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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE GUAYAQUIL CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

MATERIA: Alta Tensión. ALUMNO: Bernard Dorian Guamán Mendieta. PROFESOR: Ing. Ben Cevallos. GUAYAQUIL - ECUADOR 2018 – 2018

Materiales Aislantes   

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Gases (aire, SF6, Gases Alternativos). Materiales Aislantes Sólidos Inorgánicos (Cerámica, Porcelana, Vidrio, Mica). Materiales sintéticos de alto polímero, es decir, materiales aislantes termoplásticos (polietileno, PVC ...), así como plásticos y elastómeros termoendurecibles (resina epoxi, poliuretano, elastómeros de silicona). Líquidos aislantes (aceite mineral, fluidos sintéticos, aceites vegetales). Materiales fibrosos (papel, cartón prensado, materiales sintéticos).

SF6. Debido a sus propiedades afines a los electrones, el SF6 es el gas aislante más importante, así como el gas extintor en la ingeniería de alta tensión. Se utiliza para el aislamiento de sistemas de conmutación cerrados y líneas de transmisión aisladas en gas. También se utiliza como gas de extinción y aislante en interruptores de alta tensión y en algunos casos en interruptores automáticos de media tensión. El SF6 tiene una fuerza eléctrica tres veces mayor que el aire. En asociación con presiones elevadas de 3 a 5 bares, se pueden alcanzar resistencias eléctricas que son aproximadamente un factor de 10 por encima de la fuerza del aire atmosférico. Por lo tanto, los conmutadores de alta tensión tienen un requisito de volumen y área drásticamente reducido, e incluso pueden configurarse para costos razonables dentro de las ciudades o edificios. Nota: Se pueden obtener incluso mayores resistencias para una serie de compuestos fluorocarbonados y compuestos de clorofluorohidrocarburos (CFC). Sin embargo, más o menos todos ellos tienen propiedades desfavorables, como un rango de temperatura reducido, un aumento de la toxicidad o una clasificación como un gas de efecto invernadero peligroso o como peligroso para la capa de ozono. Nota: También SF6 tiene un potencial de calentamiento global muy alto y no debe ser lanzado a la atmósfera. Debe ser utilizado, procesado y reutilizado en circuitos cerrados con bajas tasas de fuga.

SF6 se distingue de todos los demás gases con alta resistencia eléctrica debido a un perfil característico único: 1. Una temperatura de condensación relativamente baja (TK = -63 ° C en p = 1 bar) permite su uso incluso a bajas temperaturas ambiente. El diagrama de fase de SF6 muestra que a presiones de varias barras debe esperarse condensación en zonas climáticamente frías. Por ejemplo, SF6 se condensa a una temperatura de -30 ° C para una presión de 5 bares. Al mezclarlo con N2, la temperatura de condensación puede reducirse, ya que la presión (parcial) de SF6 se reduce. La fuerza eléctrica de la mezcla de gases permanece alta incluso para una alta proporción de N2. Por ejemplo, una mezcla de gas con una proporción de SF6 del 20% todavía tiene alrededor del 70% de la potencia eléctrica del gas SF6 puro.

2. Además, la molécula de SF6 es químicamente muy estable en condiciones ambientales naturales; esto implica que no es tóxico. Nota: SF6 es invisible, inodoro y más pesado que el aire, es decir, presenta un riesgo de asfixia dentro de las habitaciones, recipientes de prueba, bañeras y sumideros que pueden llenarse con SF6 con el desplazamiento del aire sin que esto se note. Por lo tanto, siempre se debe proporcionar ventilación efectiva.

3. Debido al efecto de flashovers y arcos de conmutación, las moléculas de SF6 se descomponen en sus componentes, que son tan reactivos que se vuelven a combinar inmediatamente para formar moléculas de SF6 inertes. La ventaja aquí es que no involucra un hidrocarburo y, por lo tanto, no se pueden formar depósitos de carbono. Sin embargo, en el caso de flashovers o en arcos de conmutación, posibles remanentes de humedad u oxígeno conducen a la formación de sustancias tóxicas a través de reacciones secundarias. En los recintos de apertura, pueden verse como polvo blanco o pueden identificarse por el olor pútrido del sulfuro de hidrógeno H2S. La inhalación del gas o el contacto del polvo con la piel definitivamente debe evitarse. Por lo tanto, el gas en las celdas con aislamiento de gas (GIS) se seca y se sella herméticamente contra el medio ambiente. Una posible pérdida de gas se registra por la caída de presión; esto generalmente equivale a un máximo de 1% por año. El volumen total de gas se subdivide en volúmenes de parte por aisladores de partición, de modo que el efecto de una fuga se restringe localmente. Para fines de mantenimiento, todo el relleno SF6 de una instalación se bombea al depósito de una estación de procesamiento y se utiliza para rellenar después del secado y el filtrado. Los contenedores deben abrirse solo al aire libre o en ambientes bien ventilados; se debe evitar una liberación de gas sin control.

Aceite Dieléctrico. Los aceites dieléctricos se obtienen a partir de bases nafténicas de bajo punto de fluidez, libres de ceras y sometidas a proceso de refinación de extracción por solventes y de tratamiento con hidrógeno. Buenas propiedades como aislante, las cuales dependen en su totalidad de la ausencia de impurezas, tales como suciedad, materias extrañas y agua pues aun en pequeñas cantidades pueden disminuir operacionalmente la rigidez dieléctrica. Los aceites dieléctricos son cuidadosamente secados y filtrados, en el momento de su envasado. Los aceites dieléctricos poseen una alta resistencia a la oxidación, lo que permite funcionar por largos períodos, tanto en transformadores de potencia y de distribución como en interruptores. Poseen alta estabilidad química y buenas propiedades refrigerantes debido a su baja viscosidad, lo cual le facilita la transferencia del calor generado en el transformador. Aplicaciones de los aceites dieléctricos Los aceites dieléctricos pueden utilizarse en:     

Transformadores de potencia y de distribución. Interruptores de Potencia en baños de aceite. Condensadores. Como medio aislante en las bobinas de arranque de automóviles. Como aceite dieléctrico en general.

Líquidos Aislantes Sintéticos. Los líquidos aislantes sintéticos generalmente se aplican debido a propiedades especiales que no son proporcionadas por los aceites minerales. Bifenilos Policlorados (PCB). Los bifenilos policlorados se usaron como líquidos aislantes resistentes al fuego y líquidos refrigerantes en transformadores y como agentes de impregnación de mayor permitividad (𝜀𝑟 = 4 ... 6 a 20 ° C y 50 Hz) en condensadores. Se pueden bioacumular y son difíciles de biodegradar. Además, bajo el efecto de un gran calor, se forman productos de descomposición altamente tóxicos (dioxinas). Por lo tanto, la producción de PCB se detuvo en la República Federal de Alemania en 1983, por ejemplo. Los dispositivos existentes tuvieron que ser reemplazados o llenados con líquidos no peligrosos mientras se observaban concentraciones límite. La eliminación se lleva a cabo mediante incineración a alta temperatura. Las principales vías de ingestión de PCB en los humanos son la inhalación y la comida, sobre todo en alimentos propensos a estar contaminados como pescados y mariscos, sobre todo en los productos hidrobiológicos ya que estos desechos poseen gran adhesión en el agua y los animales orgánicos. Los PCB, una vez ingeridos, se acumulan principalmente en tejidos ricos en lípidos, como puede ser el tejido adiposo, el cerebro, hígado, etc. Se produce

una transferencia de la madre al feto durante la gestación, y esta contaminación del feto puede dar lugar a una ralentización del neurodesarrollo y afectar a la función tiroidea al situarse en receptores específicos para estas hormonas. Se especula con la posibilidad de efectos adversos incluso en niveles no tóxicos para el resto de la población adulta. El grado de toxicidad de los PCB es directamente proporcional al grado de cloración de la molécula, y dentro de esta escala los PCB coplanares son más tóxicos que sus congéneres no coplanares, como se indica en la tabla 1, donde los PCB coplanares con menos átomos de cloro (126 y 169) son más tóxicos que un congéner no coplanar con 7 cloros (PCB 170). Se define el TEF como el Toxic Equivalency Factor o Factor de Equivalencia tóxica. En la fauna los PCB pueden producir carcinogénesis y efectos mutagénicos y teratogénicos (malformaciones del feto). En las plantas, los efectos se refieren principalmente a una disminución de la velocidad de la división celular y la fijación de CO2 en algas, además de una inhibición del crecimiento. Aceites Vegetales. Hasta ahora, el aceite Ricino ha sido un importante material aislante eléctrico para condensadores de voltaje CC y condensador de impulso. La alta permitividad a 𝜀𝑟 = 4.5 es ventajosa para el almacenamiento de energía capacitiva de alta densidad de energía para esto. Además, los condensadores de impulso con aislamiento de papel de ricino tienen una vida útil diez veces mayor que los condensadores con aislamiento de aceite mineral. La reducción de la intensidad de campo en los bordes afilados de la hoja para tensiones de impulso debido a la mayor permitividad se considera responsable de esto. Además, se supone que el aceite de ricino viscoso no puede eliminarse tan fácilmente como el aceite mineral viscoso debido a las fuerzas alternas electrostáticas sobre las láminas metálicas, y de ahí que se obstaculice la formación de vacíos parciales y burbujas de gas. Además, el aceite de ricino podría tener una mayor resistencia a las descargas parciales que ocurren durante las descargas de impulso en los bordes de la lámina. Sin embargo, la erosión del aislamiento para descargas de impulso también está muy determinada por la resistencia del papel o la película a descargas parciales.

El factor de disipación del aceite de ricino es aproximadamente 5 veces mayor que el factor de disipación del aceite mineral. Las propiedades dieléctricas también dependen fuertemente de la temperatura. Por lo tanto, el aceite de ricino no se usa para tensiones de tensión de CA, sino más bien para tensiones de tensión continua y tensiones de tensión de impulso, así como para el aislamiento en dispositivos físicos y en laboratorios. El aceite de ricino debe secarse, filtrarse y tratarse con tierra de batán y carbón activado. Debido a la alta viscosidad, la impregnación es posible solo a temperaturas elevadas. La ventaja es que la alta viscosidad evita la fuga de un bobinado impregnado a temperatura ambiente. El aceite de Ricino se solidifica a -10 a -18 ° C y, por lo tanto, no se puede usar a bajas temperaturas.

Mientras tanto, incluso el aceite de colza también se considera como líquido aislante para dispositivos de alto voltaje debido al creciente interés en materias primas renovables y biodegradables. La potencia eléctrica corresponde aproximadamente a la del aceite mineral a la misma humedad relativa, por lo que la capacidad de absorción de agua del aceite de colza es más de un factor 10 mayor que la del aceite mineral. Los requisitos para la resistencia a la ruptura de los nuevos aceites se cumplen. El factor de disipación es aproximadamente un factor 10 mayor que el del aceite mineral. Por lo tanto, los factores de disipación a 90 ° C están muy por encima del valor estipulado de 0,5% para el aceite mineral. Los experimentos con un transformador de distribución de 20 kV / 250 kVA han demostrado en principio la idoneidad del aceite de colza como medio refrigerante y medio aislante. GIS (Gas-Insulated Switchgear). El Interruptor de alto voltaje con aislamiento gaseoso (GIS) es una Interruptor compacto encapsulado en metal que consta de componentes de alto voltaje como interruptores automáticos y seccionadores, que se pueden operar con seguridad en espacios reducidos. GIS se utiliza cuando el espacio es limitado, por ejemplo, extensiones, edificios de la ciudad, techos, plataformas marinas, plantas industriales y centrales hidroeléctricas; usados para la transmisión de potencia, Integración de unidades de generación de energía renovable a la red y vías férreas. GIL (Gas-insulated line). Las líneas de transmisión con aislamiento gaseoso (GIL) son la alternativa segura y flexible a las líneas aéreas y ocupan mucho menos espacio a la vez que proporcionan la misma transmisión de potencia. Dado que apenas impactan en el paisaje, y su mínima radiación electromagnética significa que también pueden usarse cerca o incluso dentro de edificios, GIL puede considerarse para una amplia gama de aplicaciones. Son adecuados para proporcionar una continuación para líneas aéreas subterráneas, conectar estaciones de energía a la red eléctrica, o como una forma de ahorrar espacio para conectar las principales plantas industriales a la red pública.