Seguro que has visto estos dispositivos marrones brillantes a tu alrededor, en postes eléctricos, en transformadores e incluso en trenes eléctricos. Se llaman aisladores y en este artículo vamos a entender por qué se utilizan, sus diferentes tipos y por qué tienen una forma peculiar.
Las líneas de transmisión no tienen un revestimiento aislante porque proporcionar aislamiento a lo largo de toda su longitud aumentaría innecesariamente su peso y disminuiría la transferencia de calor desde el conductor hasta el ambiente. El calor generado por el conductor queda atrapado entre el aislador y el conductor, lo cual podría dañar el cable.
Sin embargo, hay un problema con esta línea de transmisión desnuda: cuando se coloca un conductor cerca de ella, los electrones de alta potencia comienzan a saltar de alambre a conductor, lo que provoca chispas. La solución sencilla es colocar un aislador donde sea necesario, entre el cable y el poste. De esta manera, hemos aislado perfectamente el cable del poste.
No en vano, hay un pequeño problema. Estudiemos la naturaleza de las líneas de campo eléctrico en este caso con la ayuda de resultados de FEA producidos por EM Works. Aquí, las líneas de campo eléctrico pasan a través del aislador y también por el aire. Como se ha visto, todas las fallas eléctricas ocurren a través del aire. Por lo tanto, examinemos detalladamente el campo eléctrico del aire.
Consideremos este ejemplo de volumen de aire. Consideremos dos puntos, A y B. La intensidad de las líneas de campo eléctrico en ambos puntos es la misma, pero más líneas de campo pasan por el punto A. Esto significa que el átomo A experimenta más fuerza y se estresa más que B, lo que significa que A tiene más probabilidades de perder su electrón primero e iniciar el proceso de descarga. Un caso similar ocurre con nuestro diseño de aislador cilíndrico. Aquí, el número de líneas de campo eléctrico es bastante alto cerca de la superficie del aislador y hay una alta probabilidad de descarga. Podemos resolver este problema añadiendo un simple disco, como se muestra claramente en los resultados de FEA de EM Works. Se puede ver que la adición del disco ha reducido significativamente el número de líneas de campo eléctrico en el aire, aunque la intensidad del campo eléctrico es la misma. Esta reducción reducirá en gran medida la probabilidad de una descarga.
Si modificamos ligeramente el diseño del disco, también resolveremos otro problema con los aisladores: la trayectoria conductora de las gotas de agua cuando llueve. Sabemos que un paraguas es nuestra mejor herramienta cuando necesitamos escapar de la lluvia. Modifiquemos el diseño del disco y convirtámoslo en un paraguas. Aquí, las gotas de agua no se acumulan en el aislador, por lo que se reduce aún más la posibilidad de una trayectoria conductora de agua.
El efecto de la lluvia se puede minimizar agregando más de estos paraguas más pequeños. Hemos desarrollado con éxito un aislador para postes eléctricos. Seguro que has visto tipos similares de aisladores en la parte superior de los transformadores. Pero, ¿por qué los transformadores necesitan aisladores? Si no se utilizan aisladores, habrá un arco eléctrico entre la línea de alta tensión y el cuerpo del transformador de baja tensión. Por lo tanto, el conductor debe estar aislado del cuerpo del transformador. Debido a esto, la geometría de los aisladores de los transformadores es diferente: permitirán que la corriente fluya en dirección axial y proporcionarán una buena aislación radial. Por otro lado, los aisladores de los postes eléctricos proporcionan aislamiento en dirección axial. Los aisladores de los transformadores son conocidos como bujes.
Otro tipo popular de aislador es el tipo de suspensión. Aquí, la línea de alimentación está suspendida de los aisladores. Los aisladores de suspensión tienen varios discos conectados con pasadores metálicos. Sin embargo, la presencia de estos pasadores causa un gran problema eléctrico en este diseño. Para obtener resultados claros, estamos reduciendo el número de discos y vamos a hacer una simulación de FEA una vez más con la ayuda de EM Works.
A partir de este resultado, se puede observar que hay una distribución desigual de voltaje entre estos discos, lo que provoca un estrés desigual. Veamos cómo ocurre este voltaje desigual y cómo podemos evitarlo. Se pueden observar dos pines metálicos del aislador que actúan como placas de condensador con un dieléctrico entre ellos. Del mismo modo, hay un tipo de condensador que se forma entre la torre y los pines metálicos, en el que el aire actúa como dieléctrico. La distribución desigual de voltaje se produce por este efecto de capacitancia. Afortunadamente, un simple anillo metálico puede eliminar este efecto de capacitancia y el problema de voltaje. Este anillo forma otro condensador opuesto al condensador derivativo.
Esperamos que hayas disfrutado de este artículo sobre los aisladores.
¡Nos vemos la próxima vez!
