El aceite cumple distintas funciones en los transformadores y otros aparatos, siendo las principales el aislamiento, la refrigeración por convección de las partes activas y la protección de los aislantes sólidos para que no absorban humedad del ambiente.

El aceite para transformador está constituido por una mezcla de hidrocarburos, y se obtiene por destilación del petróleo. Luego es sometido a un proceso de refinación para obtener las propiedades eléctricas deseadas y conferirle un alto grado de estabilidad química.

En muchos casos se utilizan aceites con inhibidores, que contienen pequeñas cantidades de sustancias antioxidantes.

Las normas establecen para un aceite nuevo el valor de tensión eficaz que debe soportar en un ensayo, indicando la forma y dimensiones de los electrodos y la distancia entre ellos.

Las condiciones de la descarga son función de la distancia entre los electrodos, y además no solamente del valor de la intensidad de campo máximo sino también del comportamiento del campo a lo largo de la entera línea de fuerza a través de la cual se produce la descarga.

Los aceites para transformadores además de poseer elevada calidad dieléctrica, deben tener baja viscosidad para facilitar la formación de corrientes de convección entre las fuentes de calor y las paredes frías, y particularmente en los canales de refrigeración.

También los aceites utilizados en interruptores deben tener baja viscosidad (se trata generalmente de la misma calidad de aceite empleado en los transformadores), debido a que la extinción del arco en un fluido viscoso se produce más lentamente lo que causa la descomposición del aceite, con peligrosas formaciones de gases explosivos y de sustancias carbonosas, por otra parte se generan residuos que reducen la rigidez dieléctrica.

El agua y las impurezas se extraen sometiendo el aceite a un adecuado proceso de filtrado, centrifugado y secado, pero bastan pequeñas cantidades residuales de agua (que son las más difíciles de extraer), para reducir notablemente la rigidez dieléctrica.

Cuando se produce una falla en un transformador la descarga en el aceite del cual se ha tratado en el punto anterior, genera hidrocarburos gaseosos e hidrógeno, que pueden provocan una explosión y consiguientemente el incendio de la máquina y sus instalaciones.

Para evitar que esto ocurra se utilizaron transformadores sumergidos en fluidos aislantes no inflamables constituidos por mezclas de productos sintéticos clorados (bifenilo de policloruro "PCB") o Askareles.

Estos compuestos son menos sensibles a la acción del oxígeno y en las normales condiciones de funcionamiento de los transformadores, no forman ni ácidos ni depósitos carbonosos.

La descarga eléctrica en los líquidos sintéticos, si bien no producen gases inflamables y explosivos, libera ácido clorhídrico, que es tóxico y ataca a los aislantes a base de celulosa y a los metales.

Por otra parte estos productos son no biodegradables y altamente contaminantes por lo que en muchos países se ha prohibido totalmente su uso, debido a sus características tóxicas.

La reglamentación adoptada en los Estados Unidos subdivide los transformadores sumergidos en líquido aislante en tres clases que se indican en la TABLA A4.1.

Para los transformadores en PCB no existen limitaciones al servicio normal, y para ello deben estar en buenas condiciones de mantenimiento y absolutamente exentos de pérdidas.

Se permiten las operaciones normales de mantenimiento, pero está prohibida la extracción de la parte activa fuera de la cuba.

Al ser sacado de servicio, el líquido debe ser conservado de acuerdo con rigurosas recomendaciones en lugares autorizados para este tipo de residuos contaminantes.

Una posibilidad es reemplazar el PCB por otro fluido, previo lavado de la cuba y de las partes activas, utilizando para ello elementos y técnicas adecuadas.

También hay directivas de la CEE (Comunidad Económica Europea) del año 1985 y en Italia, por ejemplo, se prohibió la producción del PCB y se limitó su utilización solamente en circuitos sellados y bajo control de las autoridades competentes.

En este país, algunas sociedades, con procesos y tecnología de avanzada, realizan el servicio de descontaminación y reclasificación de transformadores, hasta alcanzar un tenor residual de PCB inferior a 50 ppm (inferior a la mitad del límite de contaminación tolerado), como así también el transporte del PCB sustituido y su posterior eliminación, mediante termodestrucción en incineradores autorizados.

Se trata de productos siliconados que tienen características dieléctricas y refrigerantes comparables con los aceites sintéticos, no son degradables pero tienen la ventaja de ser totalmente inocuos fisiológicamente.

Son combustibles, pero el dióxido de silicio que se forma al iniciarse la combustión ahoga la llama y por lo tanto se consideran autoextingibles.

Estos aislantes líquidos son los más utilizados para operaciones de rellenado de transformadores que originariamente tienen PCB.

Se debe tener en cuenta que la contaminación con PCB reduce sensiblemente el punto de inflamación.

Si a un transformador proyectado para aceite mineral o PCB se lo refrigera con líquido siliconado, la potencia del transformador se reduce en 5..10% debido a su mayor viscosidad.

Además atacan las gomas siliconadas, material con el cual se fabrican las juntas de transformadores con PCB, las que deben por lo tanto reemplazarse por otras de material adecuado.

Otra característica es la mayor dilatación térmica (aceite siliconado 0.001 contra 0.0007 del PCB), y en transformadores con tanque conservador puede ser necesario la sustitución.

Para el uso de estos fluidos no hay limitaciones ni restricciones legales.

Son soluciones de resinas naturales o sintéticas (con o sin aceite), con adecuados solventes, que aplicados sobre una superficie forman una película aislante uniforme.

Se trata de materiales que se encuentran al estado líquido o plástico solamente antes de su empleo y son aplicados tanto a los aislantes sólidos elementales y sus conductores, como así también al conjunto de un arrollamiento, para mejorar las características dieléctricas, mecánicas y térmicas.

La aplicación de los barnices tiene por finalidad conferir a los aislantes que conforman un determinado aislamiento, o bien a los distintos devanados, las siguientes características:

Para lograr estas condiciones es necesario que los barnices posean las siguientes cualidades:

Los componentes fundamentales de los barnices son las resinas, que son mezclas sólidas o semisólidas, complejas, amorfas, de sustancias orgánicas naturales o sintéticas, que no tienen un punto definido de fusión y tendencia a cristalizarse, son insolubles en agua y definen las características de los barnices.

La goma laca ha sido la resina natural más utilizada en el campo del aislamiento eléctrico porque, además de poseer buenas características aislantes y bajo ángulo de pérdidas, presenta también una discreta resistencia al arco.

Por su notable poder adhesivo ha sido también utilizada como ligante para utilizar distintos materiales aislantes, que se explican más adelante.

Las resinas sintéticas se pueden clasificar en dos grupos que son las termoendurecibles y la termoplásticas.

Las termoendurecibles son aquellas resinas que con la acción del calor adoptan una forma permanente a través de una reacción química irreversible.

Las termoplásticas en cambio se ablandan con el calor y se endurecen en un sucesivo enfriamiento produciéndose un fenómeno puramente físico.

Son empleadas como aditivos en el campo de los barnices, que confieren a la película notable resistencia a la deformación y a la abrasión y discreta resistencia a los agentes químicos.

Se las utiliza como soporte de electrovidrio (que veremos más adelante) para obtener materiales con características particulares.

Se trata de resinas de dos componentes, es decir, de una resina propiamente dicha y un endurecedor que se debe mezclar perfectamente en la proporción adecuada.

Una vez mezcladas comienza la reacción química cuyo resultado es la polimerización (curado) y endurecimiento de la resina adquiriendo de este modo sus características definitivas.

El tipo de componentes, proporciones de la mezcla y condiciones del curado, dependen del tipo de aplicación de cada resina en particular.

«El ARALDIT» tipo B (marca registrada por Ciba-Geigy) es una resina epoxi no modificada, libre de solventes, sólida a temperatura ambiente, comúnmente utilizada en la industria eléctrica para la realización de transformadores secos, transformadores de medición, soportes aislantes etc.

Se cuela en caliente después de añadirle el correspondiente endurecedor, y bajo vacío para que no se produzcan oclusiones de aire o fisuras, producidas generalmente por imperfecciones tecnológicas en la colada.

Estas imperfecciones pueden ser la causa de descargas parciales, y siendo estas resinas particularmente sensibles a este tipo de solicitaciones esta situación puede llevar a la descarga total.

Empleando técnicas de fabricación adecuadas se pueden lograr transformadores de medición, para media tensión hasta 36 kV, exentos de descargas parciales lo cual implica una gran seguridad de servicio.

A fin de obtener una mezcla lo más homogénea posible, se debe trabajar la resina y el endurecedor a una temperatura de 125..130 °C, y como no se desprenden sustancias volátiles durante la reacción, no se precisa utilizar presión durante el endurecimiento.

Se mezcla normalmente con cargas de productos minerales en polvo, normalmente harina de cuarzo, que introduce algunas ventajas como ser:

Las piezas se desmoldan en caliente y esta operación se debe efectuar, de ser posible, tan pronto como la pieza en proceso de endurecimiento tenga suficiente resistencia mecánica.

La pieza retirada del molde se mantiene en el horno a la temperatura de endurecimiento hasta que el mismo se haya completado.

El proceso de endurecimiento bajo presión permite obtener piezas coladas con mejor estabilidad dimensional, sensible reducción de la dispersión en las propiedades eléctricas y mecánicas, excelente terminación y menor tiempo de moldeo.

Para la impregnación de máquinas rotativas de alta tensión en clase F, se utilizan resinas epóxicas sin solventes. Estos productos se encuentran en estado líquido a la temperatura ambiente, siendo su viscosidad lo suficientemente baja para permitir la adecuada impregnación de la bobina o del arrollamiento completo.

Su rigidez dieléctrica es de 60..80 kV/mm y el tiempo de curado a una temperatura de alrededor de 130 °C de 6..8 horas.

Se utilizan en la industria de los barnices aislante y de los dieléctricos estratificados.

Tienen la particularidad de formar con fibras de los más diversos soportes, películas duras, impermeables y fuertemente cementantes, con buenas características eléctricas, notable resistencia química y térmica y baja absorción de humedad.

Son utilizados en todos los sectores del aislamiento eléctrico, como barnices, estratificados y también como películas y fibras.

Los polímeros sólidos resultantes tienen excelente propiedad eléctrica, resistencia a la humedad, a los ácidos débiles, a los álcalis y a los solventes en general como así también buenas propiedades mecánicas.

Con este término se indica un vasto grupo de compuestos sintéticos, que se utilizan fundamentalmente para la impregnación de máquinas eléctricas pertenecientes a la clase H.

Se utiliza como ligante de otros aislantes como la tela de hilado de vidrio y la mica.

Las propiedades de estas resinas dependen de la naturaleza y de la estructura molecular de los grupos orgánicos vinculados a los átomos de silicio.

Para las distintas aplicaciones industriales se tienen distintos tipos de resina en estado fluido, grasas sólidas, gomas elásticas o resinas duras.

Presentan las siguientes características:

La utilización de las resinas termoplásticas en la fabricación de materiales aislantes tiene limitaciones debido a la escasa resistencia térmica que presentan.

Dentro de las termoplásticas las vinílicas son las más utilizadas para el revestimiento aislante de conductores.

Se emplean además en la fabricación de esmaltes para alambres conductores, películas protectoras y tubos flexibles.

Se conocen distintas variedades que se diferencian por la densidad. La más difundida es la de baja densidad, que es una resina termoplástica, blanca traslúcida.

En el campo eléctrico se utiliza como un aislante de cualidades excepcionales, por cuanto poseen un bajo factor de pérdidas y tienen una rigidez de 40 kV/mm.

El polietileno se puede elaborar por extrusión, estampado por inyección, soplado, rociado y, añadiendo adecuados aditivos, se le puede conferir características especiales de resistencia al envejecimiento.

Es un producto que se obtiene sustituyendo los átomos de hidrógeno del etileno con átomos de flúor, que le confieren una extraordinaria resistencia a las altas temperaturas, conservando inalterables las buenas características del polietileno.

Tiene una rigidez dieléctrica muy elevada, pequeña constante dieléctrica y pequeñas pérdidas.

Por sus características particulares se encuentra entre los materiales más aptos para trabajar en el campo de las altas frecuencias, en un amplio margen de temperaturas.

Conserva casi inalterables sus características eléctricas hasta cerca de los 200 °C y todavía buenas características a 400 °C.

Presenta una elevada resistencia química a los ácidos y bases, y prácticamente no absorbe agua.

Se pueden obtener piezas estampadas de diversas formas, revestimientos protectivos, guarniciones, barras, tubos, placas, cintas de cualquier espesor.

Resulta muy útil para el aislamiento de máquinas rotantes y transformadores que deben trabajar a temperaturas altas, pero debido a su precio elevado, se lo utiliza solamente en aplicaciones especiales cuando no puede ser sustituido con otros aislantes de menor precio.

Las resinas poliamídicas (familia del nylon) presentan óptimas propiedades dieléctricas.

El endurecimiento de los barnices es debido, según su tipo, a la oxidación o a la polimerización después de la evaporación de los solventes que contienen.

Se pueden obtener diversos tipos de barnices que se pueden agrupar en dos categorías:

Los barnices termoendurecibles son desde hace mucho tiempo los más importantes y son aquellos normalmente utilizados para la impregnación de los arrollamientos de las máquinas rotantes.

Los barnices a base de resinas alquídicas o poliésteres modificados pertenecen a la clase E, pero combinados con telas de hilado de vidrio pueden ser utilizados en clase B, con la condición de que el hilado de vidrio se utilice como soporte y que su contenido no resulte inferior a un adecuado porcentaje en peso del total.

Conocidos por su poder de penetración, se utilizan para impregnar motores y generadores de baja tensión cuyos devanados están realizados con conductor redondo aislado con esmalte o con hilado de vidrio.

Tienen una rigidez dieléctrica de 60 kV/mm, el tiempo de curado a 120 °C es de 4..6 horas y contienen un 60% de resina.

Los barnices a base de resinas fenólicas poseen un notable poder cementante, conjuntamente con una buena estabilidad y rigidez dieléctrica, pero presentan el defecto de ser frágiles.

Los barnices a base de resinas epóxicas tienen excelentes cualidades mecánicas y dieléctricas, son químicamente neutros, resisten a los agentes químicos y forman películas adherentes y duras.

Para impregnar máquinas rotantes de baja tensión en clase F se utilizan barnices a base de resinas epóxicas de un solo componente.

Estos barnices tienen una rigidez dieléctrica de 60 kV/mm, el tiempo de curado a 130 °C es de 6..8 horas, contienen entre 50 a 60% de resina y se pueden aplicar de diferente modo, como por ejemplo inmersión, impregnación en autoclave con vacío o bien por goteo.

Los barnices a base de resinas de siliconas, aunque no tienen excepcionales cualidades cementantes, se caracterizan por poseer una altísima resistencia a la temperatura además de las propiedades ya mencionadas.

Los barnices de secado al aire, como por ejemplo el glyptal, se utilizan casi exclusivamente con fines de terminación.

Le confieren al aislamiento una mayor resistencia a los agentes climáticos y particularmente a la humedad.

Tienen una rigidez dieléctrica de 35 kV/mm, pertenecen a las clases E y B, el tiempo de curado a 20 °C es de 2..3 horas, el contenido de resina es de 45 a 50% y se obtienen comercialmente en colores gris, negro y rojo.

El papel es el clásico aislamiento entre espiras y contra masa utilizado en la fabricación de transformadores sumergidos en aceite.

El papel utilizado tiene un contenido de 60% de pulpa de manila y 40% de pulpa kraft.

Es un material muy higroscópico después de secado su rigidez dieléctrica es de 5 kV/mm y una vez impregnado la misma resulta de 30 kV/mm.

Este material debe tener bajo contenido de impurezas, no contener partículas metálicas ni defectos mecánicos localizados producidos durante su elaboración.

Las propiedades resistentes de este material permite el encintado de los conductores (redondos o planchuelas) a altas velocidades.

Se obtienen papeles de 0.75 g/cm³ en espesores que van desde 0.028 hasta 0.47 mm y para papeles de 1.0 g/cm³ de 0.05 mm de espesor, siendo la tolerancia de los espesores de ± 5%.

Con este nombre, originalmente adoptado por la empresa «WEIDMANN» de Suiza, se designa a un tipo de cartón (pressboard) precomprimido de alta calidad que se utiliza como aislante en transformadores sumergidos en aceite de alta y muy alta tensión.

Considerando que las pérdidas en el hierro y en el cobre están relacionadas con el volumen utilizado de estos materiales, uno de los objetivos del diseño de los transformadores, consiste en lograr las mínimas distancias de aislación para reducir, a igualdad de solicitación, la cantidad de estos materiales activos y consecuentemente el costo.

Comercialmente se obtiene este material con diferentes cualidades y para distintas aplicaciones y que se denominan genéricamente como se indica:

La materia prima utilizada para su fabricación es pulpa de sulfato de celulosa, y las características de cada tipo dependen fundamentalmente del proceso de fabricación.

Se trata de un material que presenta una superficie lisa, y que se utiliza para realizar partes aislantes con ángulos pronunciados.

Las dimensiones comerciales máximas de las placas que se pueden obtener son de 2250 x 4200 mm y los espesores normales de 0.5 a 5 mm.

Es un material moldeable blando con una absorción de aceite mucho mayor que el material anterior, y se lo utiliza principalmente para la realización de piezas moldeadas.

Las dimensiones comerciales máximas de las placas son 2250 x 4200 mm y espesores normales de 0.5 a 5 mm.

Es un material duro, rígidamente precomprimido con baja contracción superficial, y se utiliza para realizar espaciadores y listones de todo tipo como por ejemplo, cilindros, barreras entre fases adyacentes y entre el núcleo y la cuba, grandes discos, anillos de presión de hasta 250 cm de diámetro, anillos de pantallas, barras para la fabricación de tirantes roscados etc.

Se obtiene en placas cuyas dimensiones máximas son 3200 x 6300 mm y espesores normales de 1.0 a 8 mm.

Con este material se fabrica papel corrugado, mediante prensado y calor, que se utiliza en los canales de aceite principales, que no están sometidos a esfuerzos electrodinámicos (cortocircuitos), permitiendo lograr una configuración dieléctrica adecuada, con una uniforme distribución de material, es decir, obtener con distancias menores un alto grado de seguridad.

Distintas figuras muestran elementos que se fabrican con este material, y que se utilizan en la construcción de transformadores de alta y muy alta tensión.

Figura A4.7 distintos cilindros aislantes con orificios de salida de las conexiones de línea de los devanados de muy alta tensión.

Figura A4.8 distanciadores de distintos tamaños (realizados con T IV) que se utilizan para centrar y sujetar las bobinas y formar canales axiales de aceite.

Figura A4.9 anillos soportes (de T IV) que se utilizan realizando adecuados cortes en forma de cuñas (denominadas falsas espiras), para sujetar axialmente los devanados del tipo hélice (baja tensión) en transformadores.

Figura A4.10 anillos en ángulo y sombreretes que se utilizan en transformadores de alta tensión.

Figura A4.11 anillos de presión (de T IV) utilizados para sujetar axialmente las bobinas (soportar los esfuerzos electrodinámicos).

Para que cuando se instalan o reemplazan aisladores en los transformadores se evite la salida del aceite, se colocan sellos que cumplen esta función.

En las figuras A4.12 y A4.13 se muestran sellos que tienen la función antes indicada y que son a prueba de goteo para tensiones de 110 kV y 400 kV respectivamente.

La Figura A4.14 muestra un sello de diseño especial para 400 kV, y la Figura A4.15 un fuelle para 750 kV.

Para reducir al mínimo la distancia entre la salida de línea de una bobina de alta tensión y las paredes de la cuba, se utilizan barreras aislantes.

En la Figura A4.16 se observa un pasante de línea aceite/aceite de 220 kV y en la Figura A4.17 la disposición de montaje del fuelle y del sello para una máquina de 220 kV.

La Figura A4.18 muestra la sujeción de los conductores que unen las salidas de las bobinas con el conmutador bajo carga de un transformador.

En la Figura A4.19 se observan algunos detalles constructivos de estas piezas de sujeción en ángulo con los tornillos y tuercas realizados también con el mismo material.

La Figura A4.20 muestra distintos anillos que recubiertos con una lámina metálica, pero abiertos para que no constituyan una espira en cortocircuito, se conectan con los extremos de los devanados formando pantallas equipotenciales, cuya función es lograr una adecuada distribución de las tensiones de impulso.

La Figura A4.21 muestra otra forma de realizar pantallas metalizadas cilíndricas utilizadas con el mismo fin que en el caso anterior.

Las dimensiones normales son 1500 x 4000 mm y los espesores de 9 a 120 mm.

Es un cartón de alta calidad constituido por celulosa y además un cierto contenido de trapos de algodón, se trata de un material muy absorbente y de buena resistencia mecánica y al plegado,

Su rigidez dieléctrica una vez seco e impregnado en aceite, es de 20 a 30 kV/mm.

Se lo puede obtener en espesores normales son de 0.4 a 5 mm.

Se utiliza en transformadores de pequeña potencia y mediana potencia (rurales y de distribución) para la fabricación de tubos soporte de bobinados, tubos separadores y espesores aislantes.

Es un material constituido por pulpa de celulosa que no contiene ácidos, álcalis, sales ni impurezas metálicas.

Las substancias colorante deben ser insolubles en el aceite mineral y de los otros líquidos refrigerantes utilizados en los transformadores.

Comercialmente se obtienen en dos tipos: