aislamiento en lineas de transmision aereas.docx

7/23/2019 AISLAMIENTO EN LINEAS DE TRANSMISION AEREAS.docx

http://slidepdf.com/reader/full/aislamiento-en-lineas-de-transmision-aereasdocx 1/13

AISLAMIENTO EN LINEAS DE TRANSMISION AEREAS

I. INTRODUCCIÓN.

Los sistemas de aislamiento en líneas de transmisión comprenden principalmente dos elementos: elaire y los elementos aisladores. Al ubicarse las líneas de transmisión al aire libre y cubrir, en muchoscasos, cientos de kilómetros se hace necesario considerar diversos factores para un buen desempeñodel aislamiento. Estos factores deben tomar en cuenta los espaciamientos mínimos línea-estructura,línea-tierra y entre fases, el rado de contaminación del entorno, la cantidad de elementos aisladores aconsiderar y la correcta selección de estos.

Los aisladores cumplen la función de su!etar mec"nicamente el conductor manteni#ndolo aislado detierra y de otros conductores. $eben soportar la cara mec"nica %ue el conductor transmite a la torre atrav#s de ellos. $eben aislar el#ctricamente el conductor de la torre, soportando la tensión encondiciones normales y anormales, y sobretensiones hasta las m"&imas previstas '%ue los estudios decoordinación del aislamiento definen con cierta probabilidad de ocurrencia(.

La tensión debe ser soportada tanto por el material aislante propiamente dicho, como por su superficie yel aire %ue rodea al aislador. La falla el#ctrica del aire se llama contorneo, y el aislador se proyecta para%ue esta falla sea mucho m"s probable %ue la perforación del aislante sólido.

)ure la importancia del diseño, de la eometría para %ue en particular no se presenten en el cuerpodel aislador campos intensos %ue inicien una crisis del sólido aislante.

MATERIALES DE LOS AISLADORES

*istóricamente se han utili+ado distintos materiales, porcelana, vidrio, y actualmente materialescompuestos, y la evolución ha ocurrido en la bs%ueda de me!ores características y reducción decostos.

/0ELA1A. Es una pasta de arcilla, caolín, cuar+o o almina se le da forma, y por horneado seobtiene una cer"mica de uso el#ctrico. Este material es particularmente resistente a compresión por lo%ue se han desarrollado especialmente diseños %ue tienden a solicitarlo de esa manera.

23$/3. 0ristal templado %ue cumple la misma función de la porcelana, se traba!a por moldeadocol"ndolo, debiendo ser en eneral de menos costo.

)e puede afirmar %ue en eneral la calidad de la porcelana puede ser m"s controlada %ue la del vidrio,esta situación es evidenciada por una menor dispersión de los resultados de los ensayos de rotura.

4A5E/3ALE) 046E)5): 7ibras de vidrio y resina en el ncleo, y distintas 8omas8 en la partee&terna, con formas adecuadas, han introducido en los años m"s recientes la tecnoloía del aisladorcompuesto.

Estas modernas soluciones con ciertas formas y usos ponen en evidencia sus venta!as sobre porcelanay vidrio.

FORMA DE LOS AISLADORES

La forma de los aisladores est" en parte bastante liada al material, y se puede hacer la siuienteclasificación:

A3)LA$/E) $E 0A4A1A, 'tambi#n llamados de disco( eneralmente varios forman una cadena, sehacen de vidrio o porcelana con insertos met"licos %ue los articulan con un rado de libertad 'hor%uilla(o dos 'caperu+a y bada!o, cap and pin(. Las normas fi!an con detalle eometría, tamaños, resistenciaelectromec"nica, ensayos.



A3)LA$/E) $E 9A//A, los hay de porcelana, permiten reali+ar cadenas de menor cantidad deelementos 'm"s cortas(, la porcelana traba!a a tracción y e&isten pocos fabricantes %ue ofrecen estasolución, especialmente si se re%uieren elevadas prestaciones, ya %ue no es una solución natural paraeste material, en cambio es la solución natural de los aisladores de suspensión compuestos.

4ientras %ue para la porcelana se limita la lonitud de la barra y en consecuencia para tensioneselevadas se forma una cadena de alunos elementos, para el aislador compuesto siempre se reali+a unnico elemento capa+ de soportar la tensión total.

A3)LA$/E) /33$), en tensiones ba!as y medias tienen forma de campana, montados sobre unperno 'pin type( y se reali+an de porcelana o vidrio. A medida %ue la tensión crece, tamaño y esfuer+ostambi#n, y se transforman en aisladores de columna aptos para soportar esfuer+os de compresión y defle&ión 'post type( y pueden asumir la función de cruceta en líneas de diseño compacto.

En estos casos pueden ser de porcelana y modernamente de materiales compuestos, cuando elesfuer+o vertical a %ue se somete la 8via8 aislante es muy elevado se area un tensor del mismomaterial 'inclinado ;< rados eneralmente( dando orien a una forma de 2 hori+ontal.

Los aisladores se completan, como ya indicado, con insertos met"licos de formas estudiadas para lafunción, y %ue tienden a conferir movilidad 'en las cadenas( o adecuada riide+ 'en las columnas(.

Al especificar los aisladores se resaltan dos tipos de características, %ue deben combinar por sufunción, las mec"nicas, y las el#ctricas.

CARACTERISTICAS MECANICAS

Los aisladores de cadena deben soportar solo cierta tracción =>>>, ?@>>> o m"s k. $eben soportarcierta compresión, yo cierta fle&ión.

Al estar sometidos a las inclemencias del tiempo una característica muy importante es la resistencia alcho%ue t#rmico '%ue simula el pasar del pleno sol a la lluvia(.

5ambi#n por los sitios donde se instalan, los aisladores son sometidos a actos vand"licos 'tiros conarmas, proyectiles p#treos o met"licos arro!ados(, es entonces importante cierta resistencia al impacto.

7rente a estas necesidades, el comportamiento de los tres tipos de materiales es totalmente distinto, elvidrio puede estallar, siendo una característica muy importante %ue la cadena no se corte por estemotivo. La porcelana se rompe perdiendo aln tro+o pero eneralmente mantiene la interidad de sucuerpo, mec"nicamente no pierde características, solo son afectadas sus características el#ctricas. 0onlos aisladores compuestos por su menor tamaño es menos probable %ue la aresión acierte el blanco,los materiales fle&ibles no se rompen por los impactos y las características del aislador no sonafectadas.

CARACTERISTICAS ELECTRICAS

Los aisladores deben soportar tensión de frecuencia industrial e impulso 'de maniobra yoatmosf#ricos(, tanto en seco como ba!o lluvia. 3nfluyen en la tensión resistida la forma de los electrodose&tremos del aislador.

6na característica importante es la radio-interferencia, liada a la forma del aislador, a su terminaciónsuperficial, y a los electrodos 'morsetería(.

En las cadenas de aisladores, especialmente cuando el nmero de elementos es elevado la reparticiónde la tensión debe ser controlada con electrodos adecuados, o al menos cuidadosamente estudiada afin de verificar %ue en el e&tremo crítico las necesidades %ue se presentan sean correctamentesoportadas.

La eometría del perfil de los aisladores tiene mucha importancia en su buen comportamiento en



condiciones normales, ba!o lluvia, y en condiciones de contaminación salina %ue se presentan en lasaplicaciones reales cerca del mar o desiertos, o contaminación de polvos cerca de +onas industriales.La contaminación puede ser lavada por la lluvia, pero en ciertos luares no llueve suficiente para %ue seprodu+ca este efecto beneficioso, o la contaminación es muy elevada, no hay duda de %ue laterminación superficial del aislante es muy importante para %ue la adherencia del contaminante sea

menor, y reducir el efecto 'aumentar la duración(.6na característica interesante de los materiales compuestos siliconados es un cierto recha+o a laadherencia de los contaminantes, yo al aua.

La resistencia a la contaminación e&ie aumentar la línea de fua superficial del aislador, esta se mideen mmkv 'fase tierra(, y se recomiendan valores %ue pasan de B>, C> a @>, => mmkv sen laclasificación de la posible contaminación ambiente.

En este artículo se hace una revisión de las características diel#ctricas del aire, tipos de aisladores y losensayos a los %ue deben someterse estos.

II. EL AIRE EN EL AISLAMIENTO DE LÍNEAS.

El aire es sin luar a dudas el m"s usado de los aislantes para líneas de transmisión de enería. Losfactores %ue pueden influir a la riide+ diel#ctrica del aire son:

D $ensidad del aire.D Altura sobre el nivel del mar.D *umedad y presencia de partículas contaminantes.

Este ltimo factor ad%uiere ran importancia en el diseño y manutención de los elementos aisladores.

III. AISLADORES DE LÍNEA.

En las líneas de transmisión se distinuen b"sicamente tres tipos de aisladores:

D )uspensión.D 9arra lara.D oste

Los aisladores de suspensión o disco, son los más empleados

en las líneas de transmisión, se fabrican de vidrio o porcelana

uniéndose varios elementos para conformar cadenas deaisladores de acuerdo al nivel de tensión de la línea y el grado

de contaminación del entorno.

AISLADOR DE SUSPENSION DE

PORCELANA 10" 25,000 LBS

En esta fiura se aprecian los principales tipos de aisladores de suspensión:



Los aisladores de barra larga comenzaron a desarrollarse

hace 30 aos. !onstituyen elementos de una sola pieza y sefabrican de porcelana o de materiales sintéticos "composite

insulators#. $stos aisladores re%uieren menos manutención

%ue los del tipo disco, no obstante su costo es más elevado.$n esta figura se aprecia un aislador de barra larga

sintético.

Los aisladores de tipo poste se fabrican con porcelana omateriales sintéticos. &e utilizan poco en líneas detransmisión y para tensiones por sobre '30 (). &u principal

aplicación está en aparatos de subestaciones. $n la figura 3 se

tiene un aislador de tipo poste.

$esde el punto de vista de condiciones ambientales los aisladores se fabrican de dos tipos:

D 1ormales.D ara ambiente contaminante 'tipo niebla(.

or su construcción los aisladores pueden ser:

D 5ipo alfiler.D 5ipo suspensión.



AISLADOR TIPO POSTE 230 KV

PARA POSTE DE MADERA

Los aisladores de porcelana vidriada por lo general contienen un*0+ de caolín, '*+ de feldespatos y '*+ de cuarzo, la porcelana

debe ser moldeada por los procedimientos en hmedo. -ebe ser

homogénea, compacta sin porosidad y toda la superficie después

de armado debe ser verificada.

IV. DETERIORO

Las propiedades el#ctricas y el comportamiento de los aisladores no cer"micos dependenprincipalmente de sus propiedades superficiales 'como la hidrofobicidad( y de los cambios de estaspropiedades debidos a la e&posición a la intemperie 'enve!ecimiento(.

simismo, dicho comportamiento depende también de un

diseo adecuado al reducir el nmero de interfaces donde se

pueden presentar ar%ueos y donde puede ocurrir unadegradación acelerada del material.

$l proceso de selección de un aislador no cerámico para una

aplicación particular debe incluir un análisis de losmateriales disponibles, de la e/periencia operativa, del

dimensionamiento de su longitud y distancia de fuga, de los

resultados de pruebas de enveecimiento acelerado y de las

condiciones bao las cuales va a operar.

Los aisladores no cer"micos est"n su!etos a diferentes condiciones ambientales y de contaminación,por lo %ue el material de los faldones y de la cubierta debe ser capa+ de soportar los efectos de las

descaras superficiales 'erosión o trackin( y diversos mecanismos de falla %ue pueden presentarse encampo.

Mecanismos de degradación asociados con a e!"osición a a in#em"erie.

Los aisladores no cer"micos pueden enve!ecerse y presentar cambios debido a los mltiples esfuer+osencontrados en servicio, ya %ue tienen uniones m"s d#biles %ue los materiales cer"micos.

El enve!ecimiento y la vida esperada de los aisladores no cer"micos dependen de varios factores,



muchos de los cuales est"n asociados con la e&posición a la intemperie, mientras %ue otros est"nrelacionados con las condiciones de operación. Aun%ue el e&ponerse a los elementos naturales hademostrado %ue enve!ece los materiales, e&iste una ran e&periencia %ue suiere %ue la vida delaislador est" m"s relacionada con diseños de pobre desempeño y un mal control de calidad durante elproceso de fabricación.

El enve!ecimiento se refiere al proceso %ue causa la falla del aislador para poder cumplir con su función.$ependiendo de los materiales utili+ados en los aisladores, de su diseño y de las condicionesambientales, se pueden enerar diferentes mecanismos de deradación %ue pueden provocar la falladel aislador. Alunos de estos mecanismos son:

• $iversas formas de falla mec"nica de la barra de fibra de vidrio.

• 7ormación de caminos conductores sobre la superficie del material aislante.

• Aparición de partículas del relleno en la superficie aislante.

• 0ambios en el color base del material aislante.

• /ompimiento del material no cer"mico como resultado de la e&posición a altos nivelesde enería 62 asociada con la presencia de corona.

• 0orrosión de las partes met"licas debido a la reacción %uímica con el ambiente.

• 4icrofracturas superficiales con profundidades entre >.>? y >.? mm.

• /ompimiento del material adhesivo usado para unir %uímicamente dos materiales delaislador.

• #rdida sinificante del material aislante, irreversible y no conductora 'erosión(.

• E&posición de la barra de fibra de vidrio al ambiente.

• 7racturas superficiales con profundidad mayor a >.? mm.

• 7ua de rasa de las interfaces faldón-cubierta o faldón-ncleo hacia la superficie.

• enetración de aua en forma lí%uida o vapor, causando el ablandamiento de cubiertao faldones 'hidrólisis(.

• #rdida de hidrofobicidad.

• #rdida de adhesión del sello de los herra!es.

• $años por arco de potencia.

• $años por perforación.

• )eparación o apertura del material aislante.



• $años por vandalismo

V. $RUE%AS

ueden clasificarse de la siuiente manera:

D ruebas el#ctricas de fabricaciónD ruebas de aisladores simulando condiciones ambientales y de poluciónD ruebas de campo.D ruebas mec"nicas.D ruebas el#ctricas de fabricación

Estos ensayos incluyen las pruebas para determinar las tensiones disruptivas en aisladores afrecuencia industrial y ante impulso. Estas pruebas se describen con detalle en la norma A1)30 B.?-?FB.

tro ensayo reali+ado en el proceso de fabricación de aisladores es la detección de descaras

parciales, sean estas descaras e&ternas e internas. ara la primera se emplea el m#todo de detecciónvisual de corona y para las descaras internas se aplica la t#cnica de la radio interferencia.

b( ruebas de aisladores simulando condiciones ambientales y de polución.

Estos ensayos se llevan a cabo en c"maras especiales y simulan las distintas condiciones a las %ue severía sometido un aislador a la intemperie. Los ensayos m"s empleados son:

D rueba de la lluvia artificial.D 4#todo de la neblina normal.D 4#todo de la neblina salada.

Gltimamente han surido nuevos ensayos desarrollados por la )5/3 ')Hedish 5ransmission /esearch

3nstitute( y %ue pretenden simular de manera m"s fidedina las condiciones de polución a las %ue sesometerían el aislador en la realidad. Entre estos m#todos destacan:

4#todo de la capa de sal seca.4#todo del ciclo de polvo.

El primer m#todo constituye un ensayo %ue permite simular, de manera m"s real %ue la t#cnica de laneblina salada, el aire marino propio de las +onas costeras. or su parte, el m#todo del ciclo de polvofue desarrollado con el fin de habilitar una t#cnica %ue simule distintas condiciones ambientales decontaminación para aisladores cer"micos y sint#ticos por medio de un solo m#todo.

c( ruebas de campo.

Estos ensayos se reali+an en el mismo luar donde se ubica el aislador o cadena de aisladores a

probar, por lo eneral se llevan a cabo en línea viva, vale decir sin necesidad de des-eneri+ar la líneade transmisión a la cual pertenecen estos elementos. Los ensayos de campo de aisladores incluyen alos siuientes:

D 4onitoreo de la corriente de fua a trav#s de la superficie del aislador.D $etección de fallas mediante m#todos acsticos.D $etección de fallas mediante medición y reistro de campo el#ctrico.

El ob!etivo principal de estas pruebas es detectar aisladores defectuosos o dañados en servicio y



prevenir eventuales fallas en estos mediante un control periódico.

d( ruebas mec"nicas.

Las pruebas mec"nicas a las %ue se someten los aisladores tienen el ob!etivo de determinar si el

elemento tendr" la suficiente resistencia mec"nica en el sostenimiento del peso de la línea detransmisión, viento, lluvia, nieve y acciones vand"licas.

VI. COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO EN LAS LÍNEAS DE TRASMISIÓN

El procedimiento de coordinación de aislamiento de una línea debe efectuarse considerando los volta!es%ue pueden aparecer como son los transitorios en el sistema el#ctrico al %ue est" conectada.El concepto coordinación de aislamiento, es el balance entre los esfuer+os el#ctricos sobre elaislamiento, %ue son el sobre-volta!e por descaras o maniobras así como otras sobretensionestemporales como inducciones o contactos accidentales con otras l íneas y el propio volta!e %ue soportael aislamiento por su diseño. ara los propósitos de coordinación de aislamiento la especificación07EL>>>>->@, clasifica las líneas de sub-transmisión por sus volta!es m"&imos de diseño en la

cateoría 9 y de acuerdo a la e&periencia propia de 0.7.E., se define %ue las sobretensiones %ue m"safectan a #stos volta!es son las de orien por descaras atmosf#ricas, despreciando los de maniobras.$erivado de su tra+o, las líneas de sub-transmisión pueden cru+ar +onas con toporafía difícil oaccidentada y reiones con altos índices de densidad de rayos a tierra, #stas son las líneas %ue por loeneral presentan m"s fallas por descaras atmosf#ricas.ara reducir el nmero de salidas por esta causa, deben ser observados ciertos par"metros y muyparticularmente se tienen %ue controlar los siuientes:

D La lonitud de la cadena de aisladoresD El "nulo de blinda!e, verificando el diseño de las estructuras.D El sistema de cone&ión a tierra

ara entender la coordinación de aislamiento, es necesario establecer el concepto de Tensión Críticade Flameo (TCF), el cual se obtiene de la curva de probabilidades de flameo, la TCF se determina

conpruebas de aplicación de volta!es y corresponde a a%uel volta!e con el cual el aislamiento soportacon un<> I de probabilidad, el producir rompimiento de su diel#ctrico. A partir de este concepto sedefine el Nivel Básico de Aislamiento al Impulso por Rayo (NBAI), como el volta!e en %ue se esperaun ?>I deprobabilidad de flameo, considerando una desviación est"ndar del CI, con lo %ue resulta lae&presión:

N%AI & '()*+TCF

+. DETERMINACIÓN DEL AISLAMIENTO.

La lonitud de una cadena de aisladores se debe diseñar para soportar los volta!es a los %ue essometida, para ello es necesario observar dos conceptos: istancia de Fu!a de los aisladores enfunción de los niveles y tipo de contaminación, y la "on!itud de la Cadena de Aisladores %ue est"dada por el volta!e de ar%ueo en aire entre conductores y estructura.

"#N$IT% & "A CA&NA & AI'"A#R&'

Esta lonitud se calcula con base al volta!e de ar%ueo en aire entre el conductor y la estructura, el cualdepende de la eometría de las puntas en donde se presente dicho ar%ueo, de forma empírica se haobtenido el volta!e de ar%ueo en aire de alunos cuerpos eom#tricos utili+ados como electrodos dereferencia.



0on este criterio, de la tensión crítica de flameo para impulsos por rayo, se tiene:

d TCF*co

$onde:

TCF Es la tensión crítica de flameo a las condiciones del luar donde se locali+a la línea.

*co Es el factor de electrodo en aire +r correido por la densidad de aire y humedad.

El factor *r es un volta!e de ar%ueo entre conductores y estructura %ue depende de la eometría de loselectrodos o elementos %ue intervienen y su distancia en aire tomada de la especificación 07E-L>>>>->@, 5abla ?. En ella, se proporciona el volta!e m"&imo de diseño, así como el 19A3 para las líneas desub-transmisión dependiendo de su volta!e de operación, los cuales presentamos en la 5abla B.$ebido a las diferentes altitudes en las %ue operan las líneas de sub-transmisión se hace necesaria lacorrección del *r proporcionado en la tabla de la especificación, ya %ue #ste es calculado a partir de lossiuientes valores:

5emperatura '5>(: B> J0

resión 'b>(: ?>?C mbar '=@> mm de *(

*umedad Absoluta 'h>(: ?? ramos de aua por metro cbico.



Las características el#ctricas del soporte, calculadas a condiciones normali+adas se deterioran con la



Directorio e ! I#$%tri E!&ctric e ! Re'()!ic Me*ic#!alle 12 m. 2*, !ol. &an 4edro de los 4inos, 03500 6é/ico -.7.

8els. 9*'"**# **1: 03'5, *';' <::<, *';' <:0<, **1* 15;0 dir=dirind.com

reparada en >.;< s $iseño y *o



mailto:[email protected]

aislamiento en lineas de transmision aereas.docx

Documents