Aisladores para Subestaciones

El aislamiento en las subestaciones

Teoría, análisis y ejemplo

La presentación es para uso estrictamente académico de los alumnos de la Universidad Nacional de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. No se vende ni se comercializa.

Prof. Juan Bautista R. Enero 2016

Aislamiento Selección de cadenas de aisladores para subestaciones

Documento Base: Estudios de Pre-Operatividad y Operatividad del Sistema e Ingeniería Básica y de Detalle de las SSEE 220 kV y 500 kV.

Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

Introducción Función de los aisladores: 1. Razón eléctrica: proveer el aislamiento para las líneas y equipos; 2. Razón mecánica: proveer la retención mecánica de los conductores, cables o barras rígidas de la subestación. Estos equipos están sometidos a condiciones de viento, contaminación, esfuerzos de cortocircuito y sismos que generan esfuerzos y tensiones sobre ellos.

Objetivo

Definir el tipo y características técnicas de las cadenas de aisladores a instalarse en las subestaciones.

CRITERIOS GENERALES

Los materiales de uso común son la 1. porcelana, 2. el vidrio 3. y materiales compuestos. Cada uno de éstos tiene sus ventajas y desventajas. Su elección depende de los criterios de aceptación de las mismas.

Desde el punto de vista de resistencia mecánica, eléctrica y de su comportamiento a la intemperie la porcelana presenta buenas características y representa un material confiable para la construcción de aisladores. Para la fabricación de aisladores de porcelana se emplea arcilla sílice, feldespato y cuarzo o alúmina que permiten obtener características tales como: baja porosidad, no absorción de agua, dureza, alta resistencia mecánica, resistencia al calor y alta temperatura de combustión.

Los aisladores de vidrio son fabricados con sílice óxido de calcio y óxido de sodio, lo que da como resultado un comportamiento eléctrico excelente, similar al de la porcelana, pero es más frágil, con una resistencia mecánica baja, por lo que debe someterse a procesos de endurecimiento.

En áreas de alta contaminación ambiental en donde pueden presentarse corrientes de fuga altas en la superficie de los aisladores, los álcalis que conforman el material pueden reaccionar con la humedad erosionando la superficie del aislador, lo cual podría producir astillamiento del mismo.

Para impactos, no es muy recomendable el uso de aisladores de vidrio en zonas de alta contaminación ambiental y vandalismo.

La tecnología de gomas de silicón fue introducida al mercado como un producto de aplicación específica en la solución de los problemas de aislamiento en zonas de vandalismo o en donde los aisladores cerámicos o de vidrio experimentaban descargas eléctricas debido al alto grado de contaminación.

Los aisladores de suspensión y anclaje de porcelana, vidrio o compuestos, son fabricados de diferentes formas, lo cual se ve reflejado en la distancia de fuga y en el número de elementos que conforman la cadena, para así acomodarse a las condiciones ambientales del sitio de la instalación.

Entre todas las formas utilizadas, la unidad normalizada en vidrio o porcelana tiene: 254 mm (10") de diámetro, 146 mm (5 3/4 ") de espaciamiento y 292 mm (11 1/2") de distancia de fuga.

Aisladores de anclaje

Aisladores de anclaje

Aisladores de suspensión

Procedimiento del Cálculo

La norma IEC 60815 (1986) se refiere a la selección de los aisladores para trabajo bajo condiciones de contaminación y es aplicable a los aisladores de suspensión, anclaje y tipo poste.

Por línea de fuga

La norma define cuatro niveles de contaminación y para cada nivel de contaminación se especifica la correspondiente distancia de fuga nominal en mm/kV (fase-fase), se presenta la tabla siguiente:

Nota: Obtenido de la Norma IEC 60071-2

3ra Edición

En los ejemplos todas las subestaciones han sido clasificadas con nivel de Contaminación Heavy (25 mm/kV), sustentados en análisis y/o estudios, de las Líneas: • Mantaro-Caravelí-Montalvo 500 kV y •

Machupicchu-Cotaruse 220 kV.

En la zonas de Montalvo y Caravelí. (Ampliación Subestación Montalvo 220 kV, Subestación Montalvo 500/220 kV y Subestación Caravelí), se considerará 31 mm/kV por ser zona de alta polución.

Distancia de fuga mínima nominal: De un aislador situado entre fase y tierra se determina de acuerdo con el nivel de contaminación del sitio por la siguiente relación:

D f min  K f U m K d

 Si Dm  300m 1.0  K d  1.1 Si 300m  Dm  500m  1.2 Si Dm  500m 

Factor de corrección debido al diámetro; puede tomar los siguientes valores dependiendo del diámetro promedio.

Tensión más elevada del material, valor fasefase, kV. Distancia de fuga específica mínima, tomada de la tabla IEC Distancia de fuga mínima nominal, mm.

El diámetro promedio se calcula teniendo en cuenta la forma constructiva del aislador.

Número de aisladores A partir del valor de distancia de fuga nominal (Dfmin) se define

D f min  K f U m K d

N  1.15

D f min Df

número de unidades de cadena Distancia de fuga de una unidad, mm

Distancia de fuga mínima nominal, mm.

Distancia crítica La longitud de la cadena debe ser, por lo menos, igual a la distancia crítica fase tierra, conductor- estructura requerida por el nivel de aislamiento de la subestación. La longitud de las cadenas de aisladores se calcula mediante la siguiente relación:

La  14.6  N  1  20 Distancia crítica (cm). Número de unidades de la cadena

cm.

Aislador standard

Si N=10 entonces, longitud de la cadena es 10*14.6=1460mm = 146cm

Por longitud crítica:

La  14.6  N  1  20  14.6 10  1  20  151.4cm

Sabiendo que se puede hacer uso de los tipos de aisladores siguientes: Aislador de porcelana con larga línea de fuga (Antineblina): Df = 440 mm

Aislador de porcelana estándar:

Df =295 mm

El factor Kd = 1 porque la unidad normalizada de aisladores tiene 254 mm de diámetro.

Número de aisladores obtenidos por Distancia de fuga

Um (kV)

550

550 550 550 245 245 145

Subestación Todas a excepción de Montalvo 500 kV y Caravelí 500 kV Todas a excepción de Montalvo 500 kV y Caravelí 500 kV Montalvo 500 kV y Caravelí 500 kV Montalvo 500 kV y Caravelí 500 kV Todas a excepción de Montalvo 220 kV Montalvo Nueva 220 kV Machupicchu 138 kV

x

Kf (mm/kV)

Kd

Dfmin (mm)

Tipo Aislador

Df (mm)

N (unid.)

La (m.)

25

1

13750

Estándar

295

53,60

7,88

25

1

13750

Antifog

440

35,94

5,30

31

1

17050

Estándar

295

66,47

9,76

31

1

17050

Super Fog

550

35,65

5,26

25 31 25

1 1 1

6125 7595 3625

Estándar Antifog Estándar

295 440 295

23,88 19,85 14,13

3,54 2,95 2,12

x

= N  1.15

D fmin Df

La  14.6  N  1  20

Por niveles de aislamiento Debido a esfuerzos eléctricos:

En Extra Alta Tensión en zonas no contaminadas se tiene predominantemente el diseño por sobretensiones de maniobra y en zonas contaminadas por frecuencia industrial.

Por Sobretensiones a frecuencia industrial Para zonas contaminadas debido a sobretensiones de frecuencia industrial: Incremento de tensión en caso de fallas para Tensión entre fases cortocircuito monofásico 1.2 a 1.3 Número de aisladores necesarios

Sobretensión a frecuencia industrial

 VLL  K f K sv N   E '  Ks  3 w Factor de seguridad = 1.02 Densidad relativa del aire Tensión de sostenimiento a la frecuencia inducida/unidad

Tabla Nº 03 E'w kV/Unidad Depósito de sal equivalente (mg/cm2)

Aislador Suspensión Antifog 21 Tnls.

Aislador Suspensión Standar 21 Tnls.

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,075 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

18,6 17 15,8 15 13,7 12,9 11,4 10,4 9,9 9,5

17,8 14,4 12,8 12,2 11,6 10,7 9,9 8,8 8 7,6 7,2

Los aisladores eléctricos de las líneas aéreas de media y alta tensión sufren un elevado ensuciamiento superficial que obliga a las compañías eléctricas a realizar frecuentes limpiezas de los mismos. Para optimizar estas operaciones de limpieza se hace imprescindible el disponer de un sistema que caracterice y cuantifique el nivel de ensuciamiento de los aisladores.

Depósito equivalente de sal

Es la cantidad de sal disuelta en agua que posee la misma conductividad que los depósitos reales una vez disueltos en la misma cantidad de agua. La Densidad de Deposito de Sal Equivalente “ESDD”, se expresa en mg/cm2



Densidad relativa del aire ( )

Por tanto: En 500 kV:

 = 0.73

 3.86  76  t h *0.0036 2.73  t  10 18400

   

Para t= 34,4 ºC - Temperatura máxima SE Montalvo 500 kV - Planilla Condiciones Ambientales y Sísmicas Versión 3. Para h=2100 msnm - Altitud estandarizada Subestaciones en 500 kV y 220 kV.

 = 0.59 En 220 kV (4200 msnm): Para t= 20,9 ºC - Temperatura máxima SE Cotaruse 220 kV - Planilla Condiciones Ambientales y Sísmicas Versión 3. Para h=4200 msnm - Altitud estandarizada SE Cotaruse 220 kV. De la siguiente tabla se obtienen los valores para E'w (considerando depósito de sal equivalente = 0.05 mg/cm2)

De donde se obtienen las siguientes cantidades de aisladores: Tabla Nº 04 Número de aisladores obtenidos por Sobretensiones a frecuencia Industrial.

Incremento de tensión en caso de fallas para cortocircuito monofásico 1.2 a 1.3

Sobretensión a frecuencia industrial

Factor de seguridad

 3.86  76  t 2.73  t  h*0.0036 10 18400

 K K  N   VLL  f ' sv K s   3  Ew 

Por Sobretensiones de maniobra: Para zonas contaminadas debido a sobretensiones de maniobra:

Número de aisladores necesarios

Tensión entre fases

Sobretensión de maniobra en pu Factor de seguridad = 1.02

VLL * 2 S m * K s N *( ) Ew *  3 Densidad relativa del aire Tensión de sostenimiento al impulso de maniobra unidad

Se utilizan las densidades para el aire, halladas en el caso anterior. Se asume

Sm= 2.0 p.u. en 500 kV Sm= 4.5 p.u. en 220 kV y 138 kV

(Valor típico). (Valor típico).

De la siguiente tabla se obtienen los valores para Ew (considerando depósito de sal equivalente = 0.05 mg/cm2).

Tabla Nº 05 Ew kV/Unidad Depósito de sal equivalente (mg/cm2) 0,02 0,03 0,04 0,05 0,075 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Aislador Aislador Suspensión Suspensión Antifog 21 Tnls. Standar 21 Tnls. 60 52 48 46 42,5 40 36,5 34 33 32

47 39 36 33 30 27,5 23,5 22 21 20

De donde se obtienen las siguientes cantidades de aisladores Tabla Nº 06 Número de aisladores obtenidos por Sobretensiones de maniobra.

Tensión de sostenimiento al impulso de maniobra unidad Sobretensión de maniobra en pu Sm = 2.0 para 500kV Sm = 4.5 para 220kV Factor de seguridad = y 138kV 1.02

T abla N º 05 Ew kV/U nidad D epósito de sal equivalente (m g/cm 2)

Aislador Suspensión Antifog 21 T nls.

Aislador Suspensión Standar 21 T nls.

0,02 0,03 0,04 0,05 0,075 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

60 52 48 46 42,5 40 36,5 34 33 32

47 39 36 33 30 27,5 23,5 22 21 20

N

VLL * 2 S m * K s *( ) Ew *  3

Verificación por efecto corona No deberá producirse corona visual a la siguiente tensión.

V Ks E 3  Del informe de cálculo de conductores y flechas, se deberá obtener los siguientes niveles de gradiente disruptivo del aire (Eo) para cada subestación:

Tabla Nº 07 Gradiente del aire.

Subestación

Tensión kV máx

Sección de la Barra(MCM)

h (msnm)

Eo (kV/cm)

Emáx (kV/cm)

SE Mantaro

550

2x1200

2050

48,23

24,24

SE Mantaro

245

2x1750

2050

45,28

11,19

SE Caravelí

550

2x1200

1800

49,08

24,24

SE Montalvo

550

2x1200

1300

50,82

24,24

SE Montalvo

245

2x1750

1300

47,75

11,19

SE Machupicchu

245

2x1200

1820

49,01

16,00

SE Cotaruse

245

2x1200

4110

41,88

12,89

Estos valores de Eo se comparan a los obtenidos por las cadenas de aisladores (E).

Tabla Nº 08 Comparación gradiente de cadenas de aisladores y gradiente del aire.

Debido a que el nivel de

E > Eo, en todos los casos se deberá de instalar anillos para efecto corona en todas las cadenas de las subestaciones.

Por esfuerzos mecánicos:

Cadenas de suspensión

Para cada cadena de suspensión deberá cumplirse la siguiente relación: Carga de rotura de la cadena de aisladores (a verificar)

Factor de seguridad = 3

CR  f s Ctt ²  Cvt ² Carga vertical total (daN) Carga transversal total (daN)

Consideramos una carga de rotura para un aislador

CR = 120 kN

Por ejemplo, fabricante:

Del Brasil

Consideramos una carga de rotura para un aislador

CR = 120 kN

Del Informe de cálculo de conductores y flechas, obtenemos los siguientes valores de conductores: S.E. Machupicchu Nueva 220 kV 220 kV 138 kV

AAAC 1x1200 MCM AAAC 1x1200 MCM

Ampliación Subestación Cotaruse Nueva 220 kV 220 kV

AAAC 2x1200 MCM

Ampliación Subestación Campo Armiño 220 kV Tabla Nº 09 - Conductores definidos para las Subestaciones del Proyecto.

220 kV

AAAC 2x1750 MCM

S.E. Mantaro Nueva 500/220 kV 500 kV

AAAC 2x1750 MCM

220 kV

AAAC 2x 1750 MCM

S.E. Caraveli 500 kV

AAAC 2 x 1750 MCM

S.E. Montalvo Nueva 500/220 kV 500 kV

AAAC 2 x 1750 MCM

220 kV

AAAC 2 x 1750 MCM

De donde se obtienen las siguientes cargas para cada subestación.

CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE MACHUPICCHU NUEVA 220 KV TABLA Nº 10 PÓRTICO 220 KV

CARGAS F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9

DESCRIPCION TIRO DE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES PESO DE LOS CONDUCTORES PESO DE LOS AISLADORES TIRO DEL CABLE DE GUARDA FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C. GUARDA PESO DEL CABLE DE GUARDA PESO DEL PERSONAL

Unid. Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg

Kg 748 44 48 54 134 298 7 7 150



Kg 800 50 50 60 150 300 10 10 150

TABLA Nº 11 PÓRTICO 138 KV

CARGAS F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9

DESCRIPCION TIRO DE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES PESO DE LOS CONDUCTORES PESO DE LOS AISLADORES TIRO DEL CABLE DE GUARDA FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA PESO DEL CABLE DE GUARDA PESO DEL PERSONAL

Unid. Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg

Kg 748 30 28 37 78 297 5 5 150



Kg 800 40 30 40 100 300 10 10 150

TABLA Nº 12 CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE COTARUSE NUEVA 220 KV

CARGAS F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9

DESCRIPCION TIRO DE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES PESO DE LOS CONDUCTORES PESO DE LOS AISLADORES TIRO DEL CABLE DE GUARDA FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA PESO DEL CABLE DE GUARDA PESO DEL PERSONAL

Unid. Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg

Kg 1630 130 51 295 134 410 44 41 150



Kg 1650 140 55 300 150 420 45 45 150

TABLA Nº 13 CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE MANTARO NUEVA 220 KV

CARGAS F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9

DESCRIPCION TIRO DE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES PESO DE LOS CONDUCTORES PESO DE LOS AISLADORES TIRO DEL CABLE DE GUARDA FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA PESO DEL CABLE DE GUARDA PESO DEL PERSONAL

Unid. Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg

Kg 1774 52 48 152 134 370 33 33 150



Kg 1800 55 50 155 150 400 40 40 150

CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE MANTARO NUEVA 500 KV TABLA Nº 14 PÓRTICO 500 KV

CARGAS F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9

DESCRIPCION TIRO DE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES PESO DE LOS CONDUCTORES PESO DE LOS AISLADORES TIRO DEL CABLE DE GUARDA FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C. GUARDA PESO DEL CABLE DE GUARDA PESO DEL PERSONAL

Unid. Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg

Kg 1508 131 72 319 236 377 39 39 150



(Kg) 1550 150 75 320 240 400 45 45 150

TABLA Nº 15 PÓRTICO 220 KV

CARGAS F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9

DESCRIPCION TIRO DE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES PESO DE LOS CONDUCTORES PESO DE LOS AISLADORES TIRO DEL CABLE DE GUARDA FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA PESO DEL CABLE DE GUARDA PESO DEL PERSONAL

Unid. Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg

Kg 1810 110 48 318 134 377 39 39 150



Kg 1850 150 50 320 150 400 45 45 150

TABLA Nº 16 CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE CARAVELI 500 KV

CARGAS F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9

DESCRIPCION TIRO DE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES PESO DE LOS CONDUCTORES PESO DE LOS AISLADORES TIRO DEL CABLE DE GUARDA FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA PESO DEL CABLE DE GUARDA PESO DEL PERSONAL

Unid. Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg

Kg 1508 131 72 319 236 377 39 39 150



Kg 1550 150 80 320 240 400 45 45 150

CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE MONTALVO 500 KV TABLA Nº 17 PÓRTICO 500 KV

CARGAS F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9

DESCRIPCION TIRO DE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES PESO DE LOS CONDUCTORES PESO DE LOS AISLADORES TIRO DEL CABLE DE GUARDA FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C. GUARDA PESO DEL CABLE DE GUARDA PESO DEL PERSONAL

Unid. Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg

Kg 1508 131 72 319 236 377 39 39 150



(Kg) 1550 150 75 320 240 400 45 45 150

TABLA Nº 18 PÓRTICO 220 KV CARGAS DESCRIPCION Unid. F1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA Kg F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg F9 PESO DEL PERSONAL Kg

Kg 1810 105 48 304 134 377 39 39 150



Kg 1850 110 50 310 150 400 45 45 150

De cada cuadro anterior se obtiene: Ctt=F1+F2+F3. Cvt=F4+F5. Por tanto, se hallan los factores de seguridad para cada subestación y se comprueba que resultan mayores que 3, para todos los casos, por lo que es apropiado el uso de la cadena de aisladores de suspensión con una carga de ruptura de 120 kN.

TABLA Nº 19 Factores de Seguridad Calculados para cadenas de Suspensión

Subestación SE Machupicchu Nueva 220 kV SE Cotaruse Nueva 220 kV SE Mantaro Nueva 220 kV SE Mantaro Nueva 500 kV SE Caravelí 500 kV SE Montalvo Nueva 500 kV

Pórtico

Ctt(kg)

Ctt(daN)

Cvt (kg)

Cvt(daN)

CR (kN)

Fs

Pórtico 220 kV Pórtico 138 kV Pórtico 220 kV Pórtico 220 kV Pórtico 500 kV Pórtico 220 kV Pórtico 500 kV Pórtico 220 kV Pórtico 500 kV

900 870 1845 1905 1775 2050 1780 1775 2010

882 852,6 1808,1 1866,9 1739,5 2009 1744,4 1739,5 1969,8

210 140 450 305 560 470 560 560 460

205,8 137,2 441 298,9 548,8 460,6 548,8 548,8 450,8

120 120 120 120 120 120 120 120 120

13,25 13,90 6,45 6,35 6,58 5,82 6,56 6,58 5,94

Cadenas de anclaje. En las cadenas de anclaje debe cumplirse la relación: Carga de ruptura de la cadena de aisladores

fs3 Factor de seguridad

Carga longitudinal máxima

CR  fs  Cl De igual manera que el procedimiento anterior se usa CR = 120 kN. Se obtiene de cada cuadro anterior: Cl=F1 Por tanto, se hallan los factores de seguridad para cada subestación y se comprueba que resultan mayores que 3, para todos los casos, por tanto es apropiado el uso de la cadena de aisladores de anclaje con una carga de ruptura de 120 kN.

TABLA Nº 20 Factores de Seguridad Calculados para cadenas de Anclaje

Subestación SE Machupicchu Nueva 220 kV SE Cotaruse Nueva 220 kV SE Mantaro Nueva 220 kV SE Mantaro Nueva 500 kV SE Caravelí 500 kV SE Montalvo Nueva 500 kV

Pórtico Pórtico 220 kV Pórtico 138 kV Pórtico 220 kV Pórtico 220 kV Pórtico 500 kV Pórtico 220 kV Pórtico 500 kV Pórtico 220 kV Pórtico 500 kV

Cl(kg)

Cl (daN)

CR (kN)

Fs

800 800 1650 1800 1550 1850 1550 1550 1850

784 784 1617 1764 1519 1813 1519 1519 1813

120 120 120 120 120 120 120 120 120

15,31 15,31 7,42 6,80 7,90 6,62 7,90 7,90 6,62

Cálculo de Aisladores Separadores:

Para los casos donde sea posible el uso de cadenas de aisladores separadoras, con el objetivo de crear nodos de conexión se utilizará cadenas de aisladores de porcelana que no estarán unidas a pórticos, su función será exclusivamente para crear un nodo eléctrico entre la llegada de la línea y el primer pórtico de la subestación.

Por tanto se puede considerar por cuestiones de seguridad que la longitud de esta cadena será la misma usada al interior de la subestación con un factor de seguridad de 1.05.Entonces tomando como referencia la tabla 27 del presente informe, el número de unidades de esta cadena será: N = 36*1.05 = 38 unidades de aisladores de porcelana Subestación Mantaro 500 kV

(mm/kV) 25

Um (kV) 550

Tipo Antifog

h(msnm) 2100

N (unid.) 36

Montalvo 500 kV y Caravelí 500 kV

31

550

Superfog

2100

36

Machupicchu 220 kV, Mantaro 220 kV Montalvo 220 kV Cotaruse 220 kV Machupicchu 138 kV

25 31 25 25

245 245 245 145

Estándar Antifog Estándar Estándar

2100 2100 4200 2100

24 20 24 14

Distancia de separación de las raquetas: El cálculo de la distancia de separación entre raquetas se efectúa teniendo en cuenta que el flameo del cuerno debe ocurrir a tensiones superiores a la actuación del pararrayos, pero en lo posible inferiores al nivel de aislamiento de impulso atmosférico de los equipos del patio de llaves de la subestación. Para descargas atmosféricas negativas:

1.25

 Up  d  18.05*10    K  5

m

Para descargas atmosféricas positivas:

Up d  18.14*10 ( ) K 4

m

Para sobretensiones de maniobra positivas:

Nivel de aislamiento al impulso atmosférico de los equipos en kV

1.67

Up  d  19.05 x10    K  6

Distancia mínima de separación de las raquetas

d

Factor de forma

Raquetas

En la práctica las sobretensiones positivas serán los condicionantes en el cálculo de la distancia de la separación de raquetas debido a que el aislamiento es más débil a estas sobretensiones.

En la tabla 24 se presenta la aplicación de esta formulación: TABLA Nº 24 - Separación de electrodos para raquetas.

Nivel de Aislamiento al impulso atmosférico Up (kVp) 550 650 750 850 950 1050 1175 1300 1450 1550

Factor de forma de los electrodos k' 1,0 1,15 1,3 Separación de Electrodos (mm) 1000 870 770 1180 1025 907 1360 1180 1050 1540 1340 1190 1790 1500 1330 2110 1670 1460 2550 2020 1640 2810 2230 1950 3370 2670 2340 3760 2980 2610

El factor de forma más conservador es el 1.0, pero en la práctica podría llevarse hasta 1.3 sin problemas. Se usa el factor de forma 1.15 para subestaciones de 500 kV, y 1.0 para los demás casos.

Aplicando a nuestro caso las distancias de separación para las raquetas serán las siguientes:

TABLA Nº 25 - Distancias de separación seleccionadas

Kf (mm/kV) 25 25 25 25

Um(kV) 550 245 245 145

h(msnm) 2100 2100 4200 2100

BIL (kVp) 1550 1050 1300 750

d(mm) 2980 2110 2810 1360

RESUMEN: De todos lo casos analizados se obtiene el siguiente cuadro resumen: TABLA Nº 26 - Comparación entre número de unidades de aisladores de porcelana obtenidos

Um (kV) 550 550 550 245 245 245 145

(mm/kV) 25 25 31 25 31 25 25

Tipo Estándar Antifog Superfog Estándar Antifog Estándar Estándar

h(msnm) 2100 2100 2100 2100 2100 4200 2100

Por Sobretensiones Por Por Sobretensiones Distancia de a frecuencia industrial. de maniobra fuga N (unid.) N (unid.) N(unid.) 53,60 33,71 13,29 35,94 43,59 18,52 35,65 43,59 18,52 23,88 19,18 18,33 19,85 19,18 18,33 23,88 23,85 14,74 14,13 12,03 11,50

CONCLUSIONES: Se considera el mayor número de cadena de aisladores, para cada nivel de tensión, por lo las cadenas en cada subestación quedarían conformada de la siguiente manera: TABLA Nº 27 - Número de aisladores de porcelana

Subestación Mantaro 500 kV

(mm/kV) 25

Um (kV) 550

Tipo Antifog

h(msnm) 2100

N (unid.) 36

Montalvo 500 kV y Caravelí 500 kV

31

550

Superfog

2100

36

Machupicchu 220 kV, Mantaro 220 kV Montalvo 220 kV Cotaruse 220 kV Machupicchu 138 kV

25 31 25 25

245 245 245 145

Estándar Antifog Estándar Estándar

2100 2100 4200 2100

24 20 24 14

Conclusiones: • Se define aisladores con larga línea de fuga (Antifog) y muy larga línea de fuga (Superfog) para 500 kV, debido al gran número de aisladores del modelo estándar que se tendrían que instalar (54 unidades) y por la gran longitud de cadena que se tendría (7,88 m). •

Se define el uso de aisladores con una carga de ruptura de 120 kN.

• Se define el uso de aisladores de porcelana, para las cadenas de anclaje y suspensión.

Aisladores Antifog

Aisladores Standard

Se obtiene las siguientes conclusiones: • Se deberá de instalar anillos (equipotenciales) para efecto corona en todas las cadenas de las subestaciones. • Será necesario el uso de raquetas, para las cadenas de aisladores que reciben las líneas de transmisión, en todas las subestaciones del proyecto. • Se usarán tensores en las cadenas de aisladores de anclaje, y principalmente en las barras, por efectos prácticos y de facilidad durante la etapa de montaje.

Gracias