En energía eléctrica , un bushing es un aislante eléctrico hueco que permite que un conductor eléctrico pase de manera segura a través de una barrera conductora como el caso de un transformador o disyuntor sin hacer contacto eléctrico con él. Los casquillos suelen estar hechos de porcelana , aunque también se utilizan otros materiales aislantes.
Todos los materiales que llevan carga eléctrica generan un campo eléctrico . Cuando un conductor energizado está cerca de un material con potencial de tierra, puede formar intensidades de campo muy altas, especialmente cuando las líneas de campo se ven obligadas a curvarse bruscamente alrededor del material puesto a tierra. El casquillo controla la forma y la intensidad del campo y reduce las tensiones eléctricas en el material aislante.
Se debe diseñar un aislador para soportar la intensidad del campo eléctrico producido en el aislamiento, cuando esté presente cualquier material puesto a tierra. A medida que aumenta la intensidad del campo eléctrico, pueden desarrollarse vías de fuga dentro del aislamiento. Si la energía de la ruta de fuga supera la rigidez dieléctrica del aislamiento, puede perforar el aislamiento y permitir que la energía eléctrica se conduzca al material conectado a tierra más cercano, provocando quemaduras y arcos.
Un diseño típico de casquillo tiene un conductor, generalmente de cobre o aluminio, ocasionalmente de otro material conductor, rodeado por aislamiento, excepto en los extremos de los terminales.
En el caso de una barra, los terminales del conductor soportarán la barra en su ubicación. En el caso de casquillo, también se acoplará al aislamiento un dispositivo de fijación para mantenerlo en su ubicación. Normalmente, el punto de fijación es integral o rodea el aislamiento sobre parte de la superficie aislada. El material aislado entre el punto de fijación y el conductor es la zona más sometida a tensiones.
El diseño de cualquier casquillo eléctrico debe garantizar que la resistencia eléctrica del material aislado sea capaz de resistir la "energía eléctrica" penetrante que pasa a través del conductor, a través de cualquier zona sometida a grandes esfuerzos. También debe ser capaz de soportar momentos de alta tensión, ocasionales y excepcionales, así como la tensión soportada normal de servicio continuo, ya que es la tensión la que dirige y controla el desarrollo de las rutas de fuga y no la corriente.
Los casquillos aislados se pueden instalar en interiores o exteriores, y la selección del aislamiento estará determinada por la ubicación de la instalación y la función del servicio eléctrico del casquillo.
Para que un casquillo funcione exitosamente durante muchos años, el aislamiento debe seguir siendo efectivo tanto en composición como en forma de diseño y serán factores clave para su supervivencia. Por lo tanto, los casquillos pueden variar considerablemente tanto en material como en estilo de diseño.
Los primeros diseños de casquillos utilizan porcelana tanto para aplicaciones interiores como exteriores. La porcelana se utilizó originalmente debido a sus propiedades de ser impermeable a la humedad una vez sellada con esmalte cocido y a su bajo costo de fabricación. La principal desventaja de la porcelana es que su pequeño valor de expansión lineal debe adaptarse mediante el uso de sellos flexibles y accesorios metálicos sustanciales, los cuales presentan problemas operativos y de fabricación.
Un casquillo de porcelana básico es una forma de porcelana hueca que pasa a través de un orificio en una pared o caja de metal, permitiendo que un conductor pase por su centro y se conecte en ambos extremos a otros equipos. Los casquillos de este tipo suelen estar hechos de porcelana cocida en húmedo y luego esmaltada. Se puede utilizar un vidriado semiconductor para ayudar a igualar el gradiente de potencial eléctrico a lo largo de la longitud del casquillo.
El interior del casquillo de porcelana suele estar lleno de aceite para proporcionar aislamiento adicional y los casquillos de esta construcción se utilizan ampliamente hasta 36 kV, donde se permiten descargas parciales más altas.
Cuando se requiere una descarga parcial para cumplir con IEC 60137, se utilizan conductores aislados con papel y resina junto con porcelana, para aplicaciones interiores y exteriores sin calefacción.
El uso de casquillos aislados con resina (polímero, polimérico, compuesto) para aplicaciones de alto voltaje es común, aunque la mayoría de los casquillos de alto voltaje generalmente están hechos de aislamiento de papel impregnado de resina alrededor del conductor con cobertizos de porcelana o polímero, para el extremo exterior y ocasionalmente. para el extremo interior.
Otra forma temprana de aislamiento fue el papel; sin embargo, el papel es higroscópico y absorbe la humedad, lo que es perjudicial y se ve perjudicado por los diseños lineales inflexibles. La tecnología de resina fundida ha dominado los productos aislados desde la década de 1960, debido a su flexibilidad de forma y su mayor rigidez dieléctrica.
Por lo general, el aislamiento de papel se impregna posteriormente con aceite (históricamente) o, más comúnmente hoy en día, con resina. En el caso de la resina, el papel se recubre con una película de una resina fenólica para convertirse en papel aglomerado con resina sintética (SRBP), o se impregna después del bobinado en seco con resinas epoxi, para convertirse en papel impregnado con resina o papel impregnado con resina epoxi (RIP, ERIP).
Los bushings aislados SRBP se utilizan normalmente hasta tensiones de alrededor de 72,5 kV. Sin embargo, por encima de 12 kV, es necesario controlar el campo eléctrico externo e igualar el almacenamiento interno de energía, lo que margina la rigidez dieléctrica del aislamiento de papel.
Para mejorar el rendimiento de los casquillos aislados con papel, se pueden insertar láminas metálicas durante el proceso de bobinado. Éstos actúan estabilizando los campos eléctricos generados, homogeneizando la energía interna mediante el efecto de la capacitancia. Esta característica dio como resultado el casquillo del condensador/condensador.
El casquillo del condensador se fabrica insertando capas muy finas de lámina metálica en el papel durante el proceso de bobinado. Las láminas conductoras insertadas producen un efecto capacitivo que disipa la energía eléctrica de manera más uniforme por todo el papel aislado y reduce la tensión del campo eléctrico entre el conductor energizado y cualquier material conectado a tierra.
Los casquillos de condensador producen campos de tensión eléctrica que son significativamente menos potentes alrededor de la brida de fijación que los diseños sin láminas y, cuando se usan junto con la impregnación de resina, producen casquillos que se pueden usar con voltajes de servicio superiores a un millón con gran éxito.
Desde la década de 1965, se han utilizado materiales de resina para todo tipo de pasatapas hasta las tensiones más altas. La flexibilidad de utilizar una forma moldeable de aislamiento ha reemplazado el aislamiento de papel en muchas áreas de productos y domina el mercado de casquillos aislados existente.
Al igual que con el aislamiento de papel, el control de los campos de tensión eléctrica sigue siendo importante. El aislamiento de resina tiene mayor rigidez dieléctrica que el papel y requiere menos control de tensión a voltajes inferiores a 25 kV. Sin embargo, algunos diseños de celdas compactos y de mayor capacidad tienen materiales puestos a tierra más cerca de los bushings que en el pasado y estos diseños pueden requerir pantallas de control de tensión en bushings de resina que operan a velocidades tan bajas como 12 kV. Los puntos de fijación a menudo son integrales con la forma de resina principal y están presentes menos problemas para los materiales conectados a tierra que las bridas metálicas utilizadas en los casquillos de papel.
Sin embargo, se debe tener cuidado en los diseños de casquillos aislados con resina que utilizan pantallas fundidas internamente de modo que el beneficio del control del campo de tensión eléctrica no se vea compensado por el aumento de la descarga parcial causada por las dificultades de eliminar microhuecos en la resina alrededor de las pantallas durante la fundición. proceso. La necesidad de eliminar los huecos en la resina se vuelve más sensible a medida que aumentan los voltajes, y es normal volver al aislamiento de papel laminado impregnado de resina para bushings con capacidad nominal superior a 72,5 kV.
Los bujes a veces fallan debido a descargas parciales . A veces esto se debe a la degradación lenta y progresiva del aislamiento durante muchos años de servicio energizado; sin embargo, también puede tratarse de una degeneración rápida que destruye un buen casquillo en cuestión de horas. Actualmente, existe un gran interés por parte de la industria del suministro eléctrico en monitorear el estado de los bushings de alta tensión. Sin embargo, algunos bushings que fallan temprano en el servicio se deben a fallas en el control del voltaje o en la realización de mantenimiento esencial, mientras que otros se relacionan con mecanismos de falla incipientes incorporados en la fabricación. Esta opinión se evidencia en la minoría de fallas de casquillos en todo el mundo.
Generalmente se realiza un análisis del método de elementos finitos antes de calificar un casquillo para su uso en un nuevo equipo/ubicación. Esto es especialmente cierto en el caso de pasatapas alrededor de conductores de alta tensión. El análisis eléctrico generalmente se centra en la creación del campo eléctrico alrededor del conductor y cómo la forma del casquillo afecta ese campo. El análisis estructural considera las cargas (viento, nieve, terremotos, lluvia, etc.) que se espera que sobreviva el casquillo.
