Guía para el diseño de Aisladores

GUÍA PARA EL DISEÑO DE AISLADORES POLIMÉRICOS RODURFLEX® (CERAMTEC) El objetivo principal de esta guía, es el de simplificar de una manera adecuada y con bases técnicas la forma de definir el aislador que necesita su Línea de Transmisión o Distribución Aérea. No se está hablando del aislador que Ceramtec puede ofrecer; más bien se está hablando del aislador que, según ciertas características propias de su sistema, usted realmente necesita. Esto se puede plantear, gracias a que Ceramtec cuenta con el sistema modular RODURFLEX®, el cual representa al aislador polimérico tipo varilla larga (Longrod). La versatilidad de este sistema se basa en la metodología de fabricación, donde los elementos que definen al aislador (distancia de fuga, longitud de arco, carga mecánica, los tipos de acoples) se determinan en forma independiente unos de otros. En este sentido Ceramtec cuenta con un diseño óptimo personalizado que, con un alto nivel de tecnología y más de treinta años de experiencia, proporcionan una rápida y adecuada solución a sus requerimientos. A continuación se mencionan los aspectos que deben considerarse para definir su propio aislador, para niveles de tensión hasta a 500 kV1:

1.

Distancia de Arco - SA:

La selección de la Distancia de Arco (SA) se basa en la Publicación IEC 60071, y en la experiencia de las Pruebas Tipo y de Diseño realizadas en los Laboratorios de Alta Tensión de Ceramtec AG, en Alemania (Tabla 1). Usted sólo necesita saber la tensión nominal del sistema (Un) y según la Tabla 1 obtendrá los valores mínimos para SA. Donde:

• • • • •

UN (Kv) 3 – 3.6 5 – 7.2 8 – 12 13 – 17.5 18 – 20 30 – 33 45 – 50 66 – 69 100 – 110 120 – 132 150 – 160 220 – 230 240 – 275 330 – 350 380 – 400 500

Um (kV) 3.6 7.2 12 17.5 24 36 52 72.5 123 145 170 245 300 362 420 525

BIL (kV) 40 60 75 95 125 170 250 325 550 650 750 1050 1050 1300 1425 – 1550 1425 – 1550

BSL (kV) 850 950 1050 1175

P.F. (kV) 10 20 28 38 50 70 95 140 230 275 325 460 570 630/680 -

SA (mm) 40 75 110 150 180 250 400 520 930 1080 1250 1720 2400 2700 2900 3300

UN: Voltaje Nominal o de servicio de la línea de transmisión Um : Voltaje máximo del sistema para TABLA 1 el equipo BIL: Nivel básico de aislamiento para impulsos de descarga en seco (Nivel convencional de voltaje resistido para impulsos de descarga LIWV) BSL: Nivel básico de aislamiento para impulsos de maniobra, bajo lluvia (Nivel convencional de voltaje resistido para impulsos de maniobra - SIWV) PF: Voltaje resistido durante 1 min. a frecuencia Industrial, bajo lluvia – PFWV

Nota: Los valores aportados en la Tabla 1, sólo son válidos para alturas sobre el nivel del mar hasta 1.000 mts. En caso de tratarse de instalaciones que estén ubicadas por encima de este valor, se deben hacer los ajustes adecuados en los niveles de aislamiento, por lo que el diseño que se haga a partir de esta guía estará sujeto a pequeñas modificaciones relacionadas a la distancia de arco.

U N:

kV

S A:

L

mm

cd

SA FIGURA 1: Distancia de Arco (SA), Longitud (L) y Distancia de Fuga (cd) 1

Para niveles de tensión por encima de este valor no dude en contactarnos para analizar su caso con especial cuidado.

TRADIS C.A. Av. Principal de El Bosque Edf. Pichincha, Ofc. 23 y 24 Chacaito. Caracas, Venezuela. Telfs.: (02) 952.1616 – 952.1516 – 952.1971, Fax: (02) 952.1294

2.

Longitud - L:

Esta distancia se ve influenciada por la distancia de arco (SA), tal como puede apreciarse en la Figura 1. Este valor es importante cuando se desea determinar un aislador Rodurflex® equivalente, para realizar la sustitución de cadenas de aisladores de porcelana o vidrio existentes. En algunas ocasiones esta sustitución también ocurre para aisladores poliméricos de otra marca. En estos casos de sustitución, por lo general se desea conservar los herrajes existentes y mantener las mismas distancias de fase tierra de la línea, por lo que el valor de L es indispensable.

L: 3.

mm

Distancia de Fuga:

Actualmente no existen normas internacionales para calcular la distancia de fuga de aisladores poliméricos. Generalmente hay que orientarse por las recomendaciones de la Publicación IEC 60815. El concepto de la distancia de fuga específica (Tabla 2) también es válido para los aisladores RODURFLEX® con una longitud hasta 5.000 mm (Um=525 kV). La distancia de fuga mínima se calcula por: cd: Distancia de fuga mínima en mm

cd = K . Um

K: Distancia de fuga específica en mm/kV Um: Tensión máxima del sistema en kV

Adicional a los valores mostrados en la Tabla 2, los aisladores RODURFLEX® pueden diseñarse con las siguientes “distancias de fuga específicas”:

K

GRADO DE

(mm/kV)

CONTAMINACIÓN

16

•

• •

K = 12 mm/kV: Mínimo nivel posible para áreas no contaminadas con ninguna ocurrencia de niebla o rocío continuo. No recomendable para Um>123 kV (no es objeto de la Publ. IEC 60815) K = 40 mm/kV: Extremadamente fuerte el grado de contaminación (no es objeto de la Publ.IEC 60815) K > 50 mm/kV: A solicitud para casos excepcionales, con muy altos niveles de contaminación (no es objeto de la Publ. IEC 60815).

CARACTERÍZACIÓN

DESCRIPCIÓN

DE LAS ÁREAS

I

Ligero

1.- Sin Industrias y baja densidad de viviendas. 2.- Baja densidad de viviendas o industrias pero con vientos y/o lluvias frecuentes. 3.- Zonas montañosas y/o agrícolas Nota: todas éstas deben estar ubicadas por lo menos a 10-20 km del mar. También influye la topografía y la acción del viento

20

II

Medio

25

III

Alto

31

IV

Muy alto

1.- Industrias que no producen humo contaminante. 2.- Alta densidad de viviendas y/o Industrias sujetas a vientos y/o lluvias frecuentes. 3.- Áreas expuestas al viento del mar, no muy cerca de la costa. 1.- Alta densidad de industrias y urbanizaciones de grandes ciudades. 2.- Áreas cerca del océano o expuestas a la fuerte acción de los vientos del mar. 1.- Áreas sujetas al polvo conductivo o al humo industrial. 2.- Áreas muy cerca de la costa y expuestas al rocío o al viento.

TABLA 2

cd: 4.

mm

Dispositivos Anticorona y Descargadores: Protección para Efecto Corona: Los anillos anticorona deben ser usados generalmente en sistemas de tensiones Um>145 kV. Las curvaturas externas y/o diámetros del cuerpo que conforman al anillo, deben ser suficientemente grandes para evitar la aparición de este efecto.

FIGURA 2A: Anillo para uso directo al aislador

En nuestro caso, si Um ≥ 145 kV y la lcc ≤ 16 kA (1 seg), se debe colocar el anillo directamente en el acople del aislador, tal como se muestra en la Figura 2A. Para valores mayores de Icc, el anillo debe ser fijado en los herrajes de la cadena, como puede apreciarse en el ejemplo de la Figura 2B. En este último caso el anillo no formará parte del diseño del aislador, ya que corresponde a un componente de los herrajes de la cadena.

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FIGURA 2B: Anillo convencional

Protección contra arcos eléctricos: Deben utilizarse dispositivos contra arcos eléctricos en todos aquellos casos en los cuales los aisladores y las cadenas de aisladores puedan dañarse debido a la alta potencia disipada y a las altas temperaturas generadas durante la ocurrencia de los arcos. Nuestros aisladores soportan altas temperaturas por cortocircuito. Aún así, es importante señalar que los acoples del aislador están diseñados para soportar 16 kA en 1 seg. Para Icc mayor a lo mencionado, deben utilizarse dispositivos descargadores (cuernos, raquetas, anillos, etc) en los herrajes de la cadena, los cuales no formarán parte del diseño del aislador sino más bien, serán parte de la configuración de la cadena (véase Figura 2B). 5.

Carga Mecánica Especificada (SML):

La carga mecánica especificada o SML (Specified Mechanical Load) puede considerarse, como la fuerza longitudinal que soporta el aislador. Esta fuerza es soportada por una barra de fibra de vidrio y otros compuestos, que conforma el núcleo del aislador polimérico y actúa como la columna vertebral del mismo. Esta barra está diseñada para soportar grandes esfuerzos en dirección longitudinal. Dicho valor está limitado por los acoples (rótula, bola, horquilla, etc.), los cuales están unidos a la barra del núcleo a través de un proceso de compresión radial. Desde este punto de vista, la SML puede considerarse como la carga de rotura del aislador. Para elegir la SML y dependiendo de la forma como se haya calculado el esfuerzo longitudinal resultante en el aislador, se recomienda emplear un factor de seguridad entre 2 y 3, para garantizar el mayor tiempo de vida útil desde el punto de vista mecánico (comprobado hasta más de treinta años). Por ejemplo, si los cálculos arrojan una Carga Longitudinal de 3200 kg (3.2kN) y considerando un factor de seguridad de 2, se obtiene una carga longitudinal nominal de 64 kN por lo que el valor a escoger para SML sería 80kN, según los valores mencionados más abajo. De este modo, los aisladores Rodurflex® cuentan con los siguientes valores estandarizados de SML: 80 kN

120 kN

160 kN

SML: 6.

240 kN

310 kN

kN

Acoples:

Como su nombre lo indica, estos son los elementos mediante los cuales el aislador se acopla a la cadena de suspensión o amarre. Para cualquiera de los valores de SML escogido, existen distintos tipos de acoples que deben escogerse para la parte superior (acople superior) y la parte inferior (acople inferior) del aislador. tal como se muestran a continuación:

Rótula

Bola

Horquilla

Horquilla en Y

Ojo Ovalado

FIGURA 3: Tipos de Acoples

Acople superior :

Acople inferior:

N

MPORTANTE: En caso de condiciones de contaminación salina severa nuestros acoples pueden suministrarse en acero inoxidable. 7.

Observaciones

Con los valores señalados en cada uno de los puntos anteriores, se obtiene la información mínima necesaria para el diseño correcto de su aislador. En la página anexa se incluye un formato que servirá de guía y facilitará la solicitud de cotización y diseños de nuestros aisladores. 8.

Normas aplicables

• • • •

IEC 60071: Coordinación de aislamiento IEC 60383: Aisladores para líneas aéreas con un voltaje nominal superior a 1000 V IEC 60815: Guía para la selección de aisladores en función del grado de contaminación. BS 137: Aisladores de material cerámico o vidrio para líneas aéreas con voltaje nominal superior a 1000V

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