En general, se considera que 500 kV es el nivel de voltaje más económico para transmitir grandes cantidades de energía eléctrica a largas distancias. Se ha encontrado que el mejor material para aislar líneas aéreas es la porcelana, ya que sus cualidades aislantes se mantienen prácticamente iguales cuando se exponen a todas las condiciones climáticas. Tiene baja resistencia a la tracción pero considerable resistencia a la compresión.por lo que la mayoría de los tipos de aisladores están diseñados para utilizar la porcelana en compresión.
Primero discutiremos el voltaje de perforación, la distancia de fuga y el sobrevoltaje de destello para comprender las causas de falla de los aisladores.
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Distancia de descarga disruptiva:
Es la distancia más corta a través del aire entre los electrodos del aislador. Para un aislador de tipo clavija como se muestra en la Figura a continuación, la línea de flecha roja de dos puntas es la distancia de descarga disruptiva.
Voltaje de descarga disruptiva:
El voltaje al que se descompone el aire alrededor del aislador y se produce una descarga disruptiva provocando un cortocircuito en el aislador se denomina sobretensión de descarga disruptiva.
Voltaje de pinchazo:
El voltaje al que se descompone el aislador y la corriente fluye a través del interior del aislador se denomina voltaje de punción.
Longitud de fuga:
La longitud de fuga es la distancia más corta entre dos terminales metálicos del aislador a lo largo de la superficie del aislador. En la cadena de aisladores para el cálculo de la línea de fuga no se tiene en cuenta la porción metálica entre dos discos aisladores consecutivos.
La ondulación debajo del aislador tiene el propósito de obtener una línea de fuga más larga entre el pasador y la tapa. La ondulación aumenta la longitud de fuga y, en consecuencia, aumenta la resistencia a la corriente de fuga del aislador. La corriente de fuga que fluye a través de la superficie de los aisladores debe ser la menor posible.
La distancia de fuga requerida en aire limpio puede ser de 15 mm por kV (voltaje de línea). En el aire contaminado, dependiendo del nivel de contaminación del aire, aumenta la distancia de fuga requerida.
Para comprender claramente la longitud/distancia de fuga, supongamos que dejamos caer una gota de agua en la parte superior del aislador, luego el camino que seguirá la gota de agua para bajar en la parte inferior del aislador será un camino en zigzag a través de muchos discos que no es más que la distancia de fuga.
La falla eléctrica sigue a una perforación a través de la porcelana o por un “destellos” alrededor de su superficie, lo que produce un arco que cortocircuita la línea. Como la punción destruye el aislante, es más grave que el flash-over. Por lo tanto El factor de seguridad se define para un aislador. El factor de seguridad de un aislador se define como la relación entre el voltaje de perforación y el sobrevoltaje de destello.
Factor de seguridad = Voltaje de perforación / Sobrevoltaje de destello
Para el aislador de tipo clavija, el valor del factor de seguridad es de aproximadamente 10, lo que significa que el voltaje de perforación es 10 veces mayor que el sobrevoltaje de destello. Se espera que se produzca un flash over primero, ya que la perforación del aislador daña el aislador y, después de la perforación del aislador, es necesario reemplazarlo.
Los aisladores están diseñados con un voltaje de pinchazo de aproximadamente doce veces y un voltaje de descarga de aproximadamente seis veces el voltaje de trabajo. Las fallas que ocurren en la práctica generalmente se deben a rayos o a depósitos de hollín o sal marina en la superficie del aislador.
Los rayos afectan el diseño de la línea de transmisión más que el de los aisladores. A menudo, el relámpago no produce daños permanentes. El problema de los depósitos en la superficie de los aisladores es grave y aún no se ha resuelto por completo, aunque se han hecho muchas sugerencias para mejorar los tipos estándar. Para su uso cerca del mar, los aisladores antidepósito tienen superficies protegidas largas y empotradas.
Para áreas industriales, los tipos con superficies expuestas abiertas que pueden limpiarse con el viento y la lluvia han demostrado ser los mejores. Para fines de prueba, un porcentaje de los aisladores terminados se selecciona al azar y se prueba el voltaje de descarga disruptiva tanto en seco como bajo la lluvia producido artificialmente por una regadera, el voltaje de descarga disruptiva de impulso, la resistencia mecánica y la punción eléctrica.
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