PROPIEDADES DE LOS AISLANTES LQUIDOS

PROPIEDADES DE LOS AISLANTES LQUIDOS

CONTENIDO

INTRODUCCIN3MARCO TERICO51. PROPIEDADES ELCTRICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES LQUIDOS51.1.LQUIDOS POLARES Y NO POLARES51.1.1.Lquidos polares:51.1.2.Lquidos no polares:51.2.CONDUCTIVIDAD ELCTRICA51.3.RIGIDEZ DIELCTRICA52.PROPIEDADES FSICO-QUMICAS DE LOS AISLANTES LQUIDOS62.1.VISCOSIDAD62.2.PUNTOS DE INFLAMACIN Y DE COMBUSTIN62.3.PUNTOS DE CONGELACIN Y DESCONGELACIN62.4.OXIDACIN Y POLIMERIZACIN72.4.1.La oxidacin:72.4.2.El fenmeno de polimerizacin:72.5.CONTENIDO DE CIDOS73.MATERIALES AISLANTES LQUIDOS EMPLEADOS EN ELECTROTECNIA73.1.ACEITES AISLANTES83.1.1.Aceites vegetales:93.1.2.Aceites resinosos:93.1.3.Aceites minerales:93.2.PROPIEDADES DE LOS ACEITES MINERALES103.3.FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VARIACIN DE LAS PROPIEDADES ELCTRICAS DE LOS ACEITES MINERALES124.APLICACIN DE LOS ACEITES MINERALES134.1.APLICACION COMO AISLANTES DE CABLES134.2.APLICACIN COMO AISLANTES DE INTERRUPTORES134.2.1.Propiedades de los aceites minerales para interruptores:134.3.APLICACIN COMO AISLANTES DE TRANSFORMADORES144.3.1.Caractersticas de los aceites minerales para transformadores:144.4.APLICACION DE LOS ACEITES MINERALES COMO DIELECTRICOS DE CONDENSADORES145.ACEITES SINTETICOS AISLANTES155.1.ESTUDIO DE UN ACEITE SINTETICO AISLANTE : EL PYRALENE165.1.1.Propiedades fsicas:175.1.2.Propiedades qumicas:175.1.3.Propiedades elctricas:175.1.4.Propiedades fisiolgicas:185.1.5.Condiciones de utilizacin de los PYRALENE:185.2.APLICACIONES A LOS TRANSFORMADORES185.3.APLICACIONES A LOS CONDENSADORES195.4.APLICACIONES A LOS CABLES:195.5.OTRAS APLICACIONES:195.5.1.Transformadores y capacitores con fluido dielctrico a base de Bifenilos Policlorados:205.5.2.El SF6 y sus productos de descomposicin:205.5.3.Grandes transformadores aislados con gas SF6:21

INTRODUCCIN

Los aislantes lquidos son materiales que permanecen como tales en las aplicaciones elctricas (mquinas, aparatos, componentes en general) y que cuando se encuentran en servicio no experimentan ninguna transformacin fsica o qumica importante.Se emplean para llenar espacios con dielctrico homogneo, para disipar el calor y para apagar arcos, como por ejemplo en: transformadores, cables, capacitores, aisladores pasantes, interruptores y otros aparatos.Su presencia incrementa la rigidez dielctrica entre partes pudindose observar aislantes slidos impregnados y aparatos sumergidos en lquido aislante.Las propiedades fsicas de los dielctricos lquidos como por ejemplo: peso especfico, conductibilidad trmica, calor especfico, constante dielctrica, viscosidad, dependen de su naturaleza, es decir de la composicin qumica, pero su rigidez dielctrica, adems est ligada a factores externos como por ejemplo: impureza en suspensin, en solucin, humedad, etc., que, generalmente, reducen su valor, degradando la caracterstica importante.El aire y otros gases tienen elevadsima resistividad y estn prcticamente exentos de prdidas dielctricas; su rigidez dielctrica crece a medida que aumenta la presin.El aire tiene una modesta rigidez, del orden de 32 kVpico/cm a la presin normal (1 bar), de alrededor de 160 kV/cm a 10 bar y aproximadamente 500 kV/cm a 30 bar.La elevada rigidez dielctrica a las ms altas presiones se utiliza en los interruptores de aire comprimido para el apagado del arco. Se destaca que cada descarga en aire produce la formacin de ozono activo, nocivo en particular para los aislantes a base de goma.El gas que se ha utilizado y difundido desde los 70 en las aplicaciones elctricas por sus excelentes propiedades es el SF6, comparado con el aire es mejor aislante observndose en la Figura-1, que para una misma presin la rigidez es del orden del doble que la que corresponde al aire, adems es mejor conductor del calor, cuando se descompone por arcos elctricos se recombina en tiempo menores, en consecuencia se ha impuesto en aplicaciones de alta tensin y recientemente se ha difundido en aplicaciones de media tensin.Se lo utiliza a una presin de 6 bar referido a una temperatura de 20 C para que no se lice a temperaturas muy bajas (-25 C).Un material aislante polar esta caracterizado por un desequilibrio permanente en las cargas elctricas dentro de cada molcula. En electrotecnia, este sistema de cargas desequilibrada se denomina dipolo y tiende a girar en un campo elctrico.En un material aislante no polar, no existe desequilibrio permanente de carga; puesto que la molcula no puede ser distorsionada por la aplicacin de un campo elctrico. Los materiales no polares estn exentos de variacin de la temperatura o de la frecuencia, y cualquier variacin de la constante dielctrica o del factor de potencia, se produce gradualmente.Por su estructura qumica, se puede predecir si un material es polar o no polar. La mayora de los hidrocarburos son no polares y, por consiguiente, los hidrocarburos lquidos y sus derivados sern los mejores aislantes lquidos, o sea, que conservaran de forma permanente sus propiedades dielctricas a cualquier temperatura y frecuencia.

Figura-1

MARCO TERICO

1. PROPIEDADES ELCTRICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES LQUIDOS

1.1. LQUIDOS POLARES Y NO POLARES

1.1.1. Lquidos polares: Tienen un desequilibrio permanente de las cargas elctricas dentro de la molcula y tienden a girar en un campo elctrico.

1.1.2. Lquidos no polares: No tienen desequilibrio permanente de carga, no existe tendencia al giro. Sin variacin brusca de las prdidas dielctricas, conductibilidad o factor de potencia por cambio de la temperatura o frecuencia. La mayora de los HIDROCARBUROS son NO POLARES, son los mejores aislantes lquidos.1.2. CONDUCTIVIDAD ELCTRICALa conductividad elctrica en corriente continua de los dielctricos lquidos, es de naturaleza inica y tiene alto coeficiente de temperatura (es decir, que cuanto ms se eleva la temperatura ms conductor se hace el material considerado). El cambio de conductividad en funcin de la temperatura, esta expresado por: G = Go ea/TG = conductividad a 20C, en siemens / cm.a = constante, distinta para cada liquido.T = temperatura absoluta, en K.

El aumento de conductividad con la temperatura es el resultado de un aumento en la movilidad de los iones, que se produce por la disminucin de la viscosidad. La conductividad de los lquidos puros puede ser incrementada por pequeas cantidades de impurezas o de humedad, que se ionizan rpidamente en el lquido.1.3. RIGIDEZ DIELCTRICALa perforacin en lquidos puros se produce probablemente, por un proceso de ionizacin similar al de los gases. Los cambios de presin no ejercen prcticamente ningn efecto, pero el aumento de temperatura disminuye la resistencia a la perforacin.En los lquidos impuros, la perforacin se produce con tenciones mucho menores, la ms importante de ellas es la presencia de fibras u otras partculas solidas en suspensin, que absorben las impurezas, provocando "puentes" o "canales" si su constante dielctrica es mayor que la del lquido.La presin aumenta la rigidez dielctrica por impedir la eliminacin de los gases o la vaporizacin de los lquidos. El factor potencia de la mayora de aislantes lquidos no polares, est comprendido entre 0,0001 y 0,01. El factor de potencia a 50Hz est influenciado por la conductividad elctrica en corriente continua y su valor acostumbra a duplicarse cada 10 - 20C de elevacin de la temperatura. En el campo de las altas frecuencias el factor de potencia de los dielctricos no polares apenas vara con la temperatura.2. PROPIEDADES FSICO-QUMICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES LQUIDOS

2.1. VISCOSIDADEs la resistencia de los lquidos a fluir. La viscosidad: Es proporcional a la superficie S de la lmina. Es proporcional a la velocidad de traslacin v. Es inversamente proporcional al espesor h de la lmina.Fv = U*S(v / h)F = fuerza de rozamiento.S = superficie de la lamina.v = velocidad de traslacin.h = espesor de la lamina. U = coeficiente de viscosidad absoluta.

La unidad de viscosidad absoluta es el poise. ( 1 poise = (dina x seg.) / cm ). La viscosidad de los aislantes lquidos disminuye al elevar su temperatura y, en muchos casos, resulta conveniente conocer esta variacin cuando dichos lquidos han de trabajar a temperaturas relativamente elevadas.2.2. PUNTOS DE INFLAMACIN Y DE COMBUSTINSe denomina punto de inflamacin de un lquido, a la temperatura mnima a la cual los vapores desprendidos por el lquido se inflaman en presencia de una llama. Y punto de combustin es la temperatura partir de la cual, el lquido arde ininterrumpidamente durante 5 segundos, por lo menos.2.3. PUNTOS DE CONGELACIN Y DESCONGELACINA bajas temperaturas, los aislantes lquidos se vuelven ms viscosos. La primera anormalidad que se observa al descender la temperatura, es la aparicin de una especie de niebla en la masa del lquido; la temperatura a que tiene lugar este fenmeno, se denomina, punto de niebla. Si continuamos el descenso de la temperatura, llega un momento en que el liquido se solidifica (punto de congelacin) o sea la temperatura en que la masa liquida se ha convertido en un cuerpo solido. Y cuando el lquido con masa solida se vuelve a convertir en lquido a esa temperatura especfica se denomina punto de descongelacin.2.4. OXIDACIN Y POLIMERIZACINEn presencia de oxigeno y bajo los efectos de temperaturas elevadas muchos materiales aislantes lquidos tienden a oxidarse, formando deposito granulosos o de consistencia bituminosa. Esta alteracin es tanto ms pronunciada cuando ms elevada es la temperatura.2.4.1. La oxidacin: de un aislante lquido se traduce por un aumento de viscosidad, de la temperatura de inflamacin de los vapores y del contenido de cidos.

2.4.2. El fenmeno de polimerizacin: o aglomeracin de varias molculas en una sola se presenta en algunos aislantes lquidos cuya composicin qumica no es estable. Por efecto de esto, el aislante lquido se vuelve ms viscoso y disminuye su poder refrigerante.Los fenmenos de oxidacin y de polimerizacin provocan, sobre todo, la formacin del alquitrn y de asfalto, por lo que los materiales aislantes lquidos que pueden provocar la formacin de estas sustancias, no son aptos para su empleo como dielctricos ya que con ello quedan disminuidos su poder refrigerante y su rigidez dielctrica.Los efectos de oxidacin y de polimerizacin pueden estar provocados por la presencia de oxgeno, por las temperaturas elevadas de funcionamiento, por la accin de los arcos elctricos y subsiguientes fenmenos de ionizacin y de formacin de ozono, etc. Estos procesos progresan con el tiempo, provocando el envejecimiento de los materiales aislantes lquidos que pierden, progresivamente, sus buenas cualidades fsicas, qumicas y elctricas.2.5. CONTENIDO DE CIDOSLos depsitos slidos contenidos en los materiales aislantes lquidos producen diversos productos cidos que tienen un efecto corrosivo sobre los metales y constituyen un peligro para los devanados y piezas metlicas, que pueden quedar destruidos por perforacin rpida de los aislantes que a su vez se descomponen y disgregan.3. MATERIALES AISLANTES LQUIDOS EMPLEADOS EN ELECTROTECNIAPara la utilizacin de un material lquido como dielctrico, es necesario que tenga buena estabilidad qumica, de forma permanente.Los materiales lquidos que renen buenas cualidades dielctricas y buena estabilidad qumica son, casi todos, aceites vegetales y minerales, convenientemente tratados, que reciben el nombre general de aceites aislantes. Adems se emplean otros materiales sintticos, como hidrocarburos clorados y las siliconas liquidas; finalmente, algunos productos como el tetraclorudo de carbono y el agua pura, deben considerarse tambin como lquidos aislantes aunque, por diversas circunstancias, que se examinaran en su momento, no tienen aplicacin directa como tales materiales aislantes. 3.1. ACEITES AISLANTESLos aceites aislantes se emplean de diversas maneras: en los transformadores e interruptores, por inmersin de estos aparatos; en la impregnacin de materiales fibrosos y otros materiales como, por ejemplo, en la fabricacin de conductores elctricos. Los aceites secantes (aceite de linaza y otros) se emplean en la fabricacin de barnices aislantes y como recubrimiento de papeles y materiales textiles. Finalmente, se emplean tambin como dielctricos de condensadores.Prcticamente, todas las variedades de aceite tienen buenas propiedades dielctricas. Los aceites que pueden emplearse como materiales aislantes deben tenerse en cuenta las siguientes caractersticas: Tendencia a la sedimentacin Perdidas por evaporacin Viscosidad a diferentes temperaturas Estabilidad qumica Peso especfico y coeficiente de dilatacin Temperatura de congelacin Absorcin de humedad Rigidez dielctrica Resistividad elctrica Conductividad trmica Calor especificoUna de las principales ventajas de todos los aceites aislantes es su propiedad de autor regenerarse despus de una perforacin dielctrica o una descarga disruptiva; sin embargo, hay que tener en cuenta, que esta propiedad no es independiente de la energa de descarga y, si esta es muy elevada, puede sobrecalentar el aceite, provocando su combustin.La mayor desventaja de los aceites aislantes es que son inflamables y pueden provocarse acciones qumicas por arcos elctricos o por descarga esttica, por desprendimiento de gases combustibles, como el hidrogeno e hidrocarburos ligeros (metano, etc.), que se vuelven explosivos al mezclarse con aire.Los aceites utilizados en aplicaciones electrotcnicas se clasifican en: Aceites vegetales Aceites resinosos Aceites minerales Aceites minerales mezclados con resinas

3.1.1. Aceites vegetales: Los aceites vegetales se emplean, sobre todo, para la impregnacin de papeles y tejidos aislantes y como secantes en la fabricacin de barnices aislantes. Los ms interesantes desde el punto de vista electrotcnico son : El aceite de linaza, se obtiene a partir de las semillas del lino, el aceite se extrae por prensado y en caliente; algunas veces, con ayuda de disolvente, tales como el ter de petrleo. Aun despus de filtrado, contiene impurezas que deben eliminarse. Para ello, se procede por decantacin, dejando que las impurezas se depositen en el fondo o, en otros casos, por procedimientos diversos (calentamiento y enfriamiento sucesivos, empleo de sustancias qumicas, etc.) que aceleran el proceso de purificacin del aceite. Su peso especifico a 15C es de 0,932 a 0,936 gr/cm; su constante dielctrica E = 3,3; y su resistividad volumtrica es de 0,61 x 10 ohmios cm/cm.El aceite de tung, tambin llamado aceite de madera de china, se extrae de las semillas del rbol tung. Estas semillas son parecidas a las nueces ordinarias y llevan varias celdillas que contienen un gramo cada una; se secan, se tuestan y, finalmente, se trituran, extrayendo posteriormente el aceite por presin. El aceite fresco es muy venenoso y de olor desagradable, est constituido a base de cidos grasos. Entre sus propiedades ms importantes estn la de que se seca muy rpidamente, tanto en tiempo seco como en tiempo hmedo; y de que acta como un acelerador en las mezclas de aceites linaza-tung ya que se secan mas rpido juntos que separados. Su peso especifico a 15C es de 0,938 a 0,942 gr/cm; su constante dielctrica es de E = 3,5; y su resistividad volumtrica de 0,08 x 10 ohmios cm/cm.3.1.2. Aceites resinosos: Son productos que resultan de la destilacin seca de colofonia y otras resinas naturales, ya no se emplean como dielctricos de transformadores donde ha sido sustituidos por los aceites minerales y apenas se utilizan para la impregnacin de conductores elctricos. Su principal aplicacin est en la preparacin de masas aislantes de relleno para manguitos de empalme, manguitos terminales, etc.; de cables subterrneos, ya que tienen buena capacidad de penetracin del papel aislante y buenas propiedades dielctricas. Lo nico es que tiene el inconveniente de su tendencia a la polimerizacin.

3.1.3. Aceites minerales: Se utilizan casi en todas las aplicaciones electrotcnicas que precisan de aceites aislantes (interruptores, condensadores, transformadores, etc.) y sobre todo en servicios en los que el aceite aislante liquido haya de estar en contacto con el aire, debido, principalmente, a sus buenas propiedades dielctricas, su excelente estabilidad qumica y su baratura en comparacin con los aceites aislantes de origen vegetal. Se extraen de los petrleos brutos y estn constituidos por mezclas, en diversas proporciones, de varios hidrocarburos. Se dividen en 2 grandes grupos: Hidrocarburos saturados. Alifticos (en cadena abierta). Todos los enlaces de los tomos de carbono estn cubiertos, tambin se les llama parafinas. Cclicos (en cadena cerrada) . Son tambin qumicamente estables, pero pueden dar ms fcilmente productos de sustitucin. Hidrocarburos no saturados. Oleofnicos (en cadena abierta), estos tipos de hidrocarburos pueden absorber hidrogeno, oxigeno y azufre. Terpnicos (en cadena cerrada), son qumicamente muy inestables y se polimerizan facilmente, produciendo sustancias solidas llamadas asfaltos.Las diferentes clases de aceites minerales son 3:1. Aceites parafnicos, cuando se obtiene ms de 65% de hidrocarburos parafnicos. Proceden, principalmente, de los yacimientos petrolferos de Pennsylvania.2. Aceites asfalticos, constituidos principalmente por hidrocarburos terpnicos. Proceden de california y tejas, y son los menos apropiados para aplicaciones aislantes.3. Aceites naftalnicos, contienen ms de 65% de hidrocarburos cclicos. Estn casi totalmente exentos de parafina, son qumicamente muy estables y prcticamente incongelables a las ms bajas temperaturas de Europa occidental. Proceden de los yacimientos petrolferos de la U.R.S.S.

3.2. PROPIEDADES DE LOS ACEITES MINERALESEn los diversos pases se han reglamentado las caractersticas fsicas, qumicas y elctricas mnimas, que deben cumplir los aceites minerales para que puedan utilizarse como dielctricos.Peso especfico, El peso especfico constituye una caracterstica de cada clase de aceite y, por lo tanto, un punto de referencia importante para poderlo clasificar.Proporcin de cenizas, Aunque los hidrocarburos puros no contienen ningn metal (calcio, silicio, sodio, hierro, etc.) en los aceites minerales existen pequeas cantidades, que alteran desfavorablemente sus propiedades dielctricas. Al calcinar un aceite mineral, quedan los metales bajo la forma de xidos o de sales, mientras que el aceite propiamente dicho se volatiza y se queman sus partes orgnicas no voltiles. Segn las prescripciones alemanas, la proporcin total de cenizas, no debe ser superior a 0,001%.Viscosidad, Para la circulacin del aceite y, por lo tanto, para su poder refrigerante, tiene mucha importancia su rozamiento interno, es decir su viscosidad. Segn las normas alemanas la viscosidad no debe ser superior a 8 Engler, a una temperatura de 20C; y no superior a los 2,5 Engler, para una temperatura de 500C segn las normas francesas.Estos valores despus deben expresarse en unidades de viscosidad absoluta (centipoises). Para eso se hizo una relacin entre ambos tipos de unidades, a travs de una formula. Contenido de cidos, No debe ser superior a 0,005 miligramos de KOH, necesarios para neutralizar 1 cm de aceite.Contenido de azufre, Para conocer la existencia de azufre, se sumerge una varilla de cobre pulimentada y se observa cuanto tiempo tarda en ennegrecerse la varilla, a una temperatura de 85C. Para considerar el aceite como un buen aislante, la varilla no debe ennegrecerse. Si el aceite contuviere azufre, debe eliminarse mezclando con el aceite, antes de la destilacin polvo metlico, el cual se combina con el aceite, formando un compuesto, que queda con los residuos de la destilacin.Contenido de lcalis, Los aceites minerales aislantes deben de estar exentos de lcalis.Contenido de humedad, La cantidad de humedad influye notablemente en el valor de la rigidez elctrica del aceite, cuando esta proporcin es alta, puede denunciarse su presencia, sumergiendo en el aceite una barra metlica al rojo vivo, porque entonces produce un chirrido. El aceite mineral para aplicaciones aislantes debe de estar exento de humedad.Si a causa del agua contenida en un aceite aislante, se acusa un descenso apreciable de la rigidez dielctrica, debe procederse a la eliminacin de la humedad sobrante. Para ello puede calentarse el aceite hasta 120C hasta que recobre un valor aceptable de su rigidez dielctrica, el nico inconveniente de este procedimiento es que se pierda una cantidad apreciable de aceite, por evaporacin.Actualmente, para deshidratar el aceite durante su funcionamiento, y a medida que se va formando agua en el seno del aislante, se emplea la centrifugacin; que consiste en colocar el aceite caliente (para reducir el efecto del rozamiento interior) en un tambor giratorio con lo que el agua y dems impurezas, que tienen mayor peso que el aceite, se precipitan hacia la periferia del tambor, pudiendo de esta forma separarse del aceite. Tambin se obtiene una buena purificacin, haciendo pasar el aceite a presin, a travs de papel filtrante espeso, o de otra sustancia adecuada.Rigidez dielctrica, Las pruebas para determinar la rigidez dielctrica de los aceites minerales aislantes, varan segn los distintos pases. La prueba puede realizarse de 2 formas: 1. Conservando constante la separacin entre los electrodos (a = 3mm) y variando la tensin.2. Conservando constante la tensin y variando la separacin entre electrodos.Para cada prueba, se hacen 6 descargas, y despus de cada descarga, se remueva el aceite por medio de una varilla de cristal bien seca. La primera descarga no se tiene en cuenta, y se toma el valor medio de los valores de las 5 descargas. Se busca el factor de proporcionalidad "k" en funcin de la distancia entre electrodos.(Rigidez dielctrica) E = k u E kV / cm k = factor de proporcionalidadu = descarga (kV)

3.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VARIACIN DE LAS PROPIEDADES ELCTRICAS DE LOS ACEITES MINERALESA pesar del mucho tiempo transcurrido desde que comenzaron a emplearse los aceites minerales como aislantes electrotcnicos, aun no se conoce bien la influencia de factores como la temperatura, presin, humedad, etc. sobre las propiedades elctricas de estos aceites, y las opiniones de los diferentes autores discrepan mucho entre s; como el fenmeno de la perforacin elctrica, es decir, la conversin de la elevada resistividad, caracterstica de los materiales aislantes en una perfecta conductividad, que convierte al material aislante en conductor. Se supone que el aceite se calienta entre los electrodos, formndose burbujas de gas por lo que, en realidad, la perforacin resulta ser un paso de electricidad a travs de un gas.Conductividad elctrica, Algunos aceites aislantes de alta calidad tienen caractersticas elctricas comparables a los de algunos lquidos muy refinados y poco conductores. Pero ni an con los mtodos ms perfeccionados de purificacin se ha conseguido obtener un liquido de conductividad nula ( seria un aislante perfecto ). Ni siquiera un aislante liquido que al someterse a una tensin permaneciera constante.Constante dielctrica, La constante dielctrica de un aceite mineral es proporcional al peso especifico, (E = 2,6 y), y mientras ms alta sea la temperatura ms bajo ser el peso especifico del aceite. Rigidez dielctrica, El valor de la rigidez dielctrica aumenta con la temperatura, hasta unos 60C, porque hasta dicha temperatura baja la viscosidad. A partir de 60C, la viscosidad permanece constante prcticamente, mientras que la rigidez dielctrica vuelve a disminuir de valor. Las impurezas contenidas en el aceite disminuyen considerablemente su rigidez dielctrica siendo, al parecer, el agua la que ms influye en el esta variacin, pues se ha observado que los aceites muy secos tienen elevada rigidez dielctrica, aunque contengan sustancias fibrosas. Por el contrario, si el aceite adquiere humedad, esta se concentra en las fibras, lo que aun agrava ms el efecto perjudicial que en si tiene la presencia de agua.4. APLICACIN DE LOS ACEITES MINERALES

4.1. APLICACION DE LOS ACEITES MINERALES COMO AISLANTES DE CABLESLos aceites minerales se emplean para impregnar las capas de papel aislante de los conductores elctricos. Para esta aplicacin tienen que cumplir las siguientes condiciones: Asegurar una fcil y completa impregnacin sin producir burbujas de aire.No contener cidos, para evitar los efectos de corrosin metlica y la destruccin del papel.Tener bajo coeficiente de dilatacin, para reducir en lo posible la variacin del volumen del aceite por efecto de los cambios de temperatura, que perjudicaran el papel aislante y produciran huecos que podran ser causa de fenmenos locales de ionizacin.Tener elevada resistividad elctrica, y perdidas dielctricas que aumenten poco con el uso.Es preciso que el aceite aislante para cable este completamente purificado lo cual se consigue, generalmente, por medio de cuerpos absorbentes como el carbn activo, el caoln, etc. De esta forma se obtiene una reduccin que alcanza hasta un 30% del contenido total de azufre; al mismo tiempo, la resistencia de aislamiento aumenta considerablemente. Aunque otro procedimiento, mucho mejor que el anterior es emplear como absorbente, el mercurio o alguno de sus compuestos, de esta forma, el contenido de azufre puede reducirse hasta un 50%, mientras que la resistencia de aislamiento aumenta de 10 a 15 veces.4.2. APLICACIN DE LOS ACEITES MINERALES COMO AISLANTES DE INTERRUPTORESEn esta aplicacin especifica, los aceites minerales, no solamente deben actuar de aislamiento entre las partes conductoras, sino tambin apagar rpidamente el arco de ruptura en el momento de la desconexin. Como este arco tiene una temperatura muy elevada, puede descomponerse el aceite, conformacin de carbn y produccin de sustancias gaseosas: el carbn ensucia las piezas y los contactos mientras que los gases pueden formas mezclas explosivas con el aire, con el consiguiente peligro de explosin. 4.2.1. Propiedades de los aceites minerales para interruptores: Fluidez suficiente para que el funcionamiento del interruptor no tenga ningn fallo durante todas las pocas del ao, ni aun a las temperaturas ms bajas conocidas en la regin donde est instalado el aparato. Gran resistencia a la formacin del arco elctrico. Gran pureza, para evitar la formacin de gases y de residuos carbonosos.

4.3. APLICACIN DE LOS ACEITES MINERALES COMO AISLANTES DE TRANSFORMADORESEn su aplicacin a los transformadores, los aceites minerales deben aislar los devanados entre s y con la cuba del transformador, para evitar cualquier posibilidad de arco elctrico y, al mismo tiempo, deben actuar como agentes refrigerantes del transformador evacuando las prdidas calorficas, producidas en los devanados y en el hierro del transformador, por efecto joule, por corrientes parasitas, etc. La elevacin de temperatura en el aceite puede alcanzar hasta 50C, la temperatura ambiente.4.3.1. Caractersticas de los aceites minerales para transformadores:Viscosidad reducida, para permitir una fcil conduccin del calor hacia las paredes exteriores de la cuba, en contacto con el aire ambiente. Debe tenerse en cuenta que un aceite es tanto ms fluido cuanto ms compuestos ligeros contiene, que se evaporan fcilmente; por lo tanto en un aceite demasiado fluido debe ir agregndose continuamente aceite nuevo, para compensar las perdidas por evaporacin. Punto de congelacin muy bajo, para que el aceite conserve su fluidez a todas las temperaturas, incluso las ms bajas. Esta caracterstica resulta especialmente importante en los transformadores que han de instalarse a la interperie. Debe tenerse en cuenta que existe una relacin entre el punto de congelacin y el de inflamacin, ya que el ultimo disminuye, a medida que baja el primero. Por esta razn resultara absurdo pretender obtener para un mismo aceite un punto de congelacin de -50C y un punto de inflamacin superior a 180C:Rigidez dielctrica, Suficiente para que los devanados queden suficientemente aislados entre s, y con el hierro del transformador. El valor de la rigidez dielctrica depende exclusivamente del estado de pureza fsica del aceite; disminuye en la presencia de humedad y de impurezas solidas que, adems, absorben el agua y constituyen verdaderos "puentes" conductores en el seno del aceite aislante.4.4. APLICACION DE LOS ACEITES MINERALES COMO DIELECTRICOS DE CONDENSADORESEn los condensadores industriales se emplean, como armaduras metlicas, hojas de aluminio muy finas, separadas por hojas de papel impregnado con un aceite especial, ya que si se utilizara seco perdera rpidamente sus propiedades dielctricas, a causa de su envejecimiento por efecto de las variaciones de temperatura.Estos aceites de impregnacin deben estar perfectamente refinados y, despus de la impregnacin, han de tener la misma rigidez dielctrica que antes. Deben tomarse ciertas precauciones con los aceites de condensadores. Particularmente, cuando el aceite ha pasado por varios ciclos de impregnacin, el factor de prdidas dielctricas tiende a aumentar a causa de oxidacin. Por esta razn, el aceite debe tratarse adecuadamente por procedimientos especiales.Adems de emplearse como agentes impregnantes, los aceites minerales pueden utilizarse tambin para el llenado de las cubas de los condensadores, garantizando, de esta forma el buen funcionamiento de estos e impidiendo la entrada de humedad. Al contrario de lo que sucede con los transformadores, los aceites de relleno de los condensadores se alteran poco, ya que su calentamiento es de escasa importancia. Por esta razn se podra emplear aceite de mediana calidad, pero en la prctica se utiliza la misma clase de aceite empleada para la impregnacin. Frecuentemente, se aprovecha aceite ya empleado en varias impregnaciones que, por esta causa, esta algo alterado y no se puede garantizar ya una impregnacin perfecta.RESUMEN DE LAS APLICACIONES DE LOS ACEITES MINERALES

5. ACEITES SINTETICOS AISLANTESLas investigaciones realizadas para obtener un liquido resistente a la oxidacin y a la sedimentacin y no inflamable (caso de transformadores) y, adems, con elevada constante dielctrica (caso de los condensadores) , han conducido al desarrollo de aislantes sintticos a base de hidrocarburos clorados llamados, en general, askareles cuya composicin exacta no es declarada por los fabricantes, pero que constituyen mezclas de diversos hidrocarburos clorados.El hecho de la incombustibilidad de los askareles esta en lo siguiente: El aceite mineral se inflama cuando es descompuesto por el calor o por el arco elctrico, ya que entre sus productos de descomposicin esta el hidrogeno que reacciona violentamente con el oxigeno atmosfrico y esta reaccin est acompaada de incendio y explosin.En comparacin con los aceites minerales aislantes, los askareles tienen las siguientes propiedades generales: Una constante dielctrica que es aproximadamente el doble de la de los aceites. Una rigidez dielctrica algo mayor. Un factor de prdidas dielctricas algo ms elevado. Un precio ms elevado.Estas caractersticas, junto con su ininflamabilidad, a la que se ha hecho referencia anteriormente, determinan cuando es conveniente emplear askareles en lugar de aceites minerales, o viceversa; Examinaremos esta cuestin con algn detalle. En el caso de los transformadores, los askareles han permitido una reduccin del tamao y de las separaciones, debido a su mayor rigidez dielctrica. Pero se ha hecho necesario modificar el aislamiento, debido a la accin disolvente de estos lquidos sobre las resinas que impregnan los aislamientos. Es decir, que los transformadores deben construirse especialmente para ser aislados con askareles.En los condensadores se ha logrado una reduccin superior a un 50% en su volumen, en comparacion con los condensadores aislados con aceite mineral, a causa de su mayor constante dielctrica y de su rigidez dielctrica mas elevada.Los askareles reciben distintos nombres comerciales, segn los pases y firmas fabricantes, podemos citar los siguientes : Asbestol, Afcolina, Clophen, Chlorextol, Inerteen, Pyralene, Pyranol.5.1. ESTUDIO DE UN ACEITE SINTETICO AISLANTE : EL PYRALENE Existen varios tipos de pyralene con distinta composicin qumica, segn la aplicacin prevista: todos ellos son derivados clorados de hidrocarburos aromticos del tipo benceno. Segn la aplicaciones particulares, son definidos ms o menos clorados con, eventualmente, seleccin de ismeros particulares o de mezclas de estos mismos difenilos clorados con clorobencenos. De esta forma, es posible obtener toda una gama de productos que responden a las condiciones de utilizacin de la industria elctrica, en lo que se refiere a viscosidad, punto de congelacin, perdidas por evaporacin, etc. adems, estos productos se someten a una purificacin especial para conseguir las caractersticas dielctricas indispensables al aislamiento de los aparatos elctricos. Las propiedades ms importantes de estos lquidos, son las siguientes: 5.1.1. Propiedades fsicas:Los pyralenes se presentan bajo la forma de liquido, ms o menos viscosos, incoloros y perfectamente limpios. Su densidad, ms elevada que la de los aceites minerales, vara entre 1,27 y 1,55 a 100C. Su viscosidad est comprendida entre 1 y 48 centistokes, a 100C. Su punto de congelacin est comprendido entre -51C y +30C. Sus prdidas por evaporacin son desdeables. Est garantizada por los fabricantes la ininflamabilidad de estos productos.5.1.2. Propiedades qumicas:Desde el punto de vista qumico, los pyralenes son neutros ya que tienen un grado de acidez inferior a 0,01 mg de KOH por gramo de pyralene. Adems, son qumicamente estables. Los pyralene disuelven o descompones algunos de los materiales utilizados en la construccin elctrica; debe consultarse con los fabricantes antes del eventual empleo de estos productos, para obtener una garanta en la seleccin de materiales utilizados, tanto si se trata de aislantes slidos como si se trata de barnices, resinas, lacas, juntas, etc.5.1.3. Propiedades elctricas:Las propiedades elctricas de los pyralene estn condicionadas por el hecho de que son productos polares viscosos de estructura vtrea. En condiciones normales de utilizacin, su constante dielctrica es muy elevada (ms del doble de los aceites minerales), mientras que sus perdidas dielctricas, aunque pequeas, resultan ligeramente superiores a las de los aceites minerales.Si se hace variar la temperatura de un pyralene desde un valor muy bajo, en el que esta prcticamente solidificado, hasta temperaturas suficientemente elevadas, para que este bien fluido, se obtiene, para bajas temperaturas, cuando el dielctrico est completamente solidificado, las prdidas dielctricas son muy pequeas; la constante dielctrica tambin es pequea a consecuencia de la inmovilizacin de los dipolos. El calentamiento libera progresivamente los dipolos por descongelacin; lo que tiene como consecuencia, una progresiva elevacin de la constante dielctrica; al mismo tiempo, crecen las perdidas dielctricas a consecuencia de la friccin provocada por la viscosidad del medio. Despus de pasar por un mximo, las perdidas dielctricas decrecen y llegan a un valor mnimo, mientras que la constante dielctrica cesa de crecer. Si se contina el calentamiento del pyralene, su constante dielctrica, despus de haber pasado por un mximo, decrece lentamente a consecuencia de la dilatacin y de la agitacin trmica creciente. Por el contrario, las prdidas dielctricas son cada vez ms elevadas, a causa de la presencia de pequeas cantidades de impurezas ionizadas que el lquido ha podido disolver.La rigidez dielctrica de los pyralene es normalmente muy elevada (unos 200 Kv / cm) y se mantiene generalmente a este valor aunque estn contaminados por impurezas solubles; sin embargo, disminuye con la presencia de impurezas en suspensin. Prcticamente, su valor no est modificado por la presencia de humedad, mientras el agua permanezca disuelta, pero decrece cuando el agua se separa en forma de niebla o de gotitas.5.1.4. Propiedades fisiolgicas: En las condiciones normales de empleo, los pyralene pueden manipularse sin ningn riesgo de efecto toxico. Sin embargo los fabricantes recomiendan las siguientes medidas de precaucin:Prever una ventilacin o, mejor an, una aspiracin de los vapores en el momento de abrir las autoclaves de impregnacin o de dejarles refrigerar hasta 50C - 60C, para evitar un desprendimiento demasiado abundante de vapores, cuya respiracin es desagradable y puede tener un efecto irritante, sobre las mucosas.Evitar proyecciones de pyralene caliente sobre la piel, que podran provocar cierta irritacin cutnea a las personas particularmente sensibles.5.1.5. Condiciones de utilizacin de los PYRALENE: La eleccin del tipo de pyralene debe hacerse en funcin de la aplicacin prevista. Por ejemplo en el pyralene 1476, cuyo punto de congelacin es +12C, la constante dielctrica decrece por debajo de 0C y el valor mximo de las perdidas dielctricas se sitan alrededor de -6C. Por lo tanto, no es apropiado para una aplicacin a baja temperatura: Para ello, debe elegirse un pyralene ms fluido.5.2. APLICACIONES A LOS TRANSFORMADORESSeguridad. Los pyralene son ininflamables y sus vapores no son explosivos. Por estas razones, resulta recomendable su empleo en los transformadores de minas, inmuebles, salas de espectculos, subestaciones subterrneas, metros, navos, locomotoras y en todos aquellos casos en que no se puede aceptar el menor riesgo de incendios. Economa de instalacin. De la seguridad anteriormente citada, resulta una economa de espacio, de material y de tiempo de instalacin; muchas veces, tambin de precio. Economa de explotacin. En primer lugar, la facilidad de disponer la alta tensin en el lugar de utilizacin reduce las perdidas en las lneas. Por otra parte, resulta una economa en el mantenimiento de los transformadores, ya que la excelente estabilidad qumica de LCS pyralene permite evitar los peridicos tratamientos de regeneracin, que resultan necesarios con los aceites minerales.5.3. APLICACIONES A LOS CONDENSADORES En este campo los pyralenes presentan extraordinarias ventajas, entre las que se pueden citar: Reduccin de volumen, que puede alcanzar 50% del correspondiente a los condensadores con aceite mineral. Aumento de la duracin de vida, a consecuencia de: una mejor resistencia ionizacin; Ausencia de envejecimiento debida a la estabilidad qumica de los pyralene; Supresin de cualquier riesgo de formacin de cera; Mejor resistencia del papel al envejecimiento si est impregnado con pyralene que si lo est con aceite mineral. Inflamabilidad, lo que significa tambin seguridad de servicio. Como existen diversos tipos de pyralene, siempre es posible disponer de un aislante perfectamente adaptado a las diversas clases de condensadores: 1. Mejora del factor de potencia2. Tubos fluorescentes 3. Arranque de motores 4. Generadores de choque 5. Emisores de radiofrecuencia6. Hornos de induccin

5.4. APLICACIONES A LOS CABLES:Los pyralene tipos 1476 y 1482, que son los ms viscosos constituyen excelentes coplastificantes para los cables aislados con policloruro de vinilo, aportando: Mejor resistencia a la llama. Mejora muy sensible de las propiedades aislantes que, por lo general quedan fuertemente rebajadas por la adiccin de otros plastificantes.

5.5. OTRAS APLICACIONES:Los distintos tipos de pyralene pueden emplearse tambin como lquidos dielctricos en otras aplicaciones como: Los rectificadores, particularmente los complejos transformadores rectificadores para separadores electrostticos de polvo. Los transformadores de medida. Los reguladores de tencion. Las bobinas de induccion. Los reostatos. Los juegos de barras.

5.5.1. Transformadores y capacitores con fluido dielctrico a base de Bifenilos Policlorados:En cierta poca se construyeron gran cantidad de transformadores y capacitores aislados en PCB, aislante conocido con distintos nombres comerciales tales como Askarel, Clophen, Inerteen, Pyralene, Arochlor, etc., y que tienen menor grado de inflamabilidad que el aceite mineral.Al conocerse el alto grado de peligrosidad de los PCBs, su uso qued excluido, pero para eliminar lo existente fue necesario desarrollar una tecnologa de procesamiento, disear instalaciones y construir plantas que pudieran eliminar estos desechos (y otros) con la menor produccin de componentes halogenados, dioxinas, furanos, metales pesados, compuestos de mercurio, etc.Existen en el mundo plantas eliminadoras de desechos industriales peligrosos, los contaminantes deben ser remitidos a ellas, y como contraparte estas plantas entregan los certificados de destruccin.En nuestro pas si una empresa tiene transformadores o equipos con PCB, hay un reglamento que exige denunciar a la Secretara de Recursos Naturales y Desarrollo Sustentable de la Nacin que posee estos objetos contaminantes y, entonces la empresa es considerada generador de PCB y es responsable por su tenencia.Para su destruccin, como se requiere transportarlo, y esta es una operacin de cierto riesgo, se deben obtener los permisos correspondientes.La destruccin de las molculas de PCB (componentes lquidos y slidos no metlicos) se logra mediante temperaturas de 1300 C con un tiempo de permanencia de los gases superior a 3 seg. Luego se enfran los gases que provienen de los hornos a 80 C en 0.025 seg., para evitar la reformacin de molculas de PCB, y la generacin de dioxinas o furanos.5.5.2. El SF6 y sus productos de descomposicin:La caracterstica saliente del gas SF6 es su gran estabilidad (se descompone y recompone sin prcticamente generar productos de descomposicin), por lo que eventuales prdidas que pueden producirse permanecen largo tiempo en la atmsfera.En la conferencia de Kyoto, donde se analizaron las distintas causas del efecto invernadero, se incluy la recomendacin de controlar el efecto que produce este gas.Comparando la cantidad de SF6 con los otros gases causantes del efecto invernadero, se observa que los efectos del SF6 son de varios rdenes de magnitud inferiores a los otros gases.Por otra parte este gas se usa en la industria electromecnica, en interruptores y estaciones blindadas de alta tensin, tambin se utiliza en transformadores de medida, tambin es muy usado en la industria de los vidrios dobles (por sus propiedades de aislacin trmica y sonora) y en la suela de los calzados deportivos (por sus caractersticas de aislacin).Mientras que para las aplicaciones elctricas es posible controlar los escapes de gas y garantizar que no hay prdidas (1% por ao o menos) y cuando se hace mantenimiento es posible y sencillo recuperarlo para reciclarlo con un interesante valor residual, la otras aplicaciones tienden a su dispersin (rotura del vidrio, destruccin del calzado).Por lo tanto en base a estas consideraciones, puede aceptarse su uso en la industria electromecnica, (para profundizar este tema se recomienda consultar las normas IEC 376 y 480), en cambio se buscan sustitutos para las otras industrias.Al abrir interruptores que han estado en servicio se observa la presencia de polvos blancos (productos de descomposicin txicos) que deben recogerse y para hacerlos inertes se tratan con cal viva y agua eliminndolos en esta sencilla forma.5.5.3. Grandes transformadores aislados con gas SF6:El aumento de la demanda de potencia en grandes ciudades de Japn condujo a que hayan tenido que reforzar los sistemas de 154 kV y 275 kV para mantener una calidad de servicio.Una de las soluciones fue la utilizacin de transformadores aislados con SF6 para las subestaciones de distribucin ubicadas en reas urbanas altamente pobladas, en grandes edificios y en instalaciones subterrneas.La Figura-2 muestra como evolucion en el tiempo la potencia y tensin de los transformadores aislados con gas SF6.

Figura-2

Las ventajas de la utilizacin de transformadores de alta tensin y potencia aislados con gas respecto a los transformadores en aceite son su diseo compacto y menor peso, bajo ruido y la eliminacin del peligro de incendio (explosin).Como los gases tienen menor conductividad trmica que los lquidos, para los transformadores aislados con gas que superan varias decenas de MVA se requiere adems el uso de refrigerante lquido. Su eleccin est basada en el costo y sus propiedades elctricas, fsicas y qumicas. En el Japn se utiliza perfluorocarbon lquido C8F16O que tiene importantes ventajas tales como buena resistencia dielctrica, estabilidad trmica y qumica.Para la aislacin de las bobinas en transformadores con gas, se utiliza cinta de polyphenylene sulphide (PPS) que tiene una alta resistencia trmica que incrementa la resistencia dielctrica del gas.El perfluorocarbon lquido tiene menor viscosidad que el aceite de transformador y esto es una ventaja en el diseo del sistema de refrigeracin, pero debido a que es mucho ms costoso que el aceite de transformador, se trata de minimizar la cantidad que se utiliza.

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