Ensayos de aisladores de Porcelana y Vidrio

Elementos y Equipos Electricos
3.1.- Ensayos de Aisladores de Porcelana y Vidrio
Los aisladores son elemento utilizados en distintos equipamientos de las redes eléctricas, y en
las línea no solo para aislar diferentes partes de los mismas sino también para soportar distintos
esfuerzos mecánicos.
Los ensayos realizados a los aisladores de porcelana y vidrio templado o de vidrio recocido se
pueden dividir en Mecánicos, Químicos y Eléctricos.
ENSAYOS
Mecánicos
Inspección Visual
Medición de Dimensiones
De Rotura
Ciclo Térmico
Choque Térmico
Químicos
Eléctricos
Verificación de la Porosidad
Tensión Resistida de Impulso
Control de uniformidad del Tensión
de
Frecuencia
revestimiento
Industrial bajo lluvia
Electromecánico de Falla
Antes de comenzar con los ensayos pactados, que pueden ser los que se indican en la Norma
IRAM 2077 en su totalidad, los que se convengan, o los que las instalaciones disponibles lo
permitan, los aisladores separados deben estar limpios, secos y en equilibrio térmico con el
medio ambiente.
Según que tipo de aisladores vamos a ensayar son los ensayos que realizaremos y los valores
que se aplicaran para verificar sus propiedades. Los aisladores pueden ser del tipo interior o del
tipo exterior o intemperie. Nos referimos a un aislador tipo exterior o intemperie cuyos ensayos
por su diversidad, abarcan los de tipo interior por sus menores solicitaciones generales de toda
índole.
3.1.1.- Verificación de las Dimensiones
Deben verificarse que los aisladores separados estén conforme al diseño correspondiente,
particularmente en lo concerniente a las dimensiones a las que se aplican tolerancias especiales
y a las características de ínter cambiabilidad, por ejemplo las dimensiones de las rotulas, y sus
alojamientos. Salvo especificaciones en contrario, las tolerancias admisibles a aplicar sobre
todas las dimensiones para las cuales se miden son las siguientes:
(0,04 d +/- 1,5) mm. Para d menor a 300 mm.
(0,025 d +/- 6) mm. Para d mayor a 300 mm.
d la dimensión que se quiere verificar expresada en milímetros
3.1.2.- Ensayo de Ciclo Térmico
Es un ensayo que se realiza generalmente a aisladores de suspensión y de montaje rígido
construidos de porcelana o vidrio.
En este ensayo, los aisladores con todas sus partes metálicas integrantes, deben sumergirse
rápida y totalmente en un baño de agua mantenida a una temperatura de 70º centígrados mayor
a la del baño frió. Los aisladores deben permanecer sumergidos en el baño durante un tiempo t
igual a quince minutos mas 0,7 veces el valor de su masa expresada en kilogramos pero como
máximo 30 minutos t = (15 + 0,7 x m) menor o igual a treinta minutos, rápidamente son retirados
del baño caliente y se los sumerge en un baño frió, donde permanecerán un tiempo igual al
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anterior. El tiempo de pasaje del liquido caliente al liquido frió no debe exceder los treinta
segundos.
Esta operación debe repetirse hasta completar un ciclo donde los aisladores sean sumergidos
tres veces en el liquido caliente y tres en el frió.
T
T - 70º C
En el caso de que los aisladores estén construidos de vidrio recocido el pasaje en forma rápida
desde un baño caliente a uno frió puede ser demasiado exigente y hacer que los aisladores
sufran partiduras en su estructura, entonces se reemplaza el baño frió por una lluvia artificial,
durante quince minutos con una intensidad de un milímetro por minuto de precipitación,
completando el ciclo también tres veces. El pasaje desde el baño caliente hacia la lluvia artificial
debe durar treinta segundos como también la inversa.
La resistencia del vidrio recocido o de la porcelana a las variaciones de temperatura depende
de diferentes factores, pero uno de los más importantes es su composición, en consecuencia la
temperatura a la cual se realizan los baños deben ser determinadas por convenio previo.
Después del tercer ciclo, los aisladores se someten a ensayos mecánicos, o ensayos de
frecuencia industrial, los que deberán resistir sin que se produzcan fisuras, descargas ni roturas
mecánicas.
En caso de aisladores de suspensión o de montaje rígido, de grandes dimensiones, los ensayos
indicados anteriormente pueden resultar excesivamente severos, pudiendo por convenio previo
reducir sus exigencias. Se consideran aisladores de grandes dimensiones, aquellos en que se
verifiquen por lo menos una de las condiciones siguientes:
L mayor a 1.200 mm.
D2 x L = 80 x 106
E = 25 mm.
D = 90 mm.
L
D
E
D
longitud del aislador
mayor diámetro externo
espesor mínimo
diámetro del núcleo del aislador
3.1.3.-Ensayo Mecánico de Rotura
Los aisladores de suspensión se someten en forma individual a una carga de tracción aplicada
entre sus parte metálicas igual a su carga de máxima de rotura. La carga se aumenta en forma
progresiva a partir de un valor igual al setenta y cinco por ciento de la máxima carga de rotura
especificada, hasta que se alcanza la misma. El aislador cumple satisfactoriamente el ensayo si
se alcanza el valor de la carga especificada sin producirse la rotura, es un ensayo no destructivo,
pero a titulo informativo se le puede seguir aplicando carga hasta producir la rotura del aislador
y tomar el valor de carga de rotura del mismo.
Pueden realizarse otros ensayos en condiciones que reproduzcan en todo lo posible las
condiciones de servicio, por ejemplo adaptando al mismo para la fijación el perno el aislador,
usado en servicio. Los detalles deben acordarse en cada caso por convenio previo.
Se considera satisfactoria una velocidad de crecimiento de la carga comprendida entre un treinta
y cinco y cien por ciento de la carga de rotura en el tiempo de un minuto.
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3.1.4.- Ensayo de Choque Térmico
Este ensayo se lo realiza solamente a los aisladores que están construidos con vidrio templado.
Se los sumerge en forma brusca y totalmente en un baño de agua cuya temperatura deberá
estar como máximo a cincuenta grados centígrados. Previa a esta inmersión los aisladores
deberán haber sido sumergidos en un liquido, agua u otro medio cuya temperatura deberá ser
superior en cien grados centígrados a lo del baño frió, los aisladores deberán permanecer en el
baño frió como mínimo en tiempo igual a dos minutos, y resistir el ensayo sin que se produzcan
roturas ni rajaduras. Si existen dudas de rajaduras en el vidrio se lo pueden someter a un ensato
de tensión de frecuencia industrial.
T1 = TT2 + 100 º C
T2 máx. 50 º C
3.1.5.- Verificación de Porosidad
Este ensayo solo se les realiza a l9os aisladores construidos de porcelana.
Los fragmentos de porcelana provenientes de los aisladores de la muestra o por convenio
previo, los trozos desprendidos de otros aisladores de la misma composición cerámica y cocción
simultanea, se sumergen en una solución alcohólica de fucsima. La fucsima es una materia
colorante sólida resultante del ácido arsénico y anilina. Por cada 100 gramos de alcohol etílico
se agrega un gramo de fucsima y se somete a una presión de por lo menos 15 x 106 Pascales
(150 Kg. / cm2) durante un periodo tal que el producto de la presión en Pascal por el número de
horas no sea menor a 189 x 106 ( 12 horas).
Los fragmentos se extraen de la solución, se lavan, se secan y se parten en trozos para su
inspección. El examen es a simple vista, de las superficies de las roturas recientes no debe
indicar penetración del colorante. Cuando la penetración ocurra en pequeñas fisuras formadas
por la rotura inicial no se tomaran en cuenta.
3.1.6.- Verificación de la Calidad del Cincado
(Ensayo de control de uniformidad del revestimiento)
Las partes cincadas de los aisladores deberán estar libres de toda grasitud, disolviéndose en
bencina u otros disolventes apropiados y se secan con un paño limpio.
Se los sumerge en una solución de ácido sulfúrico al dos por ciento durante quince segundos, se
enjuagan cuidadosamente con agua corriente y se secan nuevamente. Luego se sumergen las
partes metálicas, normalmente cuatro veces o según convenio, en una solución neutra y filtrada
de sulfato de cobre, entre dieciocho y veintidós grados centígrados sin agitar la solución ni
mover las piezas. La distancia menor entre una parte cualquiera de las piezas ensayadas y las
paredes del recipiente, no debe ser menor a veinticinco milímetros. Después de cada inmersión
en la solución de sulfato de cobre, las partes metálicas se cepillan y se lavan con agua corriente,
se secan cuidadosamente y se sumergen nuevamente en la solución.
No deben quedar depósitos de cobre metálico rojo sobre las partes metálicas ensayadas. No se
tendrán en cuenta los depósitos que puedan producirse sobre las aristas o sobre los ángulos
vivos.
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3.1.7.- Ensayo Electromecánico de Falla
El ensayo consiste en aplicar una tensión eléctrica bajo carga mecánica, que permite descubrir
algún defecto mecánico de las partes aislantes. Los aisladores de suspensión principalmente, se
someten individualmente a una tensión de frecuencia industrial y a una carga de tracción
aplicadas simultáneamente entre las partes metálicas.
La tensión aplicada será la de frecuencia industrial resistida, la que aumentará durante todo el
ensayo mientras la carga de tracción debe aumentar progresivamente, a partir de un valor igual
al setenta y cinco por ciento de la carga electromecánica de falla especificada, hasta llegar a
ese valor.
El aislador cumple satisfactoriamente el ensayo si la carga electromecánica de falla es
alcanzada sin que aparezcan perforaciones o roturas en el aislador. Puede aumentarse, a titulo
informativo la carga, hasta que se produzca la rotura o la perforación registrándose ese valor.
3.1.8.- Ensayo de Perforación
Puede ser este un ensayo de frecuencia industrial, o si se establece en convenio previo, un
ensayo de impulso.
Perforación a Frecuencia Industrial
Una vez limpios y secos los aisladores se sumergen totalmente en posición invertida en un
recipiente con un medio aislante adecuado, capaz de impedir descargas superficiales sobre los
aisladores. Si el recipiente es de metal, sus dimensiones deben ser tales, que la distancia mas
corta entre un punto del aislador a las paredes del recipiente sea, por lo menos, igual a una vez
y media veces el diámetro de la campana mas grande del aislador. La temperatura del medio
aislante debe ser la ambiente.
La tensión de ensayo se aplica normalmente entre las partes sometidas a tensión del aislador,
durante la inmersión en el medio aislante, debe evitarse la formación de burbujas de aire, bajo
las campanas del aislador, porque originan puntos de concentración de tensiones eléctricas ya
que representan una disminución de la rigidez dieléctrica del medio aislante. La tensión de
ensayo debe ser aumentada tan rápidamente como lo permita la lectura del instrumento de
medición, hasta la tensión de perforación especificada, no debiéndose producirse la perforación
por debajo de ese valor de tensión.
Se puede destructivamente y a titulo informativo aumentar el valor de la tensión hasta la
perforación y registrarlo. La resistividad del medio aislante se aconseja que sea del orden de 106
a 108 ohms por metro.
3.1.9.- Resistencia Eléctrica Transversal y Superficial
Los materiales aislantes se utilizan en general para aislar los componentes eléctricos de un
sistema entre si y con respecto a tierra, los aislantes sólidos pueden además servir como
soportes mecánicos.
Para estos usos, generalmente es deseable que el material presente además de una resistencia
de aislación del mayor valor posible, posea propiedades mecánicas, químicas, y térmicas
estables. La variación de la resistencia de un aislante con la humedad y la temperatura puede
ser importante, y deben ser conocidas cuando se diseña un sistema para prever su
funcionamiento.
La resistividad transversal puede variar en función de la homogeneidad y de las impurezas
conductoras susceptibles de afectar la calidad del material durante la fabricación..
Cuando se aplica una tensión continua entre dos electrodos en contacto con un aislador, la
corriente que lo atraviesa decrece asintóticamente hasta un valor limite de régimen permanente,
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Elementos y Equipos Electricos
esa disminución de corriente esta en función del tiempo y se puede deber a la polarización
dieléctrica y al desplazamiento de los iones móviles entre los electrodos. Este valor de régimen
permanente se obtiene generalmente al cabo de un minuto y la resistencia se obtiene midiendo
luego de ese tiempo, para materiales con resistencias transversales mayores a 1012 ohms por
centímetros, la corriente puede continuar disminuyendo durante varios minutos días o hasta
semana. Para tales materiales, se utilizan tiempos mayores de aplicación de la tensión y de ser
necesario, los materiales quedan caracterizados por la variación de su resistividad transversal en
función del tiempo.
La resistividad superficial no es una propiedad intrínseca del material, su valor caracteriza
esencialmente el grado de humedad y a la contaminación que posee el aislador en el momento
de la medición, pero se la puede considerar ligada a las propiedades del mismo cuando el grado
de contaminación comienza a adquirir importancia.
humedad y a la contaminación que posee el aislador
La resistencia superficial varía más lentamente, pero sus variaciones pueden ser mucho mayor.
Ciertos materiales como los laminados, pueden tener resistividades muy diferentes entre sus
capas superficiales e interiores, esto lo hace interesante para medir sus propiedades con una
superficie limpia, los métodos de limpieza se deben especificar claramente para considerar los
efectos de los solventes u otro factores inherentes al procedimiento que puedan afectar las
características de la superficie.
La resistencia superficial, esencialmente las de valores grandes, varían en forma irregular y
generalmente dependen fuertemente del tiempo de aplicación de la tensión, para sus
mediciones se especifica generalmente un tiempo de duración de aplicación de un minuto.
Resistencia Transversal
Es el cociente entre la tensión continua aplicada entre dos electrodos ubicados sobre dos caras
opuestas de una probeta y la corriente que circula en régimen permanente entre los mismos,
excluyendo la corriente que circula por la superficie, para ello a uno de los electrodos se le
coloca un aro metálico y se lo envía a masa (electrodo protegido) y sin tener en cuenta los
fenómenos de polarización eventuales en los electrodos, salvo expresa indicación en contrario,
la resistencia transversal se determina después de haber aplicado tensión durante un minuto y
se mide en ohms.
Electrodo
E
Probeta
Electrodo Protegido
Resistividad Transversal
Es el cociente entre la intensidad del campo eléctrico continuo y la densidad de corriente que se
establece en régimen permanente, en un material aislante. En la practica este valor
corresponde a la Resistencia Transversal reducida a un volumen cúbico Se mide en ohms por
metro o en ohms por centímetro.
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Resistencia Transversal
Es el cociente entre la tensión continua aplicada entre dos electrodos ubicados sobre una misma
cara de una probeta y la corriente que circula entre los electrodos después de un tiempo dado de
aplicación de la tensión, sin tener en cuenta los fenómenos de polarización eventual en los
electrodos. Salvo indicaciones en contrario la medición se realiza después de un minuto de
aplicada la tensión.
En general la corriente pasa a través de una capa superficial de la probeta, así como por toda la
deposición de humedad e impurezas superficiales asociadas, pero comprende también una
componente por el interior de la probeta.
Electrodo protegido
E
Probeta
Resistencia de Aislación
Es el cociente entre la tensión continua aplicada entre dos electrodos en contacto con una
probeta y la corriente total que atraviesa la misma. Depende a su vez de las resistencias
transversal y superficial de la probeta.
3.1.10.- Métodos de Medición de Aislación
Electrodos
Los electrodos por utilizar sobre los materiales aislantes sólidos deben estar constituidos de un
material fácil de aplicar sobre las probetas y que aseguren un contacto con las superficies de
ellas, que no la contamine y cuya resistencia propia no introduzca errores.
El material igualmente debe resistir la corrosión en las condiciones de ensayo.
Los principales materiales utilizados para los electrodos son los siguientes:
Pinturas conductivas de plata: Ciertos tipos de pinturas de plata, de alta conductividad
disponibles en el comercio y que sean secadas al aire o en horno con temperaturas bajas, son
suficientemente porosas para ser permeables a la humedad, ello permite después de la
aplicación de los electrodos el acondicionamiento de la probeta. Esta es una característica
particularmente útil para el estudio de los efectos de la humedad y la temperatura sobre la
resistencia. No obstante, cuando se utiliza pintura conductora de plata como electrodo conviene
verificar que el solvente que ella contiene no afecte las propiedades eléctricas de la probeta.
Es posible obtener, para los electrodos de guarda bordes razonablemente regulares con ayuda
de un pincel fino.
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Elementos y Equipos Electricos
Es posible para electrodos circulares obtener bordes más netos utilizando un compás para
delinear los contornos de los mismos y recubriendo las zonas así definidas con la ayuda del
pincel.
Metal aplicado por pulverización: Se pueden utilizar electrodos metálicos aplicados por
pulverización si e tiene adherencia suficiente a la probeta. Estos electrodos pueden presentar
ciertas ventajas, pueden ser utilizados inmediatamente después de su aplicación y ser a la vez lo
suficientemente porosos para permitir el acondicionamiento de la probeta. Se pueden utilizar
máscaras para preservar la separación entre el electrodo protegido y el electrodo de guarda.
Metal Evaporado: Se pueden utilizar electrodos de metal aplicados por evaporación
cuando se tiene la adherencia suficiente a la probeta, además se debe poder demostrar que el
material de la probeta no es afectado por el bombardeo de iones o el tratamiento en vacío.
Electrodos líquidos: El liquido que forma los electrodos superiores deben mantenerse en
el interior de anillos de acero inoxidable, con un borde inferior tallado en bisel del lado opuesto al
liquido. El mercurio en razón de sus efectos toxico, no se recomienda para el empleo prolongado
o a temperaturas elevadas.
El grafito coloidal disuelto en agua es otro liquido apropiado para ser utilizado como un
electrodo liquido.
Caucho conductor: Ofrece la ventaja de poder aplicarse y retirarse de la probeta rápida y
fácilmente, dado que los electrodos se aplican solamente durante el tiempo de medición, ellos no
interfieren en el acondicionamiento de la probeta.
El caucho conductor debe ser lo suficientemente blando como para asegurar un contacto eficaz
con la probeta cuando se aplica una presión razonable ( 0,2 N/ cm2).
Película de Metal: Las películas de metal aplicadas sobre las probetas pueden utilizarse
como electrodos para la medición de la resistencia transversal, pero no son convenientes para la
resistencia superficial. El plomo, plomo-antimonio, aluminio y papel estaño son de uso corriente.
En la práctica, generalmente se las adhiere a la superficie de la probeta con la ayuda de una
mínima cantidad de adhesivo constituido por gras de petróleo o siliconas, aceites u otro material
apropiado.
Se aplican ejerciendo sobre ellos una presión suficiente para eliminar todos los pliegues y para
expulsar el exceso de adhesivo hacia los bordes donde pueda ser retirado con ayuda de un
lienzo. Esta técnica da buenos resultados solo en probetas de superficies lisas.
Electrodo de Guarda
Probeta
Electrodo
Electrodo Liquido
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Elementos y Equipos Electricos
Fuente de Alimentación
Se requiere una fuente de tensión continua muy estable. El grado de estabilidad requerido es tal
que la variación de corriente debida a la variación de la tensión debe ser despreciable
comparada con la corriente a medir. Las tensiones de ensayo por aplicar son generalmente de
100-250-500-1000-2500-5000-10.000 y 15.000 voltios.
Las tensiones usadas mas comúnmente son: 100V; 500V y 1.000V. En ciertos casos, la
resistencia de la probeta depende de la polaridad de la tensión aplicada.
Si la resistencia depende de la polaridad, es conveniente indicarlo. Se considera como resultado
la medida geométrica (medida aritmética de los exponentes logarítmicos ) de los valores de
resistencia dejándose constancia, además, de ambos valores.
Dado que la resistencia de la probeta puede depender de la tensión, debe indicarse la tensión de
ensayo.
Para medir la Resistencia, se utilizan los siguientes métodos:
a- Métodos directos:
Se fundamentan en la dirección simultánea de la tensión continua
aplicada a la R de valor desconocido y la corriente que la atraviesa( método
voltamperométrico ).
b- Métodos por comparación:
Establecen el valor de la R desconocida, respecto al valor de
una R conocido, sea un circuito puente o por comparación de la I que atraviesan las
resistencias sobre las que se aplica la tensión.
3.1.10.1.-Método Directo
Método de voltímetro y amperímetro: Se utiliza el montaje de la figura. La tensión
aplicada, se mide con un voltímetro de c.c. La corriente se mide con un galvanómetro,
un instrumento con
amplificador electrónico o un electrómetro (gran sensibilidad).
L
E
Rx
V
Rs
61
G
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La R desconocida se calcula: Rx =
U
Kxα
donde:
U: Tensión aplicada. ( v )
K: La sensibilidad del galvanómetro con el derivador conectado. ( A/ divisiones )
α: La deflexión, en divisiones, del galvanómetro.
Se pueden medir con este método ( a 100v ), valores de Rx de 1016 Ω con una exactitud de
aproximadamente de +/- 10%
3.1.10.2.- Métodos de comparación
Método del puente de Wheatstone: La probeta se inserta en una rama del puente de
Wheatstone, como se indica en la figura las tres ramas conocidas deben presentar una R como
para permitir exactitud del método.
Generalmente RB varia por décadas y la de RA se utiliza para el ajuste fino del equilibrio. RN se
mantiene fija durante la medición.
RB
RX
V
G
RA
RN
El detector debe tener un amplificador de corriente continua con resistencia de entrada grande
en relación con cualquier de las ramas. La resistencia desconocida Rx, se calcula como sigue:
Rn x Rb
Ra
El % de error máximo en el valor de Rx es la suma de los errores porcentuales en R B y RN,
cuando el detector de cero tiene la sensibilidad suficiente.
Si R A y RB son 116 Ω y RN es aproximadamente a 109, se pueden medir Rx grandes con una
exactitud de +/- 2%.
Rx=
3.1.10.3.- Método de amperímetro
Es también un método para medir resistencias transversales en materiales aislantes sólidos.
Se utiliza una RN de valor conocido y un interruptor para cortocircuitar la Rx. Es importante que
la resistencia de éste interruptor en posición abierto sea mucho mayor que la resistencia
desconocida, a fin de no afectar la medición. Se debe mantener en el circuito durante toda la
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medición RN , para limitar la corriente en caso de falla de la probeta y proteger así el dispositivo
de medición de corriente.
Es importante que no cambie la tensión de aplicación durante la medición.
En todos los casos de medición de R transversal, la probeta debe ser colocada en condiciones
dieléctricas estables, así es que se ponen en corto circuito los electrodos de medición sin tensión
aplicada hasta que la Icc alcance un valor casi constante y pequeño, comparado con el valor
presunto en régimen estable durante la aplicación de la tensión. El corto circuito debe
mantenerse aún para Icc=o, dado que existe la posibilidad de inversión de sentido de la Icc. El
valor y el sentido de la corriente de cortocircuito Io se anotan cuando ella se estabiliza, lo cual
puede requerir varias horas.
Se aplica luego la tensión continua especificada y
simultáneamente se pone en marcha un cronometro. Salvo especificación en contrario, se
efectúa una medición después de los siguientes periodos de electrización: 1 minuto, 2 minutos, 5
minutos, 10 minutos, 50 minutos y 100 minutos. Si dos lecturas sucesivas son idénticas, puede
terminarse el ensayo y el valor corriente así obtenido utilizarse para calcular la resistencia
transversal.
El periodo de tensión aplicada es aquel para el que se observa la primera de una serie de
medidas idénticas.
Si al cabo de 100 minutos no se obtiene el régimen estable, la resistencia transversal debe
considerarse como una función de periodo de tensión aplicada. Para los ensayos de recepción
es determinante el valor medio al cabo de un periodo de electrización fijo, prescripto en la
norma correspondiente(por ejemplo: 1 minuto).
La Rx incógnita será:
Rx = Ux (aplicada)
Is +/- Io
G1
RX
L2
V
RN
G2
Para ciertos materiales que poseen resistividades grandes, la corriente del cortocircuito Io previa
a la aplicación de tensión pude no ser despreciable comparada con la corriente permanente Is
durante la aplicación de la tensión. En tales casos, la resistencia transversal se determina como
sigue:
Rx = .
Ux .
Is +/- Io
Siendo:
Rx: la resistencia transversal, en ohm
Ux: la tensión aplicada, en volt
Is: la corriente permanente, en ampere, durante la aplicación de la tensión; o los
Valores de corriente, en ampere, después de 1 minuto, 10 minutos y 100 minutos
si la corriente varia durante la aplicación de la tensión;
Io: la corriente del cortocircuito, en amperes, previa a la aplicación de la tensión.
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Elementos y Equipos Electricos
El signo menos se utiliza cuando Io tiene en el mismo sentido que Is.
CALCULOS
1- RESISTIVIDAD TRANSVERSAL: La resistividad transversal se calcula con la formula
siguiente:
Ρ= Rx . A
h
Siendo: Ρ: la resistividad transversal, como ohm metro (ohm- centímetro).
A : el área efectiva del electrodo protegido, en metros cuadrados,( centímetros
cuadrados)
h: el espesor medio de la probeta, en metros( centímetros).
REPRODUCIBILIDAD: la resistencia de una probeta dada puede variar en forma
muy apreciable en razón de las condiciones de ensayo, y de una probeta a otra debido a la
falta de homogeneidad de los materiales. La reproducibilidad de los resultados no suele ser
mejor que 10% ya que los resultados son generalmente muy dispersos( se pueden obtener
en condiciones aparentemente idénticas una gama de valores en relación 10 a 1).
Para que pueda compararse, en probetas similares, las mediciones se deben efectuar con
gradiente de potencial aproximadamente iguales.
Para determinar la resistencia transversal, las probetas pueden tener prácticamente cualquier
forma que permita el uso del tercer electrodo de guarda destinado a prevenir las causas de
errores debidos a efectos superficiales. Para las probetas con corrientes de fuga despreciables,
se puede suprimir la guarda en la medición de la resistencia transversal siempre que se pueda
demostrar que tal supresión tiene efectos despreciables sobre el resultado. La separación en la
superficie de la probeta entre los electrodos protegidos y los electrodos de guarda debe ser de
un ancho uniforme y tan angosto como sea posible, con la condición que las corrientes de fuga
en las superficies no provoquen errores de medición. Una separación de 1 mm. es generalmente
el mas pequeño posible.
Para la medición de la resistencia transversal, el electrodo número uno es el electrodo protegido,
el número dos es el electrodo de guarda o anillo de guarda y el número tres es el electrodo no
protegido. El diámetro o el largo del electrodo protegido deberán ser por lo menos 10 veces el
espesor h de la probeta y por razones de comodidad, son generalmente por lo menos igual a 25
mm..
Para la determinación de la resistividad superficial, la probeta puede tener una forma
cualquiera que permita el empleo de un tercer electrodo de guarda para evitar los errores
que puedan resultar de los efectos transversales. Se recomiendan los dispositivos de tres
electrodos.
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Elementos y Equipos Electricos
Electrodo 3
Electrodo 1
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Electrodo 2
Elementos y Equipos Electricos
3.2.- Aisladores Orgánicos
Al igual que los aisladores de vidrio o de porcelana los aisladores de material orgánico (ADMO)
son elementos utilizados en distintos equipamientos de las redes eléctricas, y en las línea no
solo para aislar entre diferentes partes de los mismas sino, con respecto a tierra y también para
soportar distintos esfuerzos mecánicos, en consecuencia están sometidos a distintos esfuerzos
mecánicos, de tracción generalmente aunque ocasionalmente deben soportar esfuerzos de
flexión y de torsión.
Los aisladores orgánicos están formados por lo menos por des partes, un núcleo que esta
diseñado para asegurar sus características mecánicas, formado por fibras de vidrio impregnadas
en resina, de manera de lograr la máxima resistencia a la tracción y por una envoltura exterior y
las aletas que protegen el núcleo. En algunos aisladores orgánicos se emplea una vaina de
material aislante entre el núcleo y las aletas, esta vaina forma parte de la envoltura exterior. Las
aletas son partes aislantes que se extienden alrededor del núcleo y están previstas para
aumentar las distancias de fuga, pueden ser lisas o tener una o varias nervaduras.
Cuando dos materiales de diferentes compuestos están en contacto entre si, se denomina
interfases, en los aisladores orgánicos existen varias interfases, entre las fibras del núcleo y las
resinas impregnantes, entre las distintas partes de la envoltura, entre aletas o entre aletas y
vaina.
Se denominan piezas terminales, que comúnmente son de metal, a aquellas partes fijadas al
núcleo que se usan para transmitirle las cargas mecánica, y las zonas de fijación son las partes
del núcleo y de las piezas que se transmiten las cargas, y el acoplamiento es la parte de la pieza
terminal que transmiten las cargas a los accesorios externos al aislador.
Con el pasar del tiempo, en los aisladores instalados se van produciendo degradaciones en el
material que lo forman, según se tipo van tomando diferentes nombres: el encaminamiento es
una degradación irreversible del material aislante por formación de surcos de descarga que se
inician y desarrollan superficialmente. Estos surcos son conductores aún en condiciones de
sequedad, se pueden producir en superficies en contacto con el aire y en las interfases.
La arborescencia se caracteriza por la formación de canales microscópicos dentro del material
aislante los que pueden ser o no conductores. E
estos micro canales se pueden extender progresivamente en profundidad a través del cuerpo del
material hasta que ocurra la ruptura o perforación eléctrica.
La erosión es no conductora, se produce en la superficie del material, se caracteriza por una
perdida de material.
Con el envejecimiento climático aparecen en los aisladores tizados, cuarteos, y grietas.
El tizado, aparece con el tiempo y se caracteriza por la aparición de partículas de la carga que
forman una superficie rugosa hasta depósitos blancuzcos, mientras que el cuarteo es la
aparición de micro fisuras de profundidades que no mas allá de 0,1 mm y las grietas son
fracturas de profundidades superiores a 0,1 mm.
Norma IRAM 2355
Esta Norma establece, los métodos de ensayo y los criterios de aceptación para los aisladores
de retención y suspensión de materiales orgánicos, con núcleo y envoltura para uso en líneas
aéreas con tensiones alternas nominales mayores a 1 Kv
3.2.1.- Ensayos de diseño
Tienen por objeto verificar la aptitud del diseño, de los materiales y de los métodos de
fabricación. Cuando un aislador orgánico se somete a ensayos de diseño, los resultados se
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Elementos y Equipos Electricos
consideran validos para toda la clase o modelo de aisladores que están representados por el
aislador ensayado y los que tengan las características siguientes:
Los mismos materiales del núcleo, y de las aletas y el mismo método de fabricación.
El mismo diseño, los mismos materiales de las piezas terminales y el mismo método de
unión.
El mismo o mayor espesor de la capa de material de las aletas sobre el núcleo,
incluyendo la vaina si la hubiera.
La misma o una menor relación de tensión máxima de servicio a la longitud de la
aislación (distancia mínima de separación entre piezas metálicas contiguas.
La misma o una menor relación entre todas las cargas mecánicas y el menor diámetro
del núcleo comprendido entre las piezas terminales.
El mismo o mayor diámetro del núcleo.
3.2.2.- Extracción de los aisladores para el ensayo
Se ensayaran a tres aisladores armados, extraídos de la línea de producción, la longitud de
aislación (separación entre las piezas terminales) no debe ser menor a 800 mm. Los tres
aisladores se inspeccionaran a simple vista y se comprobará que sus dimensiones estén de
acuerdo con el plano correspondiente. Si los aisladores tiene una longitud de aislación menor a
800 mm. Se realizaran ensayos sobre los mismos, pero los resultados serán solo validos hasta
los largos ensayados.
3.2.3.- Ensayo de tensión alterna de frecuencia Industrial de contorneo en seco.
En cada uno de los tres aisladores seleccionados se determinara la tensión de contorneo en
seco a frecuencia industrial. Este valor se determina como el promedio de cinco valores de la
tensión de contorneo aplicada a cada uno de los aisladores.
El valor promedio obtenido se corregirá en función de las condiciones atmosféricas reinantes al
momento del ensayo.
La tensión de contorneo en seco se obtiene aumentando linealmente la misma desde cero hasta
que ocurra el contorneo, en un minuto como mínimo.
3.2.4.- Ensayo termomecánico
Los aisladores se someten a variaciones térmicas bajo carga mecánica permanente. El ciclo
térmico de veinticuatro horas se repite cuatro veces. Cada ciclo tiene dos niveles de temperatura
uno de 50 grados centígrados con una tolerancia +/- 5 grados centígrados y el otro de 35
grados centígrados con una tolerancia +/-5 grados centígrados, que duran como mínimo ocho
horas. El primer hemiciclo es el de baja temperatura, los ensayos se realizan en aire o en otro
medio adecuado.
Antes de comenzar el ensayo se traccionan con el diez por ciento de la carga mecánica de rutina
durante un minuto a la temperatura ambiente
. Esta carga mecánica de rutina debe ser como mínimo el cincuenta por ciento de la carga
mecánica nominal dado por el fabricante.
Cumplido este plazo, y con la carga todavía aplicada se mide la longitud de los aisladores con
exactitud de 0,5 mm. La longitud medida se tomara como longitud de referencia.
Después de esta medición se aplica una carga de tracción igual a la carga mecánica de rutina de
los aisladores a temperatura ambiente antes de que comience el primer ciclo.
El ensayo se puede interrumpir para mantenimiento por un lapso total de cuatro horas.
Terminado el periodo de tiempo estipulad por esta Norma para el ensayo se medirá nuevamente
la longitud de los aisladores de la misma manera, con la misma carga, con la misma
temperatura de la medición previa al ensayo.
67
carga
Elementos
y Equipos Electricos
mecanica
Temperatura
del aire
Tiempo en horas
50º C.
4
4
12
24
36
48
60
72
84
Tiempo en horas
96
- 35 º C.
3.2.5.- Ensayo de difusión de agua
Los aisladores se mantendrán sumergidos en una solución hirviente de agua desmineralizada
con 0,1 % en masa de cloruro de sodio durante 42 horas.
Después del hervor, los aisladores permanecerán en el recipiente hasta que el agua se enfrié
aproximadamente 50º centígrados y se mantendrán a esa temperatura hasta que comiencen los
ensayos de verificación en la secuencia detallada a continuación. El tiempo máximo para realizar
estos ensayos es tal que se deben completar dentro de las 48 horas desde que comenzó el
hervor.
Inspección visual
La envoltura del aislador se inspecciona visualmente y no se deben observar grietas.
3.2.6.- Onda de impulso de frente escarpado
A los aisladores en ensayo se le colocan electrodos de aristas vivas, compuestas por bandas de
cinta de cobre de ancho 20 mm. Y de espesor menor a 1 mm. Entre las piezas terminales para
formar secciones de hasta 500 mm. Los electrodos se apoyaran firmemente sobre la envoltura
de las aletas, en el caso de aisladores con una longitud igual o menor a 500 mm. La tensión se
aplicara entre las piezas terminales originales.
La tensión de impulso de crecimiento lineal con una pendiente mínima de 1000 Kv/μs, se
aplicara entre dos electrodos próximos y entre una pieza terminal del aislador y el electrodo mas
próximo.
Cada sección se someterá a veinticinco impulsos positivos y a veinticinco negativos. El impulso
puede provocar contorneo externo entre las distancias ensayadas, pero no deben ocurrir
perforaciones.
3.2.7.- Ensayo de tensión alterna de frecuencia Industrial
68
Elementos y Equipos Electricos
En cada uno de los tres aisladores seleccionados se le aplica una tensión de contorneo, que en
ningún caso deberá ser menor al 90 % de la tensión de contorneo obtenida en el ensayo de
frecuencia industrial de contorneo en seco.
Seguidamente se les aplica durante 30 minutos una tensión de valor igual al 80 % de la de
contorneo obtenida en este ensayo, con esta tensión no deben ocurrir perforaciones ni excederá
los 20 grados el aumento de la temperatura del cuerpo del aislador medido inmediatamente
después del ensayo.
3.2.8.- Ensayo de carga mecánica
Se ensayan seis aisladores de la línea de producción. La longitud de la aislación (distancia entre
las piezas terminales metálicas contiguas sobre el núcleo) no será menor a 800 mm. Ambas
piezas terminales serán idénticas a las empleadas en aisladores de producción normal, por lo
menos hasta los extremos del núcleo, a partir de allí se pueden modificar.
A temperatura ambiente, se le aplica al aislador en ensayo una carga de tracción que se
aumenta rápido pero suavemente hasta llegar al 75 % de la carga mecánica de rotura esperada
para el núcleo. A partir de allí se incrementará gradualmente la carga en un tiempo comprendido
entre los 30 y 90 segundos hasta que ocurra la rotura del núcleo o el arranque total de las piezas
terminales.
3.2.9.- Ensayo de encaminamiento y erosión a la envoltura
Se ensayan seis aisladores con una tensión cuyo valor se obtiene dividiendo la longitud de la
línea de fuga expresada en centímetros por 2 por raíz cuadrada de tres (3,46).
Longitud de aislación (cm) x 1 Kv.
√3 x 2 (cm.)
Si el calculo aplicado da como resultado una tensión superior a 20 Kv. se corta el aislador a un
largo tal que la tensión de ensayo quede comprendida entre 14 y 20 Kv.
Antes de comenzar el ensayo a los aisladores se los limpia y se los coloca dentro de una
cámara uno en posición vertical y al otro horizontal, a la mitad de la misma, cuidando de
mantener una distancia mínima de 200 mm. Entre el aislador y el techo de la cámara y de 100
mm. a las paredes.
El valor de tensión resultante es aplicada al aislador durante un tiempo sin interrupción,
pulverizándolo a la vez con una niebla salina, dentro de una cámara, pero con la precaución de
no rociar directamente sobre el aislado.
La cámara tendrá 10 m2 de volumen en la que se permite una abertura de 80 cm2 para permitir
el escape natural del aire a través de un medio que impida la perdida de humedad.
Para suministrar la tensión se usará un transformador que del lado de la alta la caída de tensión
no excederá el 5 % cuando circule una corriente de 250 mA., las protección de sobre corriente
se calibraran a 1 Amp.
El tiempo de duración del ensayo es de 1000 horas, el caudal de agua salada 0,4 +/- 0,1 L /m3 y
la temperatura 20º C. +/- 5 º C.
El aislador se considera aprobado si no ocurren mas de tres interrupciones de la tensión, por
sobre corriente y si además no se verifica encaminamiento y la erosión no alcanza al núcleo y no
se perfora ninguna aleta.
3.2.10.- Ensayo del Material del Núcleo
Para comprobar el comportamiento del material del núcleo contra la penetración del agua, se
realizan los siguientes ensayos.
69
Elementos y Equipos Electricos
Ensayo de penetración
De un aislador de la línea de producción se extraen diez muestras del núcleo haciendo cortes a
90 grados con respecto al eje del mismo. Los cortes se realizan con una sierra circular, los
cortes debelan ser paralelos. El largo de las muestras será de 10 mm. +/- 0,5 mm. A las
muestras se lo podrá retirar la envoltura exterior que la cubre si es posible, sin afectar al núcleo,
se pulen las superficies cortadas, y los extremos tienen que estar limpios.
Las muestras con sus fibras cortadas se colocan sobre una capa de bolillas de acero o de vidrio
de diámetro entre 1 y 2 mm., dentro de un recipiente de vidrio. Una tintura de alcohol metilico (1
gramo de fucsima en 100 gramos de alcohol metilico), se vierte en el recipiente a un nivel de 2 a
3 mm. sobre las bolillas. Se mide el tiempo que tarda la tintura en ascender por capilaridad a
través de las muestra.
El tiempo empleado por la tintura para ascender a través de las muestras deberá ser superior a
los 15 minutos.
Ensayo de difusión del agua
De un aislador de la línea de producción se extraen seis muestras del núcleo haciendo cortes a
90 grados con respecto al eje del mismo. Los cortes se realizan con una sierra circular, los
cortes debelan ser paralelos. El largo de las muestras será de 30 mm. +/- 0,5 mm. A las
muestras se lo podrá retirar la envoltura exterior que la cubre si es posible, sin afectar al núcleo,
se pulen las superficies cortadas, y los extremos tienen que estar limpios.
A las muestras se las limpia con alcohol isopropilico y papel de filtro e inmediatamente se las
somete a hervor, durante 100 horas +/- 0,5 horas en un recipiente de vidrio con agua
desionizada, salada con 0,10 % de cloruro de sodio en masa.
Después del hervor se las extrae del recipiente de vidrio y se las coloca en otro recipiente con
agua común a temperatura ambiente durante 15 minutos. El ensayo siguiente se debe realizar
dentro de las ocho horas posterior al hervor.
Se extraen las muestra y sus superficie se las secan con papel filtro, luego se las colocan entre
dos electrodos y se le aplica la tensión de ensayo que se aumenta a razón de 1 Kv./ seg. hasta
llegar a 12 Kv., a esta tensión se la mantiene durante un minuto y luego se la reduce
bruscamente hasta llegar a cero. Durante el ensayo no deben ocurrir perforaciones ni
contorneos. La corriente no deberá exceder 1 mA. Durante el ensayo.
Electrodo
Alta tensión
V
Muestra
Esquema del Circuito de Ensayo
T2
T1
S
V
mA
70
Pr
Elementos y Equipos Electricos
T1
T2
V
MA
Pr
S
Regulador de Tensión
Transformador de Ensayo de Alta Tensión
Medición de la Tensión
Miliamperímetro
Protección Miliamperímetro
Electrodos con la muestra de Ensayo
71