94 Ingeniería Eléctrica • Octubre 2014
Nota técnica
Aisladores de silicona, un análisis de sus componentes
Por Pfisterer
Las siguientes descripciones
pretenden presentar un panorama
general del aislador compuesto Sil-
cosil, de Pfisterer Sefag. Las mismas
se focalizan en los materiales uti-
lizados para proveer un producto
duradero y fiable a la red.
Los aisladores compuestos pe-
netraron en el mercado hacia fines
de la década de 1960. Principal-
mente se componen de diferentes
materiales que cumplen los dife-
rentes requerimientos para el fun-
cionamiento del aislador conforme
a su resistencia y su característica.
Los herrajes teminales suelen
ser de metal, por ejemplo, acero
forjado o aluminio. Para los herrajes
de aisladores de líneas se ha logra-
do un alto grado de estandariza-
ción para garantizar una sustitución
sencilla de aisladores convenciona-
les por aisladores compuestos.
La varilla de resina reforzada
con fibra de vidrio absorbe las car-
gas mecánicas: tensión, flexión o
compresión. También es capaz de
combinar las tres cargas, depen-
diendo de la aplicación y las varia-
ciones de carga.
Los materiales para el reves-
timiento son tan diversos como
los correspondientes métodos de
fabricación. No obstante, la expe-
riencia ha demostrado que ciertos
materiales muestran un compor-
tamiento óptimo.
Herraje terminalEn la figura 2 se muestran mo-
delos típicos de herrajes termina-
les. Las dimensiones correspon-
den a las normas IEC 60120. 60471
o 61466, así como a las normas
equivalentes de ANSI.
Para la red de distribución,
caracterizada típicamente por
fuerzas hasta los 70 kN, se pue-
den aplicar herrajes terminales
de acero fundido. Para clases de
fuerza mayores se emplea acero
forjado. Para aplicaciones especia-Figura 1. Componentes
de un aislador compuesto
Figura 2. Modelos típicos de herrajes terminales
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les como, por ejemplo, sistemas
de catenaria ferroviaria, se aplica a
menudo aluminio de fundición en
coquilla de alta resistencia.
Los herrajes terminales de ace-
ro se galvanizan en caliente. El es-
pesor de la galvanización se efec-
túa según las recomendaciones
de la norma IEC 60383. A pedido,
Pfisterer suministra mayores espe-
sores, por ejemplo, para condicio-
nes altamente corrosivas o aplica-
ciones de corriente continua.
La varillaLa varilla de resina reforzada
con fibra de vidrio es un compo-
nente importante del aislador
compuesto. La misma se produce
generalmente durante un proceso
continuo de pultrusión. Diferentes
diámetros están disponibles, de-
pendiendo de la aplicación o carga.
El contenido de la fibra deter-
mina la resistencia intrínseca es-
pecificada a la tensión y flexión de
la varilla.
La dimensión de las fibras de
vidrio es importante para la ad-
hesión a la matriz de resina. Ésta
debe formularse para aplicaciones
eléctricas para garantizar una baja
absorción de humedad y cambios
insignificantes de las propiedades
eléctricas y mecánicas en servicio.
El alargamiento de rotura de la
resina debe estar equilibrado con
el alargamiento de rotura de las
fibras de vidrio para impedir fisu-
ras y fracturas en el momento de
ser sometido a cargas mecánicas.
Hoy en día, se suele utilizar gene-
ralmente resinas epoxi.
Por diferentes motivos se añade
material de relleno a la matriz de re-
sina. Como resultado, la varilla gana
un aspecto transparente u opaco.
Varillas para aplicaciones de tensión
La elección de fibra de vidrio
determina la susceptibilidad de la
varilla para la corrosión de tensión
electrolítica (rotura frágil). Este
fenómeno se da por un ataque
ácido destructivo sobre la fibra
de vidrio, seguido por un defecto
mecánico del aislador cuando las
restantes fibras no son capaces
soportar las cargas de tensión en
servicio. La probabilidad de una
rotura frágil se reduce significati-
vamente con el uso de fibras de
vidrio especiales (con un conteni-
do de boro reducido o bien libre
de boro, llamado “vidrio E-CR”).
Pfisterer Sefag utiliza tales varillas
resistentes a la rotura frágil.
Una guía sobre construcción y
prueba de aisladores compuestos
para conjuntos de suspensión y
amarre se indica en IEC 61109 (ais-
ladores compuestos tipo bastón).
Varilla para aplicaciones de flexión
Los diámetros de las varillas se
eligen considerando la carga en
servicio, la resistencia a la rotura
por flexión y el movimiento admi-
sible por carga en servicio.
Como ventaja, el aislador tipo
poste ha comprobado el llamado
modo de fallo no peligroso al so-
brecargar la solicitación de flexión
máxima. Esto significa que un ais-
lador compuesto tipo poste dise-
ñado apropiadamente no fallará
a causa de una rotura completa,
sino solamente por una rotura por
cizallamiento interlaminar en la
zona neutra de la flexión.
Figura 3. Ejemplos para dimensiones de varillas
Figura 4. Corte transversal de un aislador tipo poste para líneas
aéreas después del “modo de fallo no peligroso”
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Nota técnica
Este modo de fallo no peligro-
so tiene las siguientes ventajas
respecto al aumento del valor y
rendimiento en comparación con
aisladores tipo poste de porcelana:
• Ningunaroturarelacionadacon
la caída inmediata del conductor
• Identificación fácil gracias al
movimiento sobredimensionado
• Alta capacidad de resistencia
residual del aislador sobrecargado
Una guía sobre el diseño y la
prueba de aisladores compuestos
para aplicaciones de poste se in-
dica en IEC 61952 (aisladores tipo
poste para líneas aéreas) y en IEC
62231 (aisladores tipo poste para
estaciones).
RevestimientoEl objetivo eléctrico de un aisla-
dor es el aislamiento entre conduc-
tor-tierra o conductor-conductor
contra un salto de chispas. Dicho
de forma simplificada, un salto de
chispas puede deberse a una so-
bretensión o a una contaminación.
Desde la introducción de los ais-
ladores poliméricos se han proba-
do y ensayado diversos materiales,
diferentes respecto a su comporta-
miento al aire libre. La experiencia
ha demostrado que existe una in-
teracción fuerte entre las propie-
dades elementales del material y la
contrucción total del aislador.
Mientras que la distancia de
arco determina el comportamien-
to durante una sobretensión, la
geometría (de aletas) y la reacción
a la humedad de su revestimiento
son los factores decisivos en caso
de contaminación.
Hidrofobicidad como propie-dad clave
En general, los aisladores com-
puestos para líneas aéreas tienen
menor diámetro que los aislado-
res de porcelana o de vidrio. Esta
diferencia en la geometría y una
superficie preferiblemente no mo-
jada (hidrofobicidad) llevan a un
comportamiento en servicio más
fiable en caso de contaminación
en comparación con los aisladores
convencionales. La humectabili-
dad caracteriza el comportamien-
to de dispersión del agua y puede
ser categorizada principalmente
por los estados hidrofílico (figura
5) e hidrófobo (figura 6).
La experiencia en servicio ha
mostrado que la hidrofobia es
decisiva para un funcionamiento
fiable en condiciones de conta-
minación sin medidas de mante-
nimiento preventivo tales como
limpieza o engrasado.
Comparando la goma silicona
con otros materiales así como vi-
drio/porcelana como referencia,
se puede presentar la tabla 1.
Cualidades de resitencia al en-vejecimiento
En cuanto al comportamiento
aislante de los aisladores compues-
tos, se considera que la propiedad
hidrofóbica es el factor más im-
portante. Los procesos dinámicos
de pérdida temporal de hidrofobi-
cidad y la siguiente recuperación/
transferencia así como la fuerte
dependencia de estos procesos
para la formulación del material (la
fórmula, material de relleno y adi-
tivos) y para la tecnología de ela-
Figura 5. Comportamiento hidrofílico de la superficie
Figura 6. Comportamiento hidrófobo de la superficie
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boración son asuntos a considerar
para una continua optimización.
Si se pierde la hidrofobicidad,
un segundo mecanismo de pro-
tección contra el envejecimiento
intensivo (erosión de la masa, trac-
king) deberá actuar sobre el aisla-
dor. Este mecanismo se evalúa en
particular mediante ensayos que
valoran el comportamiento de
erosión y tracking (figura 7).
Está bien documentado que
los tipos de goma de silicona
vulcanizados a alta temperatura
(HTV) y enriquecidos con trihidra-
to de aluminio son superiores a ti-
pos de goma silicona no enrique-
cidos y de baja viscosidad como,
por ejemplo, silicona vulcanizada
a temperatura ambiente o silicona
líquida, en cuanto al comporta-
miento ante la erosión y tracking.
Mientras que en un principio
el material de relleno podía tener
influencia diametral en la dinámi-
ca de la hidrofobicidad, los mate-
riales HTV actuales combinan de
forma óprima la resistencia a la
erosión y tracking con el compor-
tamiento de la hidrofobicidad di-
námica –una rápida recuperación
y un corto tiempo de transferencia
(figuras 8 y 9)-.
El desarrollo de Pfisterer Sefag
en el campo de la tecnología de
aisladores compuestos comenzó
por una solicitud de ferrocarriles
suizos para aplicaciones de aisla-
miento en condiciones con un alto
grado de contaminación. Ésta fue
una de las razones por las que se
introdujo la goma silicona como
Figura 7. Comportamiento de erosión de aisladores de silicona
no cargados (serie superior) y goma de silicona enriquecida
óptimamente (serie inferior)
Clases de material
de revestimiento Comportamiento hidrófobo en la superficie Comportamiento hidrofílico en la superficie
Nuevo Viejo Contaminado Nuevo Viejo Contaminado
Goma silicona Sí Sí, después de
recuperación
Sí, después del
proceso de
transferencia
No No, solo
temporalmente No, solo temporalmente
Otros materiales
poliméricos Sí No No No Sí Sí
Vidrio/Porcelana No No No Sí Sí Sí
Tabla 1
Figura 8. Efecto hidrofóbico de la superficie de silicona
sin contaminación
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Nota técnica
Figura 9. Efecto hidrofóbico de la superficie de silicona
con contaminación industrial
Propiedad Goma silicona HTV Goma silicona RTV/LSR
Viscosidad 30... 45 Mooney (estable) 30.000... 150.000 mPa
Resistencia al envejecimiento
Tracking/Erosión Alto Medio
Resistencia a los rayos UV Alto Alto
Inflamabilidad Alto Alto
Hidrofobicidad
Recuperación Veloz Veloz
Transferencia Veloz Veloz
material de revestimiento. A cau-
sa de las experiencias positivas, se
han desarrollado continuamente
las propiedades del material y la
tecnología de producción. Con-
siderando el avance técnico y las
reacciones de usuarios se han rea-
lizado innovaciones.
Hoy en día, alrededor de un
95% de aisladores se fabrican
con la tecnología HTV, la razón,
la mejor resistencia al envejeci-
miento que resulta. Una compa-
ración de las tres clases de goma
silicona utilizadas se muestra en
la tabla 2.
Tabla 2