El funcionamiento de una línea de transmisión depende en gran escala de su aislamiento. En buena práctica se requiere que la tensión de arco en seco de los aisladores completos sea de tres a cinco veces mayor que la tensión nominal de funcionamiento, y que la longitud de la línea de fugas sea aproximadamente el doble de la menor distancia entre puntos con tensiones el aire. Las modernas orientaciones tienden hacia los límites superiores, especialmente cuando se trata de tensiones muy elevadas. Los casos especiales de nieblas, salinas, polvos, o aire químicamente cargado deben ser estudiados aparte.
Los aisladores no sólo deben tener resistencia mecánica suficiente para soportar con amplio margen las cargas debidas al hielo y al viento que puedan esperarse razonablemente, sino que deben ser construidos de manera que puedan resistir condiciones mecánicas muy severas, descargas atmosféricas y arcos alimentados por la corriente de servicio, sin dejar caer el conductor. La producción de arcos por contorno del aislador debe ser evitada en todos los casos, con la sola excepción del rayo, cualquiera que sean las condiciones de humedad, temperatura, lluvia o nieve, y con la cantidad de polvo que habitualmente se acumula hasta ser limpiada por las lluvias.
Materiales aislantes
Los aisladores se construyen con vidrio, pastas o “compound” patentadas y porcelana. Para líneas de transmisión los aisladores de vidrio solo son recomendables si están construidos con vidrio especial resistente al calor, tal como el Pirex. Los productos orgánicos, incluyendo los compuestos o pasta “compound” de origen orgánico, no resisten la acción prolongada de altas tensiones, especialmente si están expuestos a la intemperie, por lo cual su uso queda limitado a instalaciones de baja tensión al interior de edificios.
Aisladores de soporte o aisladores rígidos
Estos aisladores se construyen para tensiones de arco hasta 200 kv a 60 hz, si bien es raro usarlos para tensiones de arco superiores a 180 kv (tensión nominal 75 kv). Estos últimos son equivalentes en tensión de arco, a algo menos de tres elementos de cadena de suspensión del tipo de 5 ¾ de pulgada (14.6 cm). Lo reducido del margen de aislamiento y el riesgo de aplicar tensiones tan altas sobre un solo aislador, relativamente frágil, hace que estos aisladores no se usen con tensiones superiores a 66 kv.
Aisladores de suspensión
Estos aisladores se usan casi exclusivamente en líneas de tensión superior a 66 kv, en vanos largos y con conductores pesados. Las unidades o discos modernos de caperuza y vástago han dado resultados muy satisfactorios y se han adoptado progresivamente para hacer frente a las necesidades de las más altas tensiones y de la construcción más pesada, con simplicidad y economía.
La tensión de arco por contorno en cadenas de aisladores de suspensión es casi proporcional a la distancia a tierra en el aire y aproximadamente igual a la tensión de arco entre varillas con la misma distancia, a 60 hz y con las sobretensiones que se originan en las maniobras.
En la practica, el número de discos o unidades que conforman la cadena de aisladores es aproximadamente proporcional a la tensión, con ligero aumento para las tensiones mas altas y con cierto margen en la longitud de cada unidad.
Para la tensión de 66 kv se usan de 4 a 5 unidades, para 110 kv de 7 a 8, para 132 kv de 8 a 10, para 154 kv de 9 a 11, para 220 kv de 14 a 20.
Las unidades o discos más modernos tienen una resistencia máxima de 15.000 libras (6800 Kg). El promedio de cualquier partida de estos discos resiste generalmente una prueba a la tracción de 15000 libras (6800 Kg) y muchas unidades alcanzan un 25% mas que dicha cifra. Es probable que uno de estos discos, bien construido, resista una carga de 10.000 a 12.000 libras (de 4.536 a 5.400 kg) durante varios días sin fallar. Se recomienda una carga máxima de seguridad de 5.000 a 6.000 libras (2.270 a 2.700 kg), lo que representa un factor de seguridad de 2 sobre el mínimo de la prueba carga-tiempo.
1) Aislador de suspensión, cementado, tipo de charnela.
2) Aislador de suspensión, cementado, tipo de bola o rotula.
En la figura 1 se representa una cadena de dos aisladores del tipo de caperuza y vástago cementados, del tipo 15.000 libras (6.800 Kg) de enganche de charnela y en la figura 2 se representa el tipo de bola y casquillo. La elección entre uno y otro tipo es cuestión de preferencias personales, si bien el tipo de bola y casquillo, también llamado de rotula, es más popular por sus ventajas en trabajos urgentes.
Aislador pirex
El aislador de suspensión de caperuza y perno con disco Pirex, emplea una aleación metálica en sustitución del cemento. Los constructores afirman que gracias al estudio de la distribución de esfuerzos, que solo es posible por la transparencia de semejante material, y también por el cuidadoso tratamiento térmico, estos aisladores alcanzan esfuerzos de tracción próximos al doble de los conseguidos con los aisladores corrientes del tipo de caperuza y perno.
Aisladores de tensión o amarre
Un conjunto de unidades de suspensión dispuestas al extremo o final de una línea, en una estructura, se denomina aislador de amarre o de tensión. Estos aisladores deben soportar el pleno esfuerzo de tracción y han de ser calculados con un amplio factor de seguridad para la máxima cantidad de hielo y presión de viento; el esfuerzo máximo que pueden resistir los aisladores y sus herrajes debería ser equiparado al del conductor, con el fin de tener en cuenta posibles cargas externas, superiores a las supuestas en el proyecto general. Es practica corriente proteger las cadenas de amarre o final de línea, especialmente contra deterioro debido a arcos, empleando dos o tres discos adicionales e instalando cuernos o anillos de guardia.
En casos de esfuerzos muy elevados o conductores muy pesados, se disponen cadenas dobles y triples en paralelo mediante piezas especiales (culatas) de acero (muy conocidas por su denominación inglesa “yoke”). Se construyen piezas de esta clase para doble y triple cadena, como accesorios o herrajes corrientes de aisladores. Para esfuerzos superiores seria preciso un estudio especial.
Figura 3
En la figura 3 se puede ver un aislador deteriorado, esta clase de problemas puede resolverse usan la termografia, que es el único método por el cual se pueden detectar problemas de este tipo antes de verlos como en la figura, a veces los aisladores están en lugares accesibles para efectuar las mediciones termograficas, otras veces, por ejemplo: como suele suceder con las líneas de transmisión, los aisladores se encuentran a una distancia demasiado grande para efectuar la medición estándar, en ese caso se puede emplear las mediciones termograficas mediante el uso de helicópteros