Distribución de La Tensión Aplicada a La Carga de Una Cadena de Aisladores

Distribución de la Tensión Aplicada a la Carga de una Cadena de Aisladores Vladimir R. Mendoza C. 20010104H, Luis J. Laime F. 20080384J, Oscar V. Miranda V. 19720401D, Darwin P. Avila V. 20092531B, Frank Chavez P 19992580F, Pedro G. Soto G. 20094073, Elmer A. Ramos M. 20084068E Resumen: En el presente artículo se expone las implicancias de las capacitancias parásitas en una cadena de aisladores. Para esto se hizo mediciones usando el método de Puente de Equilibrio de Tensiones, entre los herrajes de una cadena de aisladores, estando la cadena sometida a una diferencia de potencial entre sus extremos. Usando el Circuito Equivalente de la cadena de aisladores se obtuvo resultados de valores estimados de la capacitancia.

I. INTRODUCCIÓN En el diseño del aislamiento en sistemas de alta tensión, tanto por razones de economía como de seguridad, es necesario conocer la distribución del campo eléctrico y del potencial en el elemento dominante, cosa que ha tomado vital importancia con la tendencia y la necesidad actual de utilizar cada vez mayores tensiones en la transmisión de energía. Se observará que la distribución de potencial y de campo eléctrico en una cadena de aisladores no es lineal, esto quiere decir que cada aislador o unidad está sometida a un valor diferente de tensión, dependiendo de su ubicación en la mencionada cadena, presentándose los mayores gradientes en las unidades más cercanas a la línea.

a una estructura o soporte, o a un conductor, o a un elemento del equipo, o a otro aislador. • NÚCLEO DE UN AISLADOR: Parte aislante central de un aislador que provee las características metálicas y que desde el cual sobresalen las aletas. • ALETA DE UN AISLADOR: Parte aislante en salida del núcleo del aislador, encargada de incrementar la línea de fuga. La aleta puede tener o no ondulaciones. II. MÉTODO Y DATOS OBTENIDOS El método a seguir es el método de Puente de Equilibrio de Tensiones, el cual desde el potencial de tierra, vamos gradualmente elevando la tensión aplicada a una sonda. Cuando la sonda, que está aplicada (haciendo contacto) a uno de los elementos, tenga la misma tensión que este, en ese instante se produce el equilibrio de ambas tensiones (del elemento y la sonda) y la lamparita se apagará.

CONCEPTOS PREVIOS • AISLADOR: Dispositivo encargado del aislamiento eléctrico y de la fijación mecánica del equipo o conductores que están sujetos a diferencias de potencial. Deben de estar fabricados y montados de tal forma que la caída de agua sobre el mismo, no ocasione una corriente de fuga superficial apreciable. • DISPOSITIVO DE FIJACIÓN: Dispositivo, que forma parte de un aislador, encargado de conectarlo

Esquema del Puente de Equilibrio.

disminución en la tensión de formación del arco, en comparación con la de un aislador limpio y seco.

2.

Esquema eléctrico de los elementos utilizados.

n

40 kV

50 kV

1

0 kV

0 kV

2

1 kV

2 kV

3

3 kV

5 kV

4

7 kV

9 kV

Cuáles son las capacitancias que componen el circuito de funcionamiento de una cadena de aisladores? ¿cuáles son sus valores aproximados cuando la cadena está conformado por los aisladores estándar?

Con el objeto de ilustrar el comportamiento de una cadena de aisladores durante su operación en una línea de transmisión, es conveniente llevar a cabo el estudio de la distribución de tensiones a lo largo de una cadena de aisladores, tomando en cuenta la capacitancia que se forma entre el conductor y los herrajes, conductor y el soporte, y entre los mismos elementos. En una cadena de aisladores se manifiestan varios grupos de capacidades parásitas asociadas a las diferentes partes que la constituyen; tales son: 1.

La capacidad debida al dieléctrico (porcelana o vidrio), entre la cuenca y el pin de cada unidad (C).

2.

La capacidad entre las partes metálicas (herrajes) y el terminal de tierra (torre), debida principalmente al dieléctrico aire, siendo capacidades de dispersión.

3.

La capacidad entre las partes metálicas (herrajes) y el conductor de fase.

Tabla de Datos.

III. CUESTIONARIO

1.

Cuál es el comportamiento eléctrico de los elementos que componen una cadena de aisladores? (como condensadores).

Un aislador puede representarse eléctricamente por un condensador formado a su vez por otros en serie y cuyos dieléctricos son la porcelana o el vidrio. Tal condensador es imperfecto, y la corriente que lo atraviesa tiene una componente activa (en fase con la tensión) debido a varios tipos de pérdidas y otra componente en cuadratura con la anterior, producida por la capacidad. Cuando los aisladores se encuentran a la intemperie, por efectos de la contaminación, la superficie conductora aumenta y con esta la capacidad, aumentando de manera simultánea la corriente de pérdidas por la reducción de la distancia de flameo, resultando así una

La figura siguiente muestra principalmente los tres grupos de capacidades para una cadena de aisladores.

Al aumentar el número de aisladores en la cadena se aumenta el efecto de la no-linealidad, es decir, aumentan las diferencias entre las primeras unidades y las últimas.

4.

Circuito Equivalente.

3.

Que efecto tienen las capacitancias parásitas en la reparticiones de potencial de la cadena de aisladores tipo espira caperuza?

Al aumentar la capacidad entre cuenca y pin (C) la distribución de potencial se hace más lineal, sin embargo es aún muy notoria la diferencia entre el voltaje soportado por las primeras unidades de la cadena y las últimas. Al aumentar la capacidad de cada unidad a tierra la distribución se hace menos lineal, esto es de esperarse puesto que son éstas capacidades parásitas las que producen esta nolinealidad. En términos generales puede decirse que la distribución de potencial es independiente de la magnitud de la tensión aplicada, es decir se obtienen los mismos porcentajes de tensión para cada aislador. Sin embargo, a medida que estos son más sobrecargados por efecto del campo eléctrico, aumentan los fenómenos tales como el efecto corona, que varían totalmente el modelo ya que aparecen nuevos elementos en el circuito equivalente. Las variaciones en baja frecuencia no afectan la distribución de potencial en la cadena, sin embargo, a muy altas frecuencias aparecen fenómenos diferentes asociados a la disrupción en el aire y comportamiento de los aisladores.

Que inferencias puede haber con respecto al comportamiento de los aisladores un solo núcleo?

El aislador de un solo núcleo, line post compuesto, está diseñado para asegurar sus características mecánicas, este núcleo transmite los esfuerzos mecánicos producidos por los conductores y proporciona el necesario aislamiento eléctrico. El núcleo terminado deberá ser resistente al ataque ácido e hidrólisis, para evitar el ingreso de humedad y provocar su rotura por corrosión. En sus extremos dispondrá de los herrajes de sujeción que se indican más adelante. El núcleo deberá estar constituido por fibras de vidrio dispuestas dentro de una resina epóxica y resistente a la hidrólisis, de tal forma que se obtenga máxima resistencia a la tensión mecánica y eléctrica.

IV. CONCLUSIONES Las capacitancias parásitas son las que influyen directamente en la no linealidad de la distribución en la cadena de aisladores. Para tensiones elevadas se hace más notorio este efecto de la no linealidad debido a las capacitancias parásitas. Se recomienda hacer una corrección de las capacitancias parásitas para reducir el tamaño de la cadena y mejorar el desempeño de la misma, siendo necesario a partir de tensiones de servicio mayores a 100 kV.