2.-Articulo cálculo de la cadena de aisladores

Cálculo de la cadena de aisladores 1.- Introducción Para comprobar la validez de una cadena de aisladores es necesario determinar que cumple frente a las características eléctricas y mecánicas exigidas en el Reglamento. Así pues debemos dirigirnos al apartado 4.4 de la ITC-LAT 07 donde cita que la tensión permanente en servicio industrial y las sobretensiones temporales determinan la longitud mínima de aislamiento necesaria de la cadena de aisladores y que estos aisladores deben ser seleccionados en función del nivel de polución previsto para la línea. En cuanto a los criterios mecánicos debemos remitirnos al punto 3.4 de la ITC-LAT 07, donde fija el coeficiente de seguridad mecánico a 3. Si bien este criterio deberá de ser revisado en dos situaciones, la primera en funcionamiento normal, en donde se deben tener el cuenta el peso de conductor y el de la propia cadena, y la segunda en funcionamiento anormal, o sea cuando se rompe el conductor, en cuyo caso la cadena deberá de resistir la rotura producida. Por otra parte las cadenas de aisladores se suelen determinar para cada tipo de conductor, nivel de tensión y vano tipo. Posteriormente habrá que comprobar su validez cuando sean instaladas en una línea real, teniendo entonces en cuenta las características de esta. 2.- Nivel de aislamiento Se entiende por nivel de aislamiento la relación que existe entre la longitud de la línea de fuga de la cadena de aisladores y la tensión más elevada que se adopte en la línea. La cadena de aisladores puede estar formada por un único elemento aislante, como ocurre en las cadenas fabricadas con materiales poliméricos, en cuyo caso la longitud de la línea de fuga será la de este elemento aislante, por otra parte la cadena de aisladores puede estar formada por varios elementos, como ocurre con las cadenas compuestas por aisladores de vidrio, de esta forma la longitud total de la cadena de aisladores será la suma de todos los elementos aislantes que la componen. El valor de la tensión mas elevada para una línea eléctrica viene reflejado en el punto 1.2 tabla 1 de la ITC-LAT 07 que seguidamente se reproduce. Tensión nominal de la red (kV) 3 6 10 15 20 25 30 45 66 110 132 150 220

Tensión más elevada de la red (kV) 3,6 7,2 12 17,5 24 30 36 52 72,5 123 145 170 245

400

420

Las líneas eléctricas presentan un comportamiento ante las solicitaciones dieléctricas, que determinan el valor de los siguientes parámetros. -

Tipo de aislador y longitud total de la línea de fuga de la cadena de aisladores. Distancia de los conductores al suelo. Distancia de los conductores de fase a los hilos de tierra. Distancia entre conductores de distinta fase. Distancia de los conductores al suelo.

Los aislamientos de las líneas tienen la propiedad de ser autoregenerables, externos y su geometría suele ser variable, ya que la acción del viento, los agentes externos contaminantes y las temperaturas, sin olvidar las sobrecargas hacen que las cadenas modifiquen su posición ideal. No es aconsejable, buscar la economía en las líneas ajustando el aislamiento a un nivel con aislamiento insuficiente, ya que así se producirán averías en las líneas. Es por ello necesario y obligatorio realizar un buen cálculo de la cadena de aisladores, tanto desde el punto de vista eléctrico como mecánico. 3.- Cálculo eléctrico En este apartado tendrá que comprobarse si el nivel de aislamiento de la cadena de aisladores es igual o superior al que se adopta para la línea. Este nivel de aislamiento viene determinado en la tabla 14 del punto 4.4 de la ITC-LAT 07 del Reglamento. Nivel de contaminación

I Ligero

II Medio

III Fuerte

Ejemplos de entornos típicos -Zonas sin industrias y con baja densidad de viviendas equipadas con calefacción. -Zona con baja densidad de industrias o viviendas, pero sometidas a viento o lluvias frecuentes. - Zonas agrícolas. - Zonas montañosas. - Tosas estas zonas están situadas al menos de 10 a 20 km del mar y no están expuestas a vientos directos del mar. -Zonas con industrias que no producen humo especialmente contaminante y/o con densidad media de viviendas equipadas con calefacción. -Zonas con elevada densidad de viviendas y/o industrias pero sujetas a vientos frecuentes y/o lluvia. -Zonas expuestas a vientos desde el mar, pero muy próximas a las costa. -Zonas con elevada densidad de industrias y suburbios de grandes ciudades con elevada densidad de calefacción generando

Línea de fuga específica nominal mínima mm/kV

16,0

20,0

25,0

IV Muy Fuerte

contaminación. -Zonas cercanas al mar o en cualquier caso, expuestas a vientos relativamente fuertes provenientes del mar. -Zonas, generalmente de extensión moderada, sometidas a polvos conductores y a humo industrial que produce depósitos conductores particularmente espesos. -Zonas, generalmente de extensión moderada, muy próximas a la costa y expuestas a pulverización salina o a vientos fuertes y contaminados desde el mar. -Zonas desérticas, caracterizadas por no tener lluvia durante largos periodos, expuestos a fuertes vientos que transportan arena y sal, y sometidas a condensación regular

31,0

La expresión que permite calcular el nivel de aislamiento es la siguiente. 𝐿í𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑒𝑛𝑎 (𝑚𝑚) 𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 �𝑚𝑚�𝑘𝑉 � = 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑚á𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑎 (𝑘𝑉)

El nivel de aislamiento que se obtiene de esta ecuación debe ser superior al elegido para la línea, según la tabla anterior. Esta expresión es válida para todas las cadenas de aisladores, sin embargo para el caso de las cadenas compuestas por varios elementos de aisladores de vidrio, se podría calcular el número de aisladores necesarios para un determinado nivel de aislamiento. En este caso la expresión del nivel de aislamiento quedaría. 𝐿í𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 (𝑚𝑚) ∗ 𝑛º 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 �𝑚𝑚�𝑘𝑉� = 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑚á𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑎 (𝑘𝑉) Despejando obtenemos el número de aisladores para una cadena determinada.

𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 �𝑚𝑚�𝑘𝑉� ∗ 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑚á𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑎 (𝑘𝑉) 𝑛º 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝐿í𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 (𝑚𝑚)

4.- Cálculo mecánico

Como se comentaba en la introducción al artículo, debemos remitirnos al punto 3.4 de la ITC-LAT 07, donde fija el coeficiente de seguridad mecánico a 3. Si bien este criterio deberá de ser revisado en dos situaciones, la primera en funcionamiento normal, en donde se deben tener el cuenta el peso de conductor y el de la propia cadena, y la segunda en funcionamiento anormal, o sea cuando se rompe el conductor, en cuyo caso la cadena deberá de resistir la rotura producida. 4.1.- Cargas normales En esta hipótesis se consideran las cargas que actúan en un funcionamiento normal de la línea, mediante suma de todas ellas, en este caso serán los pesos que gravitan sobre la cadena de aisladores, y que son debidos a.

-

Peso del conductor: viene definido por el gravivano, considerando las acciones del viento o hielo según la zona de la por donde transcurra la línea, en temas posteriores se abordará su cálculo. Peso de los aisladores. Peso de los herrajes. Contrapesos: si la cadena los necesita, por una desviación excesiva, mas adelante se verá esta desviación y el cálculo de los contrapesos si a lugar.

Por tanto la ecuación a comprobar será en este caso: 𝐶𝑆𝑁 =

𝑄𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑑𝑎𝑁) ≥3 𝑃𝐶𝑜𝑛𝑑 (𝑑𝑎𝑁) + 𝑃𝐴𝑖𝑠𝑙. (𝑑𝑎𝑁) + 𝑃𝐻𝑒𝑟𝑟. (𝑑𝑎𝑁) + 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜𝑠(𝑑𝑎𝑁)

La opción de instalar contrapesos para evitar la desviación excesiva de la cadena de aisladores, bien por la acción del viento, bien por una solicitación ascendente de los conductores de los vanos adyacentes, en apoyos de alineación, o apoyos de ángulo montados con cadenas de suspensión, nótese que en los apoyos de amarre, final de línea, o de ángulo tratados como amarre, las cadenas de aisladores son horizontales, y por tanto no se desvían, la solución de la instalación de contrapesos, aunque perfectamente permitida por el Reglamento, no es una solución técnica, por tanto se pueden eliminar y adoptar otras medidas correctoras. Así pues la anterior expresión queda. 𝐶𝑆𝑁 =

4.2.- Cargas anormales

𝑄𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑑𝑎𝑁) ≥3 (𝑑𝑎𝑁) 𝑃𝐶𝑜𝑛𝑑 + 𝑃𝐴𝑖𝑠𝑙. (𝑑𝑎𝑁) + 𝑃𝐻𝑒𝑟𝑟. (𝑑𝑎𝑁)

Las hipótesis anormales son la 3ª y 4ª del cálculo de apoyos, pero en concreto la que debe de resistir la cadena de aisladores sin romper debe ser 4ª, o sea de la de rotura de conductores, en este caso el coeficiente de seguridad será. 𝐶𝑆𝑁 =

𝑄𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑑𝑎𝑁) ≥3 𝐸𝑇𝑜𝑟𝑠𝑖ó𝑛 (𝑑𝑎𝑁)

El esfuerzo de torsión dependerá del tipo de apoyo y de la función que este tenga en la línea. Para calcular este esfuerzo de torsión debe realizarse de acuerdo con el punto 3.1.5 de la ITC-LAT 07 del Reglamento que especifica como debe realizarse el cálculo para cada tipo de apoyo. La tensión mecánica a aplicar será en la fase de diseño la de la carga de rotura del conductor dividida por el coeficiente de seguridad a adoptar en la línea y después aplicando los criterios del punto del Reglamento antes citado. En el caso de la comprobación en una línea se utilizará el valor de la componente máxima de la tensión en cada vano de regulación. Francisco José Sánchez Sutil Ingeniero de Organización Industrial Profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Jaén