AISLADORES

Cargo: Tcnico Electricista

Elemento: AISLADORES
Asesor: Sergio Gonzlez
Asesor interno: Diego Esteban Chaves

1. INTRODUCCIN
El aislamiento elctrico, es una parte imprescindible en todo el
sistema elctrico, pues gracias a este equipos y personas se
encuentran protegidos en contra de peligrosas corrientes que daan
los equipos o producen accidentes fatales a personas; en esta gua de
estudio se presentan conceptos del aislamiento que son importantes
para un ptimo trabajo con electricidad.

2. OBJETIVOS
Despus del estudio de esta gua el entrenado deber ser capaz
de:
Describir qu es el aislamiento elctrico.
Saber qu es una sobretensin.
Identificar las caractersticas que deben tener los aisladores.
Diferenciar los diferentes tipos de aisladores.
Identificar los tipos de aislamiento de equipos elctricos.

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Este documento es para uso interno del personal de WOODGROUP PSN, con fines
acadmicos. Se prohbe su reproduccin parcial o total con otros fines.

3. PRERREQUISITOS
Para un ptimo entendimiento de esta gua se recomienda el
estudio de:
Serie y paralelo.
Circuitos polifsicos
Ley de Ohm
Acometidas y conductores

3.4. DESCRIPCIN
El aislamiento elctrico se produce cuando se cubre un elemento de
una instalacin elctrica con un material que no es conductor de la
electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a
travs del elemento que recubre y lo mantiene en su trayectoria a lo
largo del conductor. Dicho material se denomina aislante elctrico. En
la Figura 1, se observa un aislante elctrico cubriendo un conductor.

Figura 1

Teniendo en cuenta la ley de ohm:

El voltaje hace que la electricidad fluya a lo largo de los

conductores, el aislamiento que cubre dichos alambres ejerce una
resistencia al paso de corriente, esta resistencia es mucho menor a lo
largo del alambre.

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Al aplicar la Ley de Ohm al alambre, se tiene que a menor

resistencia del alambre, se tendr ms corriente con el mismo voltaje.
Pero para la resistencia del aislante si se tiene mucha ms resistencia
en este, evidentemente la corriente de fuga ser mucho menor.
Es importante tener presente que ningn aislamiento es perfecto
(su resistencia no es infinita), de modo que cierta cantidad de
electricidad fluye a lo largo del aislamiento. Esta corriente puede ser,
muy pequea, pero se debe medir con un buen instrumento de prueba
de aislamiento, como el meghmetro.
En resumen, un buen aislamiento es el que no se deteriora al
aumentar el voltaje y por ende, la corriente, obtenindose una
resistencia alta, la cual se debe mantener en el tiempo. Esto se
visualiza al realizar mediciones peridicas y estudiando la tendencia
que provoca que un aislamiento se deteriore.
Existen diferentes tipos de sobretensiones que pueden deteriorar de
manera grave el aislamiento:
En rgimen permanente, o sobretensiones permanentes se
caracterizan por un sobre voltaje alto de duracin comprendida entre
microsegundos y milisegundos:
Frente lento: Frente de 20 microsegundos a 500 microsegundos,
cola de hasta 20 milisegundos.
Frente rpido: Frente de 0,1 microsegundos a 20
microsegundos, cola de hasta 300 microsegundos.
Frente muy rpido: Frente menor (que haya contacto elctrico)
Los materiales utilizados ms frecuentemente son los plsticos y
las cermicas.
En la Figura 2, se muestran frentes de sobretensin:
La sobretensin por una descarga atmosfrica es de corta duracin
pero en realidad los niveles de sobretensin alcanzados por esta son
bastante elevados, contrario a los niveles de sobretensin causados
por una maniobra, que son relativamente bajos pero son ms
duraderos.

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Figura 2

Un material aislante de la electricidad tiene una resistencia

tericamente infinita. Algunos materiales, como el aire o el agua son
aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por
ejemplo, aislante a temperatura ambiente y bajo condiciones de
frecuencia de la seal y potencia relativamente bajas, puede
convertirse en conductor. El aire tiene una resistencia que depende de
muchas variables como la temperatura, la humedad, etc. Pero cuando
esta resistencia se rompe por el nivel de tensin elevado es cuando se
produce un arco elctrico, pues la corriente buscar el camino ms
corto y sencillo para descargarse.
Materiales conductores: metales, hierro, mercurio, oro, plata, cobre,
platino, plomo, etc.
Materiales aislantes: plstico, madera seca, cermicas, etc.
4.1

AISLADORES

Los aisladores cumplen la funcin de sujetar mecnicamente el

conductor mantenindolo aislado de tierra y de otros conductores. Es
importante recordar que los conductores empleados en lneas areas,
en su mayora, son desnudos. Por lo tanto, se necesita aislarlos de los
soportes por medio de aisladores, fabricados con materiales aislantes
como la porcelana o el vidrio. La sujecin del aislador al poste, se
realiza por medio de herrajes. Pero adems, un aislador debe tener

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las caractersticas mecnicas necesarias para soportar los esfuerzos a

traccin o compresin a los que est sometido.
Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, las cualidades
especficas que deben cumplir los aisladores son:

Rigidez dielctrica suficiente para que la tensin de perforacin

sea lo ms elevada posible. Esta rigidez depende de la calidad del
vidrio o porcelana y del grueso del aislador. La tensin de perforacin
es la tensin con la cual se puede producir el arco a travs de la masa
del aislador.

Disposicin adecuada, de forma que la tensin de

contorneamiento presente valores elevados y por consiguiente no se
produzcan descargas de contorno entre los conductores y el apoyo, a
travs de los aisladores. La tensin de contorneamiento es la tensin
con la cual se puede producir el arco a travs del aire, siguiendo la
mnima distancia entre fase y tierra, es decir, el contorno del aislador.
Esta distancia se llama lnea de fuga.

Resistencia mecnica adecuada para soportar los esfuerzos

demandados por el conductor, por lo que la carga de rotura de un
aislador debe ser por lo menos igual a la del conductor que tenga que
soportar.

Resistencia a las variaciones de temperatura.

Ausencia de envejecimiento.

Los aisladores son, de todos los elementos de la lnea, aquellos en

los que se pondr el mximo cuidado, tanto en su eleccin, como en
su control de recepcin, colocacin y vigilancia en explotacin. En
efecto, frgiles por naturaleza, se ven sometidos a esfuerzos
combinados, mecnicos, elctricos y trmicos, colaborando todos ellos
a su destruccin.
4.2

MATERIALES EMPLEADOS EN LOS AISLADORES

4.2.1 AISLADORES DE PORCELANA

Su estructura debe ser homognea y para dificultar las adherencias
de la humedad y polvo, la superficie exterior est recubierta por una
capa de esmalte. Estn fabricados con caoln y cuarzo de primera
calidad.
4.2.2 AISLADORES DE VIDRIO
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Estn fabricados por una mezcla de arena silcea y de arena

calcrea. El material es ms barato que la porcelana, pero tienen un
coeficiente de dilatacin muy alto, que limita su aplicacin en lugares
con cambios grandes de temperatura; la resistencia al choque es
menor que en la porcelana. Sin embargo, debido a que el costo es
ms reducido y su transparencia facilita el control visual, hacen que
sustituyan en muchos casos a los de porcelana.
4.2.3 AISLADORES DE ESTEATITA Y RESINAS EPOXICAS
Se emplean cuando han de soportar grandes esfuerzos mecnicos,
debido a que su resistencia mecnica es aproximadamente el doble
que los de porcelana, y sus propiedades aislantes tambin son
superiores; sin embargo, el inconveniente es que tienen mayor costo.
4.3

TIPOS DE AISLADORES

4.3.1 AISLADORES FIJOS

Estn unidos al soporte por un herraje fijo y no pueden, por
consiguiente, cambiar normalmente de posicin despus de su
montaje. Su forma general es la de una campana que lleva en su parte
superior una garganta sobre la que se fija el conductor por una
ligadura (de hilo de cobre recocido para conductores de cobre o de
hilo de aluminio para conductores a base de aluminio). Este aislador
es el ms simple y pertenece a las lneas de baja tensin.
4.3.2 AISLADORES EN CADENA O SUSPENDIDOS
Estn constituidos por un nmero variable de elementos segn la
tensin de servicio; estas cadenas son mviles alrededor de su punto
de unin al soporte, y adems, las articulaciones entre elementos
deben tener bastante libertad para que los esfuerzos de flexin
queden amortiguados; estas articulaciones suelen ser de rtula.
Este tipo de aislador es el ms empleado en media y en alta
tensin, ya que presenta las siguientes ventajas:
Permite elevar la tensin de funcionamiento con slo aumentar
la longitud de la cadena, es decir, colocando ms elementos.
No se interrumpe el servicio por rotura de un aislador, ya que la
cadena sigue sustentando al conductor.
Presenta una gran economa en la reparacin de las cadenas,
pues solamente es necesario cambiar el elemento averiado.
Existen diversos tipos de aisladores de cadena, que a continuacin
se detallan:

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 Caperuza-vstago, este aislador se compone de una campana

de porcelana o vidrio templado, en forma de disco y que lleva en
su parte inferior algunas ondulaciones. En la parte superior de la
campana est empotrada una caperuza de fundicin o acero, y
en su parte inferior en un hueco bastante reducido, lleva un
vstago sellado al aislador.

Figura 3

Campana (discos), este elemento est constituido por un ncleo

cilndrico de porcelana de dimetro comprendido entre 60 y 85
mm., y provisto de dos faldas anchas. La unin de los aisladores
campana entre s se hace con un pequeo vstago cilndrico
terminado en dos rtulas (Figura 4). La diferencia esencial entre
el aislador campana y el elemento caperuza-vstago, reside en
el hecho de que el primero es rigurosamente imperforable en
servicio, mientras que el segundo puede, en ciertas
circunstancias, perforarse antes de ser contorneado,
especialmente por la accin simultnea de esfuerzos mecnicos
y acciones elctricas.

Figura 4
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 Langstab, este modelo es un mejoramiento del aislador Motor y

se denomina Langstab (larga lnea de fuga). Est constituido por
un largo cilindro de porcelana de 80 a 100 cm., con
ondulaciones bastante profundas y terminado en dos caperuzas
(Figura 5).

Figura 5

4.3.3 AISLADORES ESPECIALES

Antiniebla, su principal caracterstica consiste en tener
ondulaciones ms profundas que permitan una mayor tensin de
contorneamiento.
De costa, la campana exterior es ms ancha y alta, de forma
que protege completamente contra el roco a las faldas
interiores. Los depsitos de humedad (niebla, roco,
condensacin de origen variable) lo mismo que el depsito de
cuerpos conductores extraos (humos industriales) reducen
considerablemente la tensin de contorneamiento de los
aisladores. La proteccin ms difcil de realizar es la de lneas
en regiones industriales, pues los materiales contaminantes se
introducen en todas las ranuras del aislador.
4.3.4 CARACTERSTCAS MECNICAS Y ELCTRICAS DE LOS
AISLADORES
CARACTERISTICAS MECANICAS
Los aisladores de cadena deben soportar solo cierta traccin 7000,
16000 o ms kgf (kilogramos fuerza). Por su parte, los aisladores
rgidos deben soportar cierta compresin y/o cierta flexin.
Los ensayos de caractersticas mecnicas se hacen con pruebas
elctricas simultneas. Al estar sometidos a las inclemencias del
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tiempo la caracterstica mecnica ms importante es la resistencia al

choque trmico (que simula el pasar del pleno sol a la lluvia).
A la hora de determinar los requerimientos mecnicos de los
aisladores, tambin se considera que los aisladores estn expuestos a
actos vandlicos (tiros con armas, proyectiles ptreos u objetos
metlicos arrojados). Por esta razn es importante que tengan cierta
resistencia al impacto.
Frente a estas necesidades de resistencia a impactos, cada uno de
los tres tipos de materiales tiene un comportamiento distinto. El vidrio
puede estallar por lo que una caracterstica muy importante es que la
cadena no se corte por este motivo. La porcelana cuando se rompe
puede perder algn trozo aunque generalmente mantiene la integridad
de su cuerpo. Es decir, mecnicamente no pierde caractersticas solo
son afectadas sus caractersticas elctricas. Como los aisladores
compuestos tienen menor tamao que las dems alternativas, es
menos probable que una agresin vandlica acierte en el blanco. Por
ltimo, los materiales flexibles son la mejor opcin ya que no se
rompen por los impactos y las caractersticas del aislador no son
afectadas.
En resumen, las caractersticas mecnicas de los aisladores son:
traccin, resistencia de choque trmico y resistencia a impactos.
CARACTERISTICAS ELECTRICAS
Los aisladores deben soportar una tensin de frecuencia industrial e
impulsos producidos por maniobras elctricas y/o descargas
atmosfricas (ver Figura 2); esto en condiciones secas o de lluvia. La
tensin resistida est influenciada por la forma de los electrodos
extremos del aislador. Una caracterstica importante es la
radiointerferencia ligada a la forma del aislador, a su terminacin
superficial y a los electrodos (morseteria).
En las cadenas de aisladores, especialmente cuando el nmero de
elementos es elevado, la reparticin de la tensin debe ser
controlada con electrodos adecuados; o al menos cuidadosamente
estudiadas a fin de verificar que en el extremo crtico las solicitaciones
que se presentan sean correctamente soportadas.

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La geometra del perfil de los aisladores es muy importante en su

buen comportamiento bajo condiciones normales, bajo lluvia y en
condiciones de contaminacin. La contaminacin puede ser salina
como la presentada en las aplicaciones reales cerca del mar o
desiertos. Tambin puede haber contaminacin de polvos cerca de
zonas industriales.
La contaminacin salina y de polvos industriales puede ser lavada
por la lluvia, pero en ciertos lugares no llueve suficiente para que se
produzca este efecto beneficioso o la contaminacin es muy elevada.
Por esta razn, la seleccin de una buena terminacin superficial del
aislante es muy importante para que la adherencia del contaminante
sea menor y se aumente la duracin. Una caracterstica interesante de
los materiales compuestos siliconados es el rechazo a la adherencia
de los contaminantes y/o de agua. Por lo que este material es el mejor
para aplicaciones con alta contaminacin
La resistencia a la contaminacin exige aumentar la lnea de fuga
superficial del aislador la cual se mide en mm/kV (fase tierra). Se
recomienda que este parmetro tenga valores de 20, 30 a 60, 70
mm/kv segn la clasificacin de la posible contaminacin ambiente.
4.4

CLASES DE AISLAMIENTO

En la industria de electrodomsticos de fabricacin elctrica se

utilizan distintas clases de aislamientos estandarizados por la IEC
(iniciales en ingls de Comisin Electrotcnica Internacional). La
clasificacin sirve para diferenciar entre las condiciones de conexin
de proteccin de las tierras de los dispositivos. Aunque estn
relacionados, no se debe confundir con el grado de aislamiento que
se utiliza entre circuitos elctricos.

4.4.1 CLASE 0
Estos aparatos no tienen conexin de proteccin de las tierras y
cuentan con un nico nivel de aislamiento. Se utilizan con frecuencia
en zonas secas.
4.4.2 CLASE I
Estos aparatos deben tener su chasis conectado a una toma de
tierra por un conductor. Un fallo en el aparato hace que un conductor
con activo entre contacto con la carcasa lo que causar un flujo de
corriente en el conductor de tierra. Esta corriente debe pasar a travs
de un dispositivo de proteccin contra sobrecorriente (fusible o
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interruptor magnetotrmico) o un interruptor diferencial (interruptor de

circuito por falla de tierra), que cortar el suministro de electricidad en
el aparato.

Figura 6

4.4.3 CLASE II
Dispositivo de Clase II o aparato con doble aislamiento elctrico es
uno que ha sido diseado de tal forma que no requiere una toma a
tierra de seguridad elctrica. El requisito bsico es que un fallo simple
no puede dar lugar a tensiones peligrosas que se exponga lo que
podra causar una descarga elctrica y que esto se logra sin depender
de una caja metlica conectada a tierra. Esto se consigue
normalmente por que tiene dos capas de material aislante que rodea
las partes con tensiones peligrosas o utilizando un aislamiento
reforzado.

Figura 7

4.4.4 CLASE III

Un aparato de Clase III est diseado para ser alimentado por una
fuente de alimentacin SELV (por sus siglas en ingls: "Separated or
Safety Extra-Low Voltage"). La tensin de una fuente de SELV es lo
suficientemente bajo para que, en condiciones normales, una persona
puede entrar en contacto con ella sin correr el riesgo de descarga
elctrica. Por tanto no es necesario incorporar la seguridad que llevan
los aparatos de Clase I y Clase II. Para el cumplimiento de los
dispositivos mdicos la Clase III no se considera suficiente la
proteccin.

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Figura 8

4.5

EFECTO CORONA

El efecto corona se presenta cuando el potencial de un conductor

en el aire se eleva hasta valores tales que sobrepasan la rigidez
dielctrica del aire que rodea al conductor. El efecto corona se
manifiesta por luminiscencias o penachos azulados que aparecen
alrededor del conductor, ms o menos concentrados en las
irregularidades de su superficie. La descarga va acompaada de un
sonido silbante y de olor de ozono. Si hay humedad apreciable, se
produce cido nitroso. La corona se debe a la ionizacin del aire. Los
iones son repelidos y atrados por el conductor a grandes velocidades,
producindose nuevos iones por colisin. El aire ionizado resulta
conductor (si bien de alta resistencia) y aumenta el dimetro eficaz del
conductor metlico. En las lneas de transmisin, el efecto corona
origina prdidas de energa y, si alcanza cierta importancia, produce
corrosiones en los conductores a causa del cido formado. El efecto
corona es funcin de dos elementos: la diferencia potencial en la
superficie del conductor y la rigidez dielctrica del aire en la superficie,
valor que a su vez depende de la presin atmosfrica y la
temperatura.

BIBLIOGRAFA
[1] IEC 61140: Protection against electric shock Common aspects
for installation and equipment. International Electrotechnical
Commission. 2001. (formerly: IEC 536-2: Classification of electrical
and electronic equipment with regard to protection against electric
shock, 1992)
[2] BS 2754 : 1976 (1999): Memorandum. Construction of electrical
equipment for protection against electric shock.
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[3] Libro Instalaciones de Potencia de Marcelo A. Sobrevila ao 1987,

paginas 218,219,220,221.
[4] Informacin extrada del libro Lneas de Transporte de Energa de
Luis Mara Checa, capitulo 8.

31-01-2013

Rev. Fecha

Proyecto EASY

Motivo de su
emisin

Sergio Bacca

Carlos Caicedo

Preparado Revisado

WGPSN

Aprobado

Cliente

Nmero de documento:

CO-ELE21

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