Introducción
Los pasatapas eléctricos son componentes fundamentales en una amplia gama de equipos eléctricos como transformadores de potencia, reactores en derivación, interruptores y condensadores. Estos dispositivos, aunque parecen simples, cumplen la función crítica de transportar corriente de alta tensión a través de las envolventes de los equipos. Proporcionan una barrera aislante entre el conductor activo y el cuerpo metálico del aparato eléctrico (que está a potencial de tierra).
Transformador de Potencia Pasatapas Destacados
Clasificación y Construcción
Los pasatapas eléctricos se clasifican en dos categorías principales según su construcción y ensamblaje:
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Cómo Funcionan los Pasatapas Eléctricos
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Pasatapas Tipo A Granel
Un pasatapas tipo a granel consta de una barra conductora central, generalmente de cobre o aluminio, rodeada por un aislante. El aislante puede ser de porcelana o resina compuesta de silicona.
Mientras que el aislante de porcelana tradicional ofrece robustez mecánica y una larga vida útil, el uso de goma de silicona está ganando popularidad debido a su menor costo, facilidad de manejo y su hidrofobicidad superficial, que reduce el riesgo de descargas por contaminación. Debido a las limitaciones de resistencia dieléctrica, los pasatapas tipo a granel se utilizan en voltajes del sistema de 72 kV y por debajo.
Pasatapas Tipo A Granel de 11 kV
Pasatapas de Condensador
Para voltajes de sistema más altos, se emplean pasatapas de condensador. Comparados con los pasatapas tipo a granel, los pasatapas de condensador son más complejos en su construcción. Para manejar las altas tensiones de campo eléctrico generadas a alta tensión, los pasatapas de condensador están formados por un núcleo aislado graduado por capacitancia, intercalado entre el tubo central que transporta la corriente y el aislante externo.
El núcleo del condensador consiste en capas coaxiales de papel Kraft de grado eléctrico y inserciones de lámina conductora de longitudes variables. Estas inserciones están ubicadas a intervalos radiales fijos, ayudando a distribuir y estabilizar el campo eléctrico a través del aislamiento del pasatapas. Estas inserciones conductoras funcionan como elementos capacitivos (conectados en serie) que enlazan el conductor de alta tensión del pasatapas a tierra. Por esta razón, los pasatapas de condensador a veces se denominan pasatapas graduados por capacitancia.
Sección Transversal de un Pasatapas de Condensador
Para aumentar la resistencia dieléctrica de un pasatapas, el aislamiento del condensador se impregna con aceite mineral o resina epoxi curable; estas tecnologías se conocen como papel impregnado en aceite (OIP) y papel impregnado en resina (RIP), respectivamente.
El material del aislante externo es generalmente porcelana para los condensadores OIP y goma de silicona para los condensadores RIP, ambos con el propósito de limitar el flujo de corriente de fuga y prevenir descargas externas. Los pasatapas de condensador OIP también están equipados con una cámara de expansión con resorte para permitir fluctuaciones de volumen de aceite (expansión/contracción) debido a variaciones de temperatura (similar a un tanque conservador en un transformador de potencia).
Pasatapas de Condensador Impregnado en Aceite
Las bridas de montaje de los pasatapas de condensador están equipadas con un tapón de prueba (más sobre esto a continuación) y espacio adicional para la instalación de un transformador de corriente (TC) tipo anillo. Los terminales de conexión internos están equipados con escudos de tensión para limitar las tensiones de alto potencial dentro del recinto lleno de aceite.
Evaluación de Condición
El tapón de prueba está conectado a la lámina de condensador más externa y se utiliza para realizar dos mediciones de referencia importantes. Estas mediciones son capacitancia (C) y factor de disipación (tanδ); ambas pruebas se utilizan para determinar la condición del aislamiento de un pasatapas.
Cualquier aumento en los valores de C y/o tanδ indica deterioro del aislamiento, ingreso de humedad y/o cortocircuito de las láminas del condensador. Las pruebas de resistencia de aislamiento, las mediciones de descarga parcial y las inspecciones termográficas también son útiles para evaluar la condición de un pasatapas.
Aplicaciones
En la industria de la ingeniería eléctrica, las aplicaciones más comunes para los pasatapas son:
- Aire a Aceite – utilizado en equipos de subestación aislada por aire (AIS) al aire libre, como transformadores y reactores en derivación, etc.
- Aire a Gas – utilizado en subestaciones aisladas por gas (GIS) e interruptores de SF6.
- Aire a Aire – utilizado para conexiones de exterior a interior, por ejemplo, pasatapas de pared.
Instalación de un Pasatapas de Condensador Aire a Aceite en Transformador
Requisitos de Diseño
El diseño de cualquier tipo de pasatapas eléctrico considera los siguientes requisitos y aspectos:
- El conductor central de un pasatapas debe ser capaz de transportar la carga anticipada o las corrientes de falla sin sobrecalentar el aislamiento circundante (lo que puede llevar a una pérdida anormal de vida).
- Para cualquier transformador dado, se requiere que la barra conductora de un pasatapas de baja tensión (LV) transporte una corriente más alta que su contraparte de alta tensión (HV). En consecuencia, la barra conductora de un pasatapas LV siempre es más gruesa (tiene un diámetro mayor) que su contraparte HV.
- El aislamiento interno de un pasatapas debe ser capaz de soportar las tensiones de campo eléctrico nominales y ocasionales transitorias que se le imponen. Estas tensiones surgen debido a las diferencias de potencial entre el conductor vivo y los alrededores externos conectados a tierra. El aislamiento interno de un pasatapas también debe limitar la aparición de descargas parciales (PD), que pueden causar un deterioro progresivo del aislamiento.
- El aislamiento externo de un pasatapas debe proporcionar suficiente distancia de arco seco para soportar rayos y impulsos de conmutación. El aislamiento externo también debe proporcionar una distancia de creepage adecuada (distancia de fuga) para prevenir el flujo excesivo de corriente de fuga; la corriente de fuga puede resultar de una combinación de acumulación de contaminación (suciedad, arena, sal, etc.) y/o humedad ambiental.
Distancia de Arco Seco y Creepage de Pasatapas
- La resistencia al cantilever de un pasatapas debe ser lo suficientemente alta para hacer frente a las tensiones mecánicas anticipadas que se impondrán al pasatapas durante eventos sísmicos y de cortocircuito.
- El diseño y la construcción de un pasatapas deben ser lo suficientemente robustos para soportar los rigores del transporte, manejo e instalación.
Recursos Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Bushing_(electrical)
https://electrical-engineering-portal.com/purpose-and-maintenance-of-transformer-bushings