados de un
aislador compuesto.
Herraje terminal
Componente
Los herrajes terminales suelen suministrarse en grandes
cantidades; por lo tanto se utilizan métodos estadísticos para
controlar la calidad sobre un número de muestras los cuales
son considerados como representativos del suministro (Fig. 11).
Las siguientes cualidades deben ser examinadas y aprobadas:
Fig. 11: Volumen de suministro típico de herrajes terminales
• Cantidad
• Dimensiones
• Composición del material
• Dureza
• Espesor de galvanización
• Superficie interna del taladro
Varilla
Componente
Las varillas se fabrican mediante un continuo proceso de
pultrusión (Fig. 12). Este método ha sido perfeccionado con
el desarrollo de la tecnología de aisladores compuestos y
ofrece, hoy en día, aparte de una productividad alta, una
calidad de productos la cual es necesaria para un aislamiento
eléctrico exigente.
Sistemas automáticos de dosificación para los componentes
de resina y el control estricto de la temperatura para la polimerización
garantizan la reproductividad constante de las
cualidades de las varillas. Una amplia selección de diámetros
es disponible según el perfil de requerimiento de la aplicación.
Fig. 12: Máquina moderna de pultrusión
Los diámetros típicos de varillas para aisladores tipo bastón
varian de 14 a 38 mm y de 38 a 90 mm para aisladores tipo
poste.
Se examina cada serie de varillas y se toman muestras aleatorias
según esquemas definidas. Las cualidades típicas que
deben ser analizadas son:
• Cantidad
• Dimensiones
• Medición de TG*
• Contenido de vidrio
• Ensayo capilar (Fig. 13)
*TG = Glass transition temperature – temperatura de transición vitrea
Fig. 13: Control de calidad de varillas
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Composite COMPONENTES/ELABORACIÓN Insulator Diagnostic Y CONTROL DE CALIDAD
Goma silicona
Componente
Fig. 14: Examen de la goma silicona
La goma silicona es un componente con una fecha determinada
de caducidad. Por esta razón, se cumple estrictamente
con el principio de FIFO (first-in, first-out – lo primero en entrar
es lo primero en salir).
Cada serie llega con un certificado, el cual contiene los datos
físicos relevantes medidos en muestras de goma silicona no
tratada.
Por eso, se vulcanizan las muestras de cada serie y se mide
de forma individual y automática la resistencia a la erosión
y la hidrofobicidad. El equipo de ensayo (Fig. 14) para esta
inspección de entrada ha sido desarollado directamente de
las actividades actuales del grupo de trabajo CIGRE D1.14.
Engarce a presión
Elaboración
El estado de la técnica son máquinas de engarce controladas
con ocho mordazas de presión (Fig. 15). PFISTERER SEFAG
usa máquinas de engarce que tienen integrados dos mecanismos
de control independientes:
• Fuerza de compresión
• Distancia de recorrido de las mordazas móviles
Para cada clase de metal (acero, aluminio, etc.) y cada
combinación de herraje terminal y de diámetro de la varilla se
aplica un campo de parámetros averiguado empíricamente
de parámetros de engarce. Al poner en marcha las máquinas
nuevas se prestan atención a su calibración para garantizar
la aplicabilidad y cumplimiento de los parámetros de engarce
introducidos durante años y bien establecidos.
Fig. 15: Vista sobre las mordazas de engarce
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MILESTONES
ELABORACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD
Además del mecanismo de control integrado y independiente,
se emplea el análisis de la emisión acústica como
diagnóstico de la calidad de engarce. El sistema ha sido
desarrollado autárquicamente de forma empírica: en gran
escala relevante se ha grabado la emisión acústica de las
diferentes escenarios de engarce (sobrepresión, presión
óptima, presión reducida). Además se han definido los correspondientes
valores límites con márgenes de seguridad para
las combinaciones de material y de geometría respectivas.
Para simplificar el proceso de producción se archivan de
forma digital los datos del análisis de las emisiones acústicas
y el operador recibe vía un indicador visual la información
sobre un proceso de engarce conforme (barra en verde) o no
conforme (barra en rojo) (Fig. 16).
Fig. 16: Captura de pantalla de una situación de sobreengarce
El engarce correcto del herraje terminal a la varilla es decisivo
para la funcionalidad a largo plazo del aislador en servicio.
Los diferentes escenarios de engarce, simulados para dimensiones
idénticas de varilla y herrajes terminales, resultan en
diferentes modos de fallas (Fig. 17). Se ha descubierto que un
diseño de acuerdo al modo de «deslizamiento» proporciona
la reproducibilidad más estable de la carga de falla máxima
y su dispersión. Por esta razón, PFISTERER SEFAG sigue la
filosofía de diseño del «deslizamiento», que requiere que la
carga máxima de tensión sea aproximadamente un 20 %
más alta que la Carga Mecánica Nominal (CMN).
Una falla a causa de fisura indica que se ha ocasionado un
efecto de entalle como resultado de la deformación durante
el proceso de engarce o como resultado del diseño desequilibrado
del herraje terminal. Por otra parte, una falla debido a
la ruptura es un indicador inequívoco de sobreengarce. Este
modo de falla puede ser detectado sin duda a través de medición
de emisiones acústicas.
Deslice
Fisura
Ruptura
Fig. 17: Modos de falla en la interfaz entre varilla
y herraje terminal
Fig. 18: Mejora gracias a parámetros de engarce óptimados
La medición de los valores de rotura o falla es siempre un
proceso estadístico con cierta dispersión de realizaciones
puntuales. Por ello, la aplicación de modelos matemáticos
es conveniente para el análisis de tendencias. Aplicando la
función gaussiana (función de distribución normal), se puede
cuantificar la diferencia entre las fuerzas de tensión máxima y
su dispersión para diferentes escenarios de engarce (Fig. 18).
Una comparación para mediciones idénticas pero con parámetros
no optimizados (línea en negro) y optimizados (línea
en rojo) muestra valores mayores y menor emisión para la
versión optimizada. Merece la pena mencionar que valores
mayores del proceso de engarce optimizado no presentan
ninguna reducción en el ensayo tiempo-carga que es aplicado
normalmente para verificar la dependencia del tiempo del
diseño (filosofía de ensayo de 96 horas de lEC 61109).
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Composite Insulator Diagnostic
ELABORACIÓN Y CONTROL MILESTONES DE CALIDAD
Goma silicona
Proceso de elaboración
Con motivo de la experienca larga en la elaboración de
goma silicona para aplicaciones de aislamiento eléctricas,
PFISTERER SEFAG ha adoptado y desarollado un número
de tecnologías de procesos de elaboración para cumplir con
los requerimientos del mercado para aplicaciones especiales
con cantidades más pequeñas y proyectos grandes con tipos
de aisladores estandarizados. Los procesos y los tipos de
goma silicona utilizados se pueden distinguir como en Fig. 19.
La optimización de las propiedades del material y de los
parámetros relacionados al proceso se realiza mediante un
análisis cuidadoso de los datos de la experiencia en servicio.
Los resultados muestran claramente que se debe dar preferencia
al revestimiento hecho de goma silicona HTV.
HTV*
Moldeo por
inyección
RTV/
LSR**
Construcción
del aislador
Sistema
modular
HTV*
Moldeo por
inyección
automática
continua
HTV*
* Aplicación de moldeo por inyección a alta presión
** Aplicación de moldeo por inyección a baja presión
Fig. 19: Elaboración de goma silicona aplicada en PFISTERER SEFAG
Moldeo por inyección
Proceso de elaboración
La alta viscosidad de la goma silicona HTV utilizada preferiblemente
requiere presiones relativamente altas por el
moldeo por inyección. El rango típico de presión es alrededor
de 1,500 bar y más. El proceso del moldeo por inyección
permite la producción eficaz de grandes cantidades. A
causa de la combinación de alta presión y alta temperatura
se requieren un proceso y una tecnología exigente. Las
piezas moldeadas pueden hacerse en uno o en múltiples
pasos (Fig. 20); pasos múltiples ofrecen opcionalmente el
desplazamiento de la rebaba del molde a lo largo del eje
del aislador.
Fig. 20: Moldeo por inyección múltiple a alta presión
La viscosidad relativamente baja de sistemas de goma silicona
RTV/LSR requiere una presión de inyección bastante
menor en comparación a HTV. Para partes sencillas, se
aplica el moldeo por gravedad (Fig. 21). Debido a requisitos
Fig. 21: La matriz para el moldeo por inyección
a baja presión
de proceso más sencillos, PFISTERER SEFAG utiliza los
sistemas RTV/LSR como compromiso eficaz que ahorra
tiempo, especialmente para la creación de prototipos o aplicaciones
especiales, los cuales requieren el comportamiento
blando de la goma silicona.
En cuanto a sistemas RTV/LSR la falta del material de
carga resulta en una línea de molde axial así como en una
resistencia baja a la erosión. Por eso PFISTERER SEFAG
recomienda no aplicar este tipo de goma silicona para
condiciones de contaminación críticas y para niveles de
tensión más altos. Cuanto más alta la tensión aplicada, más
irregular (no linear) es la distribución de la tensión a lo largo
del aislador. El riesgo de descargas parciales en el rango
de mA crítico crece y requiere del revestimiento una resistencia
a erosión elevada que solamente tipos HTV pueden
cumplir y no tipos RTV/LSR.
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MILESTONES
ELABORACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD
Sistema modular
Proceso de elaboración
El sistema modular fue inventado a principios de los años
sesenta y se ha ido perfeccionado continuamente desde
entonces. Combina las ventajas de la tecnología de goma
silicona HTV con la alta flexibilidad de una adaptación fácil
a las dimensiones de un aislador particular (especialmente
la relación entre la distancia de fuga y la distancia de arco
– Fig. 22). Como resultado de tener diferentes preprocesos
necesarios para los módulos, esta técnica es más cara que
el proceso de moldeo por inyección, a pesar del alto grado
de automatización de la producción para los procedimientos
individuales (Fig. 23).
Hoy en día, el sistema modular es considerado como una
compleción excelente a la producción de aisladores estándar
y sirve como método alternativo apropiado y comprobado para
aplicaciones de corriente continua que requieren una distancia
de fuga elevada. Asimismo, este proceso se suele utilizar para
producir aplicaciones especiales y encargos de poco volumen
con uso limitado, donde no se justifican elevadas inversiones
en herramientas. Para aplicaciones donde se requieran «aletas
con un perfil de surcos en su cara inferior», esta característica
de diseño se realiza fácilmente con el sistema modular.
Fig. 22: Ventaja de «módulos»
PFISTERER SEFAG emplea este proceso para todas las
aplicaciones típicas de aisladores:
• Aisladores de suspensión y de amarre
• Aisladores tipo poste
• Aisladores de núcleo hueco
Fig. 23: Robot de montaje modular
ACIM
Proceso de elaboración
El moldeo por inyección automática continua (ACIM – Automated Continuous Injection
Moulding) es un proceso altamente avanzado para la producción de aisladores compuestos
de goma silicona. Este proceso (Fig. 24) es otro hito del trabajo pionero de
PFISTERER SEFAG en este campo que combina la amplia experiencia en el moldeo
por inyección multiple a alta presión con los resultados sobresalientes del servicio
del sistema de goma silicona HTV. Una ventaja adicional para los usuarios es la
geometría practicamente ilimitada del aislador. Una característica particular de este
proceso es la posibilidad de girar el aislador para desplazar la rebaba de moldeo. Bajo
condiciones de alta contaminación, este desplazamiento aumenta la fiabilidad operacional
considerablemente. Al introducir esta innovación, los requerimientos especiales
de hoy en día han sido considerados como por ejemplo la demanda de una distancia
de fuga elevada, soluciones compactas o aplicaciones de corriente continua.
Desde el punto de vista técnico, ACIM reune las siguientes características:
• Flexibilidad alta con un grado de automatización alto
• Tecnología de producción calificada y comprobada
• Uso de goma silicona HTV con una experiencia en aire libre renombrada globalmente
y de primera calidad
Fig. 24: Línea de producción ACIM
La combinación de estas características significa para el usuario: ningún compromiso
técnico en la fiabilidad operacional con la ventaja de menores costos de una producción
en serie.
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Composite Insulator Diagnostic
ELABORACIÓN Y CONTROL MILESTONES DE CALIDAD
Sellado
Proceso de elaboración
El «sellado» se refiere a la interfaz sellada entre varilla, herraje terminal y revestimiento de goma silicona para proteger esta
interfaz del impacto ambiental. Es un procedimiento esencial para la fiabilidad del aislador compuesto, dado que la zona a
sellada cubre el llamado Punto Triple que es el punto con la mayor intensidad del campo eléctrico a lo largo del aislador.
Hay dos métodos de sellado:
• Sellado directo con aplicación del revestimiento de goma silicona, llamado también «sobremoldeo» (overmoulding) (Fig. 25)
• Sellado después del engarce con una goma silicona especial permanentemente elástica, llamado también «colada» (casting)
(Fig. 26)
Fig. 25: Proceso de sobremoldeo utilizado por
PFISTERER SEFAG
Fig. 26: Proceso de colada utilizado por
PFISTERER SEFAG
PFISTERER SEFAG lleva aplicando ambos procesos de sellado desde hace décadas.
Esto es el resultado de los múltiples procesos aplicados internamente para
la elaboración de goma silicona para producir el revestimiento de aislamiento.
El comportamiento de los aisladores compuestos en servicio y las reacciones
de los usuarios han demostrado claramente que ambos métodos de sellado con
una construcción adecuada y una elaboración de alta calidad son equivalentes
en aire libre. El sobremoldeo es el método más exigente, ya que la adhesión al
herraje terminal de metal es absolutamente necesaria y requiere especial atención
durante la fabricación.
En cierta amplitud se puede obtener un mando del campo electrónico con el
sobremoldeo (Fig. 27). No obstante, para tensiones por encima de 200 kV o para
condiciones críticas del aire libre por encima de 145 kV, se emplean dispositivos
de protección como anillos anti-corona o dispositivos combinados contra efecto
corona y arco voltaico que determinan principalmente la distribución del campo
eléctrico.
SOBREMOLDEO
colada
Fig. 27: Simulación FEM de sobremoldeo y
colada
15

MILESTONES
ELABORACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD
Ensayo
Proceso de elaboración
Las normas aplicables a los productos, tal como la IEC 61109,
requieren ensayos en muestras y pruebas de rutina sobre los
lotes del producto.
Para los ensayos en muestras se han definido las siguientes
cantidades para los tamaños de lote indicados en la tabla 3:
Tamaño N del lote
≤ 300
Cantidad de muestras
Previo acuerdo
300 < N ≤ 2,000 4
Fig. 28: Máquina para ensayos de tracción
2,000 < N ≤ 5,000 8
5,000 < N ≤ 10,000 12
Tabla 3: Cantidad de muestras según IEC 61109
Para las pruebas de rutina se ha establecido un rango típico
del 50 – 80 % de la Carga Mecánica Especificada (SML).
Para los ensayos de tracción, PFISTERER SEFAG utiliza
máquinas completamente automáticas (Fig. 28), los resultados
son registrados digitalmente y archivados durante 10 años.
Adicionalmente a los requerimientos de las pruebas estándar,
se realizan los siguientes ensayos conforme a estrictas normas
internas de calidad:
Fig. 29: Ensayo de adhesión
• Ensayo de la tracción máxima (ensayo destructivo) de varillas
o bien herrajes terminales en caso de transición del lote
• Ensayo de adhesión (Fig. 29)
• Control de las zonas de interfaz mediante ensayo de ebullición
• Control visual de hidrofobicidad
Estos ensayos de rutina adicionales garantizan la calidad exigida
de una fabricación en grandes cantidades.
En casos especiales, por ej. referente a productos para el
trabajo en línea bajo tensión eléctrica, se requiere un ensayo
eléctrico de rutina.
Normalmente, se realiza este ensayo con tensión fase-tierra
o tensión fase-tierra elevada con el fin de excluir defectos
eléctricos ocultos.
En caso necesario se puede realizar este ensayo facilmente
en el laboratorio AT de PFISTERER (Fig. 30).
Fig. 30: Ensayo de rutina AT realizado a pedido
16

Composite Insulator Diagnostic
MANEJO MILESTONES Y LIMPIEZA
Introducción
Las siguientes recomendaciones para el manejo de los aisladores compuestos han sido compiladas considerando los resultados
del Grupo de Trabajo CIGRE B2.03 y el Manual Técnico 184 publicado. Las recomendaciones se dividen en manejo y
limpieza.
Manejo
A pesar de las enormes ventajas que tienen los aisladores compuestos, éstos no
son indestructibles. En su camino desde el fabricante hasta su ubicación final en el
poste, los aisladores pasan diferentes etapas: entrada de mercancía y almacenamiento,
transporte, manejo in situ, instalación en el poste y montaje del conductor.
Estas etapas requieren cierta precaución.
Daños o una penetración del revestimiento reduciría la distancia de fuga o descubriría
la varilla. Los dos casos pueden reducir la capacidad de aislamiento o la vida
útil del aislador. Tales defectos pueden ocurrir si se usa un cuchillo para desembalar
los aisladores (Fig. 31) o si clavos sobresalen en las cajas de embalaje de
madera.
Se deben transportar los aisladores en su caja original con la tapa cerrada. Después
de sacar los aisladores de su caja no se deben transportar de forma suelta o con
otro material encima (Fig. 32).
Las fibras de vidrio reforzadas unidireccionalmente en la varilla ofrecen una excelente
resistencia a la tracción axial. Este refuerzo no está concebido a la torsión.
Por esta razón, no se debe exponer al aislador compuesto a cargas de torsión o
flexión (Fig. 33).
Está prohibido trepar, sentarse o arrastrarse sobre conjuntos de aisladores (Fig. 34).
Aunque la resistencia mecánica de la varilla dentro del aislador podría aguantar
sin problemas el peso de una persona, la subida directa está prohibida para evitar
daños del revestimiento. Como alternativa suelen usarse escaleras de aluminio.
En caso de usar cuerdas para elevar el aislador al poste, estas cuerdas no deberán
ser puestas alrededor del revestimiento (Fig. 35) sino fijadas en los herrajes terminales.
Fig. 31: Evitar cortes en el revestimiento
Fig. 32: Impedir daños de transporte
Fig. 33: Evitar flexión o torsión excesiva
Fig. 34: Prohibido trepar sobre aisladores
Fig. 35: Evitar el contacto directo de cuerda con
el revestimiento
Limpieza
AVISO
• Uso de detergentes solamente en
zonas con buena ventilación.
No inhalar.
• Evitar el contacto con la piel.
• Alto peligro de incendio. No usar
llama abierta, en caso de líquidos
volátiles.
• Seguir los folletos técnicos y las
leyes nacionales.
La hidrofobicidad es una propiedad esencial que aumenta el valor de aisladores
compuestos con revestimiento de goma silicona. Esta característaca incluye la
recuperación después de la exposición a humedad y la transferencia de propiedades
hidrófobas a una capa de contaminación en el revestimiento mediante
difusión de moléculas de cadenas de bajo peso molecular de la masa del material.
Esta cualidad única de la goma silicona bien formulada mantiene la propiedad
hidrófoba durante el servicio. Debido a esto, la mayoría de las veces no es necesaria
ninguna limpieza.
Raras veces se presentan casos de contaminación especial que puedan exigir
la limpieza del revestimiento como por ejemplo la contaminación axial extrema a
causa de pájaros grandes o crecimiento de moho. El moho suele ser atribuido
al almacenamiento inadecuado en un ambiente sin ventilación que causa una
condensación en el revestimiento. Para la limpieza se puede utilizar disolventes
volátiles como acetona, tolueno, tricloroetileno o isopropanol. Se debe poner el
disolvente en un paño libre de pelusas (no directamente poner al aislador) para
limpiar la superficie del aislador.
17

MILESTONES
DIAGNÓSTICOS
Introducción
Existe una amplia variedad de diseños de aisladores, hay diferentes procesos de fabricación (p ej. aplicación del revestimiento
por vulcanización o montaje por deslizamiento no encolado a la varilla, tecnología de engarce), varias normas de diseño
(p ej. diámetro de la varilla para cargas de tracción determinadas), y naturalmente la diversidad del material (composición de la
varilla, materiales para el revestimiento). Los aisladores compuestos han estado en servicio con éxito durante treinta años; no
obstante la variadad mencionada arriba significa que métodos de diagnóstico son deseados que pueden ser aplicados preferiblemente
en el estado instalado.
Principios de diagnóstico
Repetición de los métodos de ensayo IEC
utilizados para materiales y calificación
de construcción
Muestra no instalada
Técnicas de diagnóstico
Ensayos específicos
Muestra en línea
IEC 61109 Comprobador Hot Stick* Medición de campos electromagnéticos***
IEC 62217 PD*/RIV** Medición de UV (visión de noche y de día)
IEC 60587 Calor + Tensión* Inspección de la línea (visual)
Medición infrarroja
Medición de UV (visión típica de noche)
Medición de campos electromagnéticos***
Visual
Detección acústica directa ****
Medición infrarroja
Medición combinada de UV e IR
* Aisladores con riesgo de fallo inmanente
** Si no hay otras fuentes de RIV aparte de la existente
*** Requiere defectos altamente conductivos
**** Sólo aplicable si hay alta actividad de PD (> 40 pC)
De estos métodos de diagnóstico se explicarán más detalladamente la inspección visual, la medición de campos electromagnéticos
y la medición de UV/IR.
Inspección de la línea
La inspección visual de la línea fue el primer método y sigue siendo el método
más común aplicado de empresas de abastecimiento de energía. Así se descubren
normalmente daños superficiales del revestimiento que pueden ser un indicador
para defectos internas. Estos defectos, a menudo, son apenas visibles lo que
exige gemelos prismáticos muy potentes. La inspección de la línea visual precisa
tanto de un piloto de helicóptero muy versado como de un inspector de línea con
experiencia (Fig. 36). Mediante la inspección por helicóptero se puede inspeccionar
también la parte superior de los conjuntos de amarre, cosa que desde tierra
generalmente es más bien difícil.
Medición del campo eléctrico
Fig. 37: Mediciones con la cabeza de medida
Fig. 36: Inspección con helicóptero
La medición con una cabeza de medida de campo es un método exacto, pero que
exige mucho tiempo. Al principio, esta técnica fue desarrollada para la evaluación
de aisladores tipo casquete en servicio. A causa de una aplicación creciente de aisladores
compuestos, se ha modificado el método de medición para ser empleada
también para la evaluación de la nueva tecnología de aisladores. Durante el procedimiento
de la medición se registra el campo eléctrico a lo largo del aislador.
En caso de encontrar un defecto, el campo eléctrico muestra inmediatamente un
cambio. La humedad ambiente tiene una importante influencia sobre los registros
del campo eléctrico, lo cual complica, en algunos casos, la interpretación de los
resultados.
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Intensidad de corona
Composite Insulator DiagnosticDIAGNÓSTICOS
MILESTONES
Medición UV/IR
Progresos en las industrias ópticas y electrónicas han producido la primera generación
de cámaras, las cuales pueden transmitir simultaneamente imágenes ultravioletas,
infrarrojas y normales de instalaciones eléctricas, incluyendo conjuntos
de aisladores y aparatos.
Las actividades del efecto corona se pueden medir a la luz del día (Fig. 38) al
igual que se pueden detectar puntos calientes (hot spots). Las imágenes pueden
ser superpuestas (Fig. 39) que simplifica la interpretación de los resultados.
Fig. 38: La actividad del efecto corona se
puede medir a la luz del día
Fig. 39: Imagen superpuesta de mediciones IR
y de corona en la misma ejecución
No obstante, para la interpretación de las imágenes se necesita experiencia. Por
ejemplo es importante distinguir los diferentes modos de descargas eléctricas que
pueden ocurrir en un aislador. Descargas encima bandas secas de una capa ajena
también tienen una radiación UV pero suelen ser causadas por contaminación en la
superficie del aislador. Por otro lado, descargas secas de efecto corona se ocacionan
en zonas con alta intensidad eléctrica del campo a causa de puntos agudos
o irregulares en superficies metálicas o aislantes. Ya que la descarga por efecto
corona es provocada por una descarga disruptiva parcial de aire, es importante
registrar las condiciones meteorológicas de este momento simultáneamente con la
medición. La experiencia ha demostrado que la medición visual de la actividad por
efecto corona tiene que ser realizada tanto en condiciones de humedad atmosférica
alta como baja para llegar a una conclusión asegurada sobre el estado del aislador
o del conjunto completo de aislador.
La medición del incremento de temperatura proporciona mucha información también
en estaciones de transformación y para contactos bajo tensión eléctrica.
En la evaluación de aisladores compuestos, las experiencias iniciales muestran que la mejor manera de detectar un estado
de envejecimiento avanzado es la medición combinada de UV/IR. Esta cuestión está siendo estudiada actualmente pro el grupo
de trabajo CIGRE B2.21. Un primer enfoque trata la validación de una matriz de interpretación de fallas (Fig. 40).
Irregularidad de la superficie
(bordes agudos)
Descarga parcial en la superficie
Intensidad de calor
Aislamiento intacto
Defecto interno probable
Fig. 40: Propuesta para una matrix de interpretación de fallas (fotos por cortesía de CSIR)
Los resultados actualmente existentes de mediciones de aisladores con defectos internas y externas han demostrado
claramente que cámaras modernas sirven como remedio auxiliar durante la inspección; sin embargo la interpretación
correcta de las imágenes todavía precisa de un inspector de líneas experimentado.
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Centro de competencia PFISTERER para líneas aéreas
CONJUNTOS DE AISLADORES
AISLADORES COMPUESTOS
AMORTIGUACIÓN DE VIBRACIÓN
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Phone +41 (0) 41 4997 272
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04/2008 / Versión 01Es I © PFISTERER SEFAG AG, 2008 I Sujet a modificaciones técnicas I Diseño y Realización: www.starmedien.ch
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