criterios para la selección de aisladores en líneas de ehv

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería

1-1-2005

Criterios para la selección de aisladores en líneas de EHV y UHV Criterios para la selección de aisladores en líneas de EHV y UHV

bajo condiciones de contaminación bajo condiciones de contaminación

Giovanny Martínez Rueda Universidad de La Salle, Bogotá

Francisco Julián Zapata Gómez Universidad de La Salle, Bogotá

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CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE AISLADORES EN LÍNEAS DE EHV Y UHV BAJO CONDICIONES DE

CONTAMINACIÓN.

GIOVANNY MARTÍNEZ RUEDA.

FRANCISCO JULIÁN ZAPATA GÓMEZ.

UNIVERSIDAD DE LA SALLE.

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA. BOGOTÁ D.C. – COLOMBIA.

AÑO 2004.

UNIVERSIDAD DE LA SALLE. FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________ GIOVANNY MARTÍNEZ RUEDA. FRANCISCO JULIÁN ZAPATA GÓMEZ.

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CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE AISLADORES EN LÍNEAS DE EHV Y UHV BAJO CONDICIONES DE CONTAMINACIÓN.

AUTORES

GIOVANNY MARTÍNEZ RUEDA. FRANCISCO JULIÁN ZAPATA GÓMEZ.

TRABAJO DE GRADO

DIRECTOR

INGENIERO RAFAEL CHAPARRO BELTRÁN.

UNIVERSIDAD DE LA SALLE. FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA.

BOGOTÁ D.C. – COLOMBIA. AÑO 2005.



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NOTA DE ACEPTACIÓN.

__________________________________ __________________________________

__________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________

________________________________

ING JULIO CESAR GARCÍA. FIRMA DEL JURADO.

________________________________ ING JOSÉ CARLOS ROMERO.

FIRMA DEL JURADO.

________________________________

DIRECTOR RAFAEL CHAPARRO BELTRÁN.

En ningún caso Ni la Universidad, ni el director, ni los jurados son responsables por el contenido del presente documento.

Esta responsabilidad recae sobre los autores del mismo.



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Bogotá D.C. Martes, 26 de Abril de 2005

AGRADECIMIENTOS.

A Dios, fuente y esencia de todas las cosas e inspirador de todo conocimiento. A mis Padres a quienes debo la vida y quienes han dado las mejores herramientas para mi realización como persona y estudiante, a ellos agradezco todas y cada una de las acciones que han realizado, tanto afectivas como materiales para contribuir a mi desarrollo intelectual.

GIOVANNY MARTÍNEZ.

A Dios A mis padres por el apoyo moral y económico, por su paciencia durante mis estudios y el desarrollo de este trabajo, por sus concejos y enseñanzas en el momento más oportuno. A Juliana por su presencia y su valiosa colaboración A mis hermanos y sobrino.

FRANCISCO JULIÁN ZAPATA

A el ingeniero Rafael Chaparro quien nos guió en forma acertada en la elaboración de este trabajo, a todos los maestros que contribuyeron en nuestro aprendizaje y que seguirán siendo un ejemplo para nuestras vidas, a los amigos y compañeros de Universidad con los cuales compartimos nuestra formación profesional.



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Agradecimiento a los ingenieros Luiz Fernando P. Ferreira Gerente de Producto y Daisy Caron Responsable Exportación, de la empresa ELECTROVIDRO de Brasil del grupo SEDIVER, por su atención y colaboración con la información tan oportuna, clara y concisa, y Por compartir con nosotros sus experiencias a nivel laboral. A la ingeniera Claudia Arango Botero de ELECTRO PORCELANAS GAMA por su atención a nuestras inquietudes durante el desarrollo de este trabajo. Al señor HIROAKI ENOMOTO de NGK INSULATORS Ltda., por la colaboración con la información que solicitamos y nos fue enviada. Queremos agradecer a todas estas empresas que nos facilitaron la información que contribuyo al desarrollo de este proyecto, sin sus aportes y conocimientos no hubiese sido posible realizar este trabajo. A la Universidad y a todas las personas que están vinculadas a ella. Agradecemos a todas las personas que han intervenido en nuestras vidas y que de alguna u otra manera han ayudado para que este trabajo sea realidad, a todos ellos gracias.



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CONTENIDO.

Pagina. LISTA DE FIGURAS.......................................................................... 10 LISTA DE TABLAS............................................................................ 12 LISTA DE ECUACIONES.................................................................. 14 LISTA DE ANEXOS.......................................................................... 15 GLOSARIO………………………………………………………………………… 16 SIGLAS Y ABREVIATURAS……………………………………………………. 17 INTRODUCCIÓN............................................................................... 19 1. FUNCIÓN DE LOS AISLADORES EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN................................................................... 21 1.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS AISLADORES ELÉCTRICOS.................................................................... 21 1.1.1 TENSIÓN DE PERFORACIÓN............................................ 21 1.1.2 TENSIÓN DISRUPTIVA..................................................... 22 1.1.3 LÍNEA DE FUGA............................................................... 22 1.1.4 DISTANCIA DISRUPTIVA................................................... 22 1.1.5 CARGA DE RUPTURA MECÁNICA..................................... 23 1.2 CAUSAS DE FALLA EN LOS AISLADORES........................ 23 1.2.1 CONDUCTIVIDAD DE MASA............................................. 23 1.2.2 PERFORACIÓN DE LA MASA DEL AISLADOR................... 23 1.2.3 CONDUCTIVIDAD SUPERFICIAL...................................... 24 1.2.4 DESCARGA DISRUPTIVA A TRAVÉS DEL AIRE................ 24 2 TIPOS DE AISLADORES.................................................... 25 2.1 AISLADORES NO CERÁMICOS.......................................... 25 2.1.1 DISEÑO DE AISLADORES NO CERÁMICOS...................... 25 2.1.1.1 NÚCLEO O BARRA DEL AISLADOR NO CERÁMICO......... 26 2.1.1.2 CUBIERTA DE UN AISLADOR NO CERÁMICO.................. 26 2.1.1.3 HERRAJES....................................................................... 27 2.1.2 CONDICIONES DE OPERACIÓN, POSIBLES FALLAS Y

SOLUCIONES................................................................... 28 2.1.3 PERFIL DE LOS AISLADORES NO CERÁMICOS............... 28



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Pagina. 2.2 AISLADORES CERÁMICOS............................................... 28 2.2.1 DISEÑO DE LOS AISLADORES CERÁMICOS.................... 30 2.2.1.1 CEMENTO........................................................................ 31 2.2.1.2 CUERPO CERÁMICO........................................................ 31 2.2.1.2.1 COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA INTERNA EN EL DESEMPEÑO DEL AISLADOR............................... 32 2.2.1.3 HERRAJES....................................................................... 33 2.2.1.4. PERFIL DE LOS CERÁMICOS AISLADORES...................... 33 3. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE AISLADORES......... 35 3.1 CRITERIOS ELÉCTRICOS................................................. 36 3.1.1 NIVEL BÁSICO DE AISLAMIENTO.................................... 36 3.1.2 SOBRETENSIONES DE TIPO EXTERNO E INTERNO........ 37 3.1.3 TENSIÓN NO DISRUPTIVA............................................... 37 3.1.4 DISTANCIA DE FUGA...................................................... 37 3.1.5 DESEMPEÑO EN CONTAMINACIÓN................................ 37 3.1.5.1 FACTORES DE CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA........... 37 3.2 CRITERIOS MECÁNICOS................................................. 38 3.2.1 DISEÑO DE CARGAS....................................................... 38 3.2.2 FACTOR DE SEGURIDAD................................................ 38 3.2.3 MONTAJE DE CADENAS DE AISLADORES..................... 38 3.2.4 TIPOS DE HERRAJES...................................................... 39 3.3 CRITERIOS AMBIENTALES.............................................. 39 3.3.1 LOCALIZACIÓN DE LA LÍNEA......................................... . 40 3.3.2 TIPOS DE CONTAMINACIÓN............................................ 40 3.3.2.1 CONTAMINACIÓN MARINA.............................................. 40 3.3.2.2 CONTAMINACIÓN INDUSTRIAL....................................... 41 3.3.2.3 CONTAMINACIÓN DESÉRTICA........................................ 41 3.3.2.4 OTROS TIPOS DE CONTAMINACIÓN................................ 41 3.3.3 NIVELES DE CONTAMINACIÓN....................................... 42 3.3.3.1 NIVEL DE CONTAMINACIÓN LIGERO (NIVEL I)................ 42 3.3.3.2 NIVEL DE CONTAMINACIÓN MEDIANO (NIVEL II)........... 43 3.3.3.3 NIVEL DE CONTAMINACIÓN ALTO (NIVEL III)................. 43 3.3.3.4 NIVEL DE CONTAMINACIÓN MUY ALTO (NIVEL IV) ........ 43 3.3.4 EFECTO CORONA........................................................... 43 3.3.5 RADIO INTERFERENCIA.................................................. 44 3.3.6 CORROSIÓN DE HERRAJES............................................ 44 3.4 CRITERIOS DE COSTO INICIALES Y DE

MANTENIMIENTO............................................................ 44 3.4.1 COSTOS INICIALES......................................................... 44 3.4.2 COSTOS DE MANTENIMIENTO....................................... 44



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Pagina. 4. SELECCIÓN DE LA CADENA DE AISLADORES PARA UNA LA LÍNEA DE TRASMISIÓN EHV DE 500 kV UBICADA EN UNA ZONA QUE COMPRENDE DESDE ANTIOQUIA HASTA LA COSTA ATLÁNTICA..........45 4.1 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS

AISLADORES.................................................................... 46 4.1.1 CRITERIOS ELÉCTRICOS................................................. 46 4.1.2 CRITERIOS MECÁNICOS.................................................. 48 4.1.3 CRITERIOS AMBIENTALES............................................... 52 4.2. SELECCIÓN DE AISLADORES NO CERÁMICOS.............. 53 4.2.1. SELECCIÓN DE AISLADORES NO CERÁMICOS EN AC.............................................................................. 53 4.2.1.1. SELECCIÓN DE AISLADORES DE RETENCIÓN............... 54 4.2.1.2. SELECCIÓN DE AISLADORES DE SUSPENSIÓN............. 56 4.2.2. SELECCIÓN DE AISLADORES NO CERÁMICOS

EN DC............................................................................ 59 4.2.3. SELECCIÓN DE CRITERIOS DE COSTOS....................... 59 4.3. SELECCIÓN DE AISLADORES CERÁMICOS................... 59 4.3.1. SELECCIÓN DE AISLADORES PARA AC........................ 61 4.3.1.1. SELECCIÓN DE AISLADORES DE PORCELANA.............. 62 4.3.1.2. SELECCIÓN DE AISLADORES DE VIDRIO...................... 66 4.3.2. SELECCIÓN DE AISLADORES PARA DC........................ 74 4.3.2.1 SELECCIÓN DE AISLADORES DE PORCELANA............. 74 5. COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LOS AISLADORES CERÁMICOS Y NO CERÁMICOS....... 77 5.1 COMPORTAMIENTO DE LOS AISLADORES DURANTE EL TRANSPORTE Y MANEJO........................ 77 5.2 TIPOS DE FALLA EN LOS AISLADORES QUE SE ENCUENTRAN EN SERVICIO Y LAS POSIBLES CONSECUENCIAS EN EL SUMINISTRO DE ENERGÍA................................................................. 78 5.2.1 COMO RESULTADO DE UN DEFECTO EN LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN EN EL MOMENTO DE LA FABRICACIÓN................................................................ 79 5.2.2. COMO RESULTADO DEL MAL MANEJO EN EL MOMENTO DE LA INSTALACIÓN POR PARTE DEL PERSONAL DE CONSTRUCCIÓN............................ 80 5.2.3. COMO RESULTADO DE UNA CONDICIÓN ANORMAL DE LA LÍNEA................................................ 81



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Pagina. 5.3 DETECCIÓN DE UN AISLADOR EN FALLA Y MÉTODOS DE DIAGNOSTICO EN LÍNEAS ENERGIZADAS Y NO ENERGIZADAS.............................. 82 5.4. CONSIDERACIONES GENERALES DE MANTENIMIENTO: MANTENIMIENTO DE LÍNEAS ENERGIZADAS Y NO ENERGIZADAS............................. 83 5.5 MANTENIMIENTO DE LOS AISLADORES BAJO CONDICIONES DE CONTAMINACIÓN............................. 85 6. CONCLUSIONES............................................................. 88 7. RECOMENDACIONES........................................................ 90 BIBLIOGRAFÍA............................................................................... 91 ANEXO A....................................................................................... 93 ANEXO B....................................................................................... 97



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LISTA DE FIGURAS.

Figura N° Descripción. Pg Figura 2.1. Componentes Básicos del Aislador no Cerámico...... 26 Figura 2.2. Tipos De Perfil Para Diferentes Niveles de

Contaminación....................................................... 30

Figura 2.3. Perfil del aislador cerámico..................................... 31 Figura 3.1. Criterios Para La Selección De Aisladores............... 35 Figura 3.2. Herrajes para aisladores no cerámicos................... 40 Figura 3.3. Tipos de Contaminación......................................... 41 Figura 4.1 Dimensión de los faldones de 50 Kip

para SC, SS, SL..................................................... 55 Figura 4.2 Dimensión de los faldones de 50 Kip

para SE.................................................................. 55 Figura 4.3 Dimensión de los faldones de 30 Kip

para SE, SS, SL...................................................... 56 Figura 4.4 Dimensión de los faldones de 30 Kip

para SE.................................................................. 57 Figura 4.5. Proceso de selección de aisladores cerámicos.......... 61 Figura 4.6. Aislador tipo Fog de porcelana (AC)........................ 62 Figura 4.7 Influencia de la Cantidad de Material

Insoluble Sobre la Tensión Disruptiva................. 64 Figura 4.8 Tensión no disruptiva para aisladores de

porcelana AC tipo Fog ........................................ 65 Figura 4.9. Aislador tipo Fog de vidrio (AC)............................... 66



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Figura N° Descripción. Pg Figura 4.10 Tensión no disruptiva para aisladores de

vidrio AC tipo Fog.................................................. 69 Figura 4.11 Cadena de aisladores de

Porcelana, Vidrio y No Cerámico para el nivel de contaminación Ligero…………………………………… 71

Figura 4.12 Cadena de aisladores de

Porcelana, Vidrio y No Cerámico para el nivel de contaminación Alto…………………………………… 72

Figura 4.13 Cadena de aisladores de

Porcelana, Vidrio y No Cerámico para el nivel de contaminación Muy Alto…………………………………. 73

Figura 4.14. Aislador tipo Fog de porcelana (DC)........................ 74 Figura 4.15 Tensión no disruptiva para aisladores de porcelana DC tipo Fog........................................... 75 Figura 7.1. Mapa de los Niveles de Contaminación

en Tokio Japón....................................................... 90



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LISTA DE TABLAS. Tabla N° Descripción. Pg Tabla 2.1. Características esperadas de la cubierta

del aislador. ................................................................ 27

Tabla 2.2. Condiciones de operación, posibles fallas y soluciones................................................................. 29

Tabla 2.3. Aisladores para aplicación AC....................................... 34 Tabla 2.4. Aisladores para aplicación DC....................................... 34 Tabla 3.1. Niveles típicos de aislamiento....................................... 38 Tabla 3.2. Factores de contaminación atmosférica........................ 42 Tabla 3.3. Relación de ESDD y Nivel de contaminación................. 42 Tabla 3.4. Valores de distancia de fuga......................................... 42 Tabla 4.1. Datos del tramo Cerromatoso - Sabana Larga............... 45 Tabla 4.2. Factor de aislamiento................................................... 46 Tabla 4.3. ESDD en el tramo Cerromatoso – Sabana Larga.......... 53 Tabla 4.4. Niveles de contaminación para el tramo Cerromatoso - Sabana Larga........................................ 53 Tabla 4.5. Resumen de criterios de selección................................ 54 Tabla 4.6. Factor no estandarizado – Altura sobre el nivel

del mar......................................................................... 58

Tabla 4.7 Reducción en costos de aisladores no cerámicos. ......... 59 Tabla 4.8. Métodos de selección de aisladores cerámicos. ............. 60 Tabla 4.9. Tensión no disruptiva por grado de contaminación

(porcelana AC)............................................................ 65



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Tabla N° Descripción. Pg Tabla 4.10. Diseño de Tensión no disruptiva por grado de

contaminación (porcelana AC).................................... 65

Tabla 4.11. Número de aisladores por grado de contaminación (porcelana AC)........................................................... 66

Tabla 4.12. Tensión no disruptiva por grado de contaminación (vidrio AC)................................................................... 68

Tabla 4.13. Diseño de Tensión no disruptiva por grado de contaminación (vidrio AC)........................................... 69

Tabla 4.14. Número de aisladores por grado de contaminación (vidrio AC)................................................................... 69

Tabla 4.15. Comparación de los tipos de aisladores seleccionados. 70

Tabla 4.16 Tensión no disruptiva por grado de contaminación

(porcelana DC)............................................................ 76

Tabla 4.17 Diseño de Tensión no disruptiva por grado de contaminación (porcelana DC)..................................... 76

Tabla 4.18 Número de aisladores por grado de contaminación (porcelana DC)............................................................. 76

Tabla 5.1. Problemas típicos presentes en los aisladores............... 78 Tabla 5.2. Consecuencias en los daños encontrados..................... 79 Tabla 5.3 Fallas en servicio......................................................... 82 Tabla 5.4. Mantenimiento y detección.......................................... 84 Tabla 5.5. Sustitución de aisladores............................................ 85 Tabla 5.6. Contaminación: operación y mantenimiento................ 86 Tabla 5.7. Recomendaciones preventivas...................................... 87



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LISTA DE ECUACIONES.

Ecuación Unidades.

3φφ

φ−

− =V

V n [kV] [Ecuación 4.1]

tiplicadorxFactormulVV nWSV −= φ [kV] [Ecuación 4.2]

mSmCV SWTSh

Sh

SWC +⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++=

2

2

1

1 [kg] [Ecuación 4.3]

( )[ ] 322 109.024

xxdtdWs −+=π

[kg/m] [Ecuación 4.4]

NCC VVT ×= [kg] [Ecuación 4.5]

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

22

θTSinSPC mvT [kg] [Ecuación 4.6]

dCVPV2

21

ρ= [kg/m] [Ecuación 4.7]

aP

xNTm ≤ [kg] [Ecuación 4.8]

( ) ( )aP

HCWC iTiVT ≤+++ 22 [Ecuación 4.9]



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LISTA DE ANEXOS.

ANEXO A. ENSAYOS REALIZADOS A LOS AISLADORES ELÉCTRICOS EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. ANEXO A1. ENSAYOS REALIZADOS EN AISLADORES CERÁMICOS. ANEXO A2. ENSAYOS REALIZADOS EN AISLADORES COMPUESTOS. ANEXO B. CATÁLOGOS PARA SELECCIÓN DE AISLADORES CAPITULO 4



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GLOSARIO

Cemento Aluminico: Cemento con bauxita, de endurecido rápido. Cemento Pórtland: Cemento obtenido del Clinker añadiendo solo piedra de yeso natural, es de elevada resistencia. Epoxicos: Compuesto químico orgánico constituido por dos átomos de carbono enlazados a un átomo de oxigeno. Se utiliza en la elaboración de resinas y plásticos. Hidrólisis: Descomposición de una molécula por acción de agua. Por extensión, reacción de un compuesto con el agua. Polímeros: Compuestos químicos, natural o sintético, formado por macromoléculas. Polimerización: Proceso químico en el que se combinan varias moléculas (monómetros) para formar otras de elevado peso molecular (Polímeros). Puede ser por policondensación (si se eliminan cierta moléculas simples) o por poliadición (si se forma por condensación múltiple de un manómetro no usado) Silicona: Compuesto polimérico sintético formado por cadenas tridimensionales de átomos de silicio y oxigeno Traking: Arrastre



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SIGLAS Y ABREVIATURAS AC: Alternating Current (Corriente Alterna) ANSI: Americna National Standars Institute BIL: Basic Insulation Level (Nivel Basico de Aislamiento) CIDI: Centro de Investigaciones para el Desarrollo Integral. Universidad Pontificia Bolivariana. cm: Centímetros DC: Direct Current (Corriente Directa) EHV: Extra High Voltage (Extra Alto Voltaje) EPDM: Ethylene Prophylene Diene Monomer (Etileno Propileno Monomero Dieno) ESDD: Equivalent Salt Deposit Density (Densidad de deposito de sal equivalente). FOG: Niebla ft: feet (Pies) IEC: International Electrical Comission in: inches (pulgadas) kg: Kilogramos kip: mil libras km: Kilómetros kV: Kilo Voltios lb: libras



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mg: miligramos mm: milímetros Mpa: Mega Páscales N: Número de aisladores NSDD: Salt Deposit Density (Densidad de deposito de material insoluble) SC: Shape Compact (Forma Compacta) SE: Shape Extra Long Leakage (Forma distancia de fuga extra larga) SL: Shape Longer Leakage (Forma distancia de fuga larga) SS: Shape Standard UHV: Ultra High Voltage (Ultra Alto Voltaje) VDWS: Tensión no disruptiva de diseño VWS: Tensión no disruptiva Vφ-n: Tensión fase - tierra



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INTRODUCCIÓN. Los aisladores eléctricos son elementos de gran importancia para el desarrollo de la transmisión de energía, por tal motivo es necesario analizar el comportamiento de los mismos en las líneas de transmisión con el fin de realizar una adecuada selección de los aisladores bajo cualquier condición de contaminación a la que estén expuestas las líneas de transmisión. Actualmente los aisladores son diseñados y construidos con diferentes materiales, por esta razón es necesario observar las diferencias entre cada uno de ellos y su comportamiento como materiales aislantes. Los materiales más utilizados para la fabricación de los aisladores son la porcelana, el vidrio, materiales compuestos y resinas epóxicas, todos estos materiales tienen comportamientos diferentes dependiendo de las condiciones de contaminación a las que se someten los aisladores. Otro criterio importante en la selección del aislador es el tipo de línea de transmisión AC o DC , en ambos casos el comportamiento de los aisladores es diferente considerándolo como otro factor de impacto sobre el desempeño de los aisladores junto con la contaminación. Estudios de comportamiento bajo diferentes condiciones de contaminación y diferentes materiales han sido desarrollados por compañías extranjeras como NGK INSULATORS Ltda. Y SEDIVER permitiendo tener herramientas teóricas y prácticas de modo que se pueda establecer con más precisión estos criterios de selección. Es de anotar que estos estudios no se realizan en Colombia, el mas reciente data de 1987 como un estudio de caso particular sobre una línea de transmisión en la Costa Atlántica Ing. Jairo León García (1987). Con este proyecto se busca plantear criterios para la selección de aisladores en líneas de transmisión EHV y UHV considerando los diferentes tipos de contaminación a los que se someten, así como algunas de las propiedades mecánicas y eléctricas de los aisladores teniendo en cuenta que la contaminación es uno de los factores que más afecta la vida útil del aislador ya que depende de las condiciones atmosféricas presentes a lo largo del trazado de las líneas de transmisión. En el primer capítulo de este trabajo se puede encontrar información general de los aisladores, su principal función dentro de los sistemas eléctricos y las características con las que se identifica un aislador.



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En el segundo capítulo se muestra los tipos de aisladores que existen en el mercado como son los cerámicos y los no cerámicos, cuales son los elementos que los conforman y los materiales de fabricación. En el tercer capítulo se analiza los criterios que se deben tener en cuenta para una adecuada selección de aisladores. En el cuarto capítulo se realiza una selección de aisladores aplicando los temas anteriores en una la línea de transmisión EHV de 500 kV ubicada en una zona que comprende desde Antioquia hasta la Costa Atlántica, teniendo en cuenta los diversos parámetros de contaminación presentes en dicha línea. En el quinto capítulo se busca comparar el comportamiento de los aisladores cerámicos y no cerámicos.



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CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE AISLADORES EN LÍNEAS DE EHV Y UHV BAJO CONDICIONES DE CONTAMINACIÓN.

1. FUNCIÓN DE LOS AISLADORES EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. En la transmisión de energía por medio de líneas eléctricas aéreas, se hace de gran importancia que los conductores empleados sean aislados de los apoyos correspondientes. Por lo general los conductores que se emplean no tienen aislamiento, es por esta razón que se hace necesario el uso de un elemento intermedio como el aislador, que debe cumplir con propiedades dieléctricas que aísle totalmente los conductores bajo tensión de los apoyos que soportan la línea. La función principal del aislador es evitar el paso de corriente eléctrica del conductor al apoyo. Deben aislar eléctricamente el conductor de la torre, cumpliendo con los requerimientos de tensión en condiciones normales y anormales, y sobretensiones hasta las máximas previstas. La tensión debe ser soportada tanto por el material aislante propiamente dicho, como por su superficie y el entorno compuesto por el aire que rodea el aislador.

Además de lo anterior los aisladores cumplen la misión de sujetar mecánicamente el conductor manteniéndolo aislado de tierra y de otros conductores, soportando la carga mecánica que el conductor transmite a la torre a través de ellos. 1.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS AISLADORES ELÉCTRICOS. [1] Dada la necesidad de que los aisladores cumplan con su función, se hace de gran importancia que éstos a su vez cumplan con algunas características de tipo eléctrico, mecánico y térmico, que se convierten en cualidades específicas que identifican el aislador según el material de construcción. 1.1.1 TENSIÓN DE PERFORACIÓN. La perforación consiste en una destrucción local o total del aislador, debido a una descarga que lo atraviese (se presenta un paso de corriente a través de la masa del aislador). La tensión de perforación es aquella en la que, en ciertas condiciones, produce la perforación o fisura del aislador. Esta se denomina como el valor eficaz de la tensión expresada en kilovoltios, dando lugar la perforación del aislador. Esto comprende la



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destrucción localizada del material producida por la descarga que atraviesa el cuerpo del aislador. Las normas han establecido que los ensayos para la tensión de perforación deben realizarse a una frecuencia normal de 60 Hz y aumentando el valor de la tensión gradualmente a razón de 100 v/s, hasta lograr llegar a la tensión de perforación del aislador. Se debe tener en cuenta que el desprendimiento de un fragmento del borde de los aisladores por el efecto del calor de un arco de contorneamiento, no se debe considerar como perforación. 1.1.2 TENSIÓN DISRUPTIVA. El contorneamiento consiste en la formación de un arco a través del aire, uniendo dos puntos del aislador entre los cuales existe normalmente la tensión de servicio, el arco en este caso, se establece siguiendo El contorno del aislador. Esta es además conocida como tensión de contorneamiento, y se define como el valor eficaz de la tensión expresado en kilovoltios, en el momento de producirse una descarga disruptiva o descarga de contorneamiento en el aislador. Esta descarga disruptiva es producida a través del aire dando como aspecto un arco o una chispa, estableciendo una conexión eléctrica entre las piezas metálicas de las que esta provisto el aislador. Para la determinación de la tensión disruptiva en lluvia se hace el ensayo a una frecuencia normal de 60 Hz, sometiendo el aislador a efectos de lluvia artificial. Lo mismo se hace para la determinación de la tensión disruptiva en seco pero sometiendo el aislador a una atmósfera seca. 1.1.3 LÍNEA DE FUGA. Es la distancia que se encuentra entre las fuerzas conductoras de las que esta compuesto el aislador, en las condiciones que son necesarias para los ensayos de tensión disruptiva, que se mide sobre la superficie del aislador. 1.1.4 DISTANCIA DISRUPTIVA. Es la distancia en el aire, que se encuentra entre las piezas de las que esta compuesto el aislador, que se toman como condiciones establecidas para la realización de ensayos con tensión disruptiva.



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1.1.5 CARGA DE RUPTURA MECÁNICA. Es la carga o esfuerzo mecánico que es capaz de soportar el aislador, se expresa en kilogramos (kg), y es aquella a la que tiene lugar la ruptura del aislador. Esta carga es diferente según el tipo de aplicación del aislador, pues son aplicados diferentes esfuerzos:

a) Aisladores para vientos: Tracción longitudinal en dirección del eje principal.

b) Aislador de apoyo: Se aplica la tracción a la altura de la ranura del cuello del aislador.

c) Aislador de suspensión. Es la tracción en dirección del eje, aplicada en los puntos de conexión de los herrajes.

1.2 CAUSAS DE FALLA EN LOS AISLADORES. [1] [5] El paso de corriente a través del aislador se puede presentar por las siguientes causas:

1. Conductividad de masa. 2. Perforación de la masa del aislador. 3. Conductividad superficial. 4. Descarga disruptiva a través del aire.

1.2.1 CONDUCTIVIDAD DE MASA. En este caso se presenta una conducción a través de la masa del aislador, y se determina según los materiales empleados en la fabricación de los aisladores. En cualquier caso la corriente de fuga resulta ser despreciable y no se tiene en cuenta. 1.2.2 PERFORACIÓN DE LA MASA DEL AISLADOR. Al igual que en la conductividad de masa en este caso se presenta una conducción a través del aislador, esto se debe a que puede presentarse una falla de cualquiera de sus propiedades en cualquier punto en el interior del aislador, lo cual puede provocar su perforación. Es por esta razón que la fabricación de aisladores para alta tensión se realiza en varias piezas superpuestas de reducido espesor, unidas entre sí por un material especial; evitando así el peligro de la existencia de defectos en el interior de la masa del aislador, permitiendo un cuidadoso control en el desarrollo de su fabricación.



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1.2.3 CONDUCTIVIDAD SUPERFICIAL. Se determina como el contorneado de la parte exterior del aislador por aumento de su conductividad debido a la formación de una capa de polvo, humedad o de sales depositadas en la superficie del aislador. Cuando la superficie del aislador tiene un perfil adecuado, la corriente de fuga puede reducirse hasta límites seguros, permitiendo que el recorrido de esta sea lo mayor posible. 1.2.4 DESCARGA DISRUPTIVA A TRAVÉS DEL AIRE. Es la formación de un arco entre el conductor y el soporte a través del aire, donde la rigidez dieléctrica no basta para evitar la descarga. En diferentes ocasiones la rigidez dieléctrica del aire disminuye como sucede con la lluvia, debido a que las porciones de agua de lluvia que se desprenden de la superficie del aislador toman el potencial del conductor y se encuentran a una menor distancia del soporte. Para evitar estas descargas se debe realizar un diseño adecuado de los aisladores para intemperie. Cuando los aisladores son sometidos a la acción de lluvia, para lograr aumentar la distancia entre el conductor y el soporte, el perfil de los aisladores se debe diseñar de una o de varias ondulaciones en forma de campana, aumentando con esto la distancia dieléctrica, y elevando el valor de tensión necesaria para que forme el arco.



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2 TIPOS DE AISLADORES Para el diseño del aislamiento en líneas de transmisión se cuenta con dos tipos de aisladores que son los no cerámicos fabricados con materiales compuestos y resinas epóxicas, y los aisladores cerámicos fabricados en porcelana o vidrio 2.1 AISLADORES NO CERÁMICOS. Los aisladores no cerámicos son conocidos también como aisladores poliméricos o epóxicos; en la actualidad el uso de aisladores no cerámicos ha venido en aumento en comparación con los otros tipos de aisladores en todos los niveles de Tensión. Esto se debe en gran parte a sus propiedades dieléctricas bajo las diferentes condiciones de contaminación a la intemperie. El material de los faldones y de la cubierta es capaz de soportar los efectos de descargas superficiales y diversos mecanismos de falla que se presentan en campo. Los aisladores no cerámicos poseen características especiales que los hacen atractivos para resolver problemas detectados en los aisladores de vidrio o porcelana, principalmente en zonas de alta contaminación y vandalismo. 2.1.1 DISEÑO DE AISLADORES NO CERÁMICOS. [20] Para lograr los requerimientos de aislamiento de los aisladores, se hace necesario encontrar y desarrollar materiales adecuados. Los aisladores no cerámicos se componen de diferentes materiales aislantes con propiedades óptimas para lograr el funcionamiento básico del aislador, (resistencia mecánica y aislamiento eléctrico) incluso bajo condiciones severas de contaminación. Los componentes básicos de un aislador no cerámico son: un núcleo o barra, cubierta y herrajes acoplados a ambos extremos, como se observa en la figura 2.1.



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Figura 2.1. Componentes Básicos del Aislador no Cerámico

2.1.1.1 NÚCLEO O BARRA DEL AISLADOR NO CERÁMICO. Es la parte aislante interna de un aislador no cerámico y esta diseñado para garantizar las características mecánicas, está formado por fibras de vidrio alineadas axialmente y unidas por medio de una resina orgánica con el fin de alcanzar la máxima resistencia a la tracción. Sin protección el núcleo o barra por si solo no es adecuado para la aplicación en la intemperie a alta tensión, ya que la humedad, contaminación y la tensión conducen al desarrollo de tracking lo cual resulta en una falla eléctrica, por lo cual el núcleo requiere de una cubierta y faldones hechos de algún material no cerámico elaborado para usos eléctricos.

La calidad del núcleo depende de la selección de las fibras de vidrio, el tipo de resina, en la proporción de fibras de vidrio en el molde de la resina epóxica y el proceso de la polimerización. La fuerza mecánica de la barra es determinada por su sección transversal, por consiguiente su diámetro. 2.1.1.2 CUBIERTA DE UN AISLADOR NO CERÁMICO. La cubierta es la parte aislante externa de un aislador, está proporciona la distancia de fuga y protege al núcleo de la intemperie, esta hecha por un forro intermedio de material polimérico y faldones sobresalientes de la cubierta destinados a aumentar la distancia de fuga. Los faldones pueden tener o no pestañas. Para que esta protección sea eficiente y duradera las



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interfaces (núcleo-cubrimiento, herrajes-cubrimiento) deberán ser de gran calidad. La cubierta y faldones son construidos en materiales como silicona y EPDM. El material de la cubierta de un aislador no cerámico es requerido para cumplir dos funciones básicas: Proteger la barra de daños a corto y largo plazo y proveer la distancia de fuga necesaria para las condiciones eléctricas y ambientales de la línea. Estas dos funciones requiere que la elección del material de la cubierta posea un amplio rango de propiedades eléctricas, mecánicas y química, las cuales deberán ser estables todo el tiempo, en orden de mantener la integridad del aislador a largo plazo. Estas características se observan con mayor detenimiento en la tabla 2.1.

REQUERIMIENTOS RAZONES

1. Resistencia a los cambios de clima Previene rápido envejecimiento debido al oxigeno, ozono, radiación ultravioleta, agua.

2. Alta resistencia al tracking Previene formación de caminos conductivos

3. Resistencia a la erosión Previene agrietamientos y perforaciones

4. Hidrofobicidad a largo plazo Reducción de descargas

5. Dureza Contra vandalismos

6. Altos esfuerzos Evita daños durante el manejo y montaje

7. Resistencia a la hidrólisis Previene incrementos en la conductividad del material

8. Alta flexibilidad en un alto rango de temperatura

Previene fracturas durante los cambios rápidos de temperatura

Tabla 2.1. Características esperadas de la cubierta del aislador.

La resina de los aisladores de EPDM y de SILICONA han obtenido un satisfactorio rendimiento para usarse como cubierta de los núcleos, sin embargo las cubiertas en silicona han demostrado una mayor resistencia a la posible erosión, teniendo un mejor rendimiento bajo condiciones de contaminación. Por tal motivo los aisladores de silicona son generalmente más costosos que los de EPDM. 2.1.1.3 HERRAJES. Los herrajes son dispositivos que forman parte de un aislador no cerámico, son destinados para conectar a una estructura de soporte y a un conductor. El herraje de metal esta generalmente hecho de hierro maleable o acero forjado y algunas veces se utiliza aluminio y bronce; la elección es



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hecha de acuerdo a los requerimientos mecánicos y condiciones de operación así como condiciones de atmósferas contaminantes. Además el material deberá proveer alguna ductivilidad que permita acoplarlo al núcleo, esta característica tiene siempre algún valor en el caso de significativas vibraciones eólicas. Las dimensiones de acoplamiento esta conformes a estándares nacionales e internacionales.

La conexión del herraje al núcleo es hecha por acoplamiento. El proceso de acoplamiento involucra la deformación del herraje en una prensa especial donde una cuchilla se mueve y asegura la distribución ideal de los esfuerzos evitando que se pueda causar alguna reducción en las características del núcleo. El acoplamiento también permite un buen comportamiento en la presencia de fuerzas de torsión.

2.1.2. CONDICIONES DE OPERACIÓN, POSIBLES FALLAS Y SOLUCIONES. Un resumen de las condiciones de operación de los aisladores, los posibles modos de falla y las soluciones adoptadas son mostrados en la tabla 2.2. 2.1.3. PERFIL DE LOS AISLADORES NO CERÁMICOS Para los diferentes tipos de contaminación los fabricantes de aisladores no cerámicos han desarrollado cuatro tipos de perfil que se muestran en la figura 2.2. [14]

2.2 AISLADORES CERÁMICOS En la actualidad existen largas líneas de transmisión operando bajo diversas condiciones y requerimientos de confiabilidad, la gran mayoría de ellas han sido diseñadas con aisladores de suspensión de porcelana y de vidrio. Los beneficios de los aisladores de suspensión de porcelana y vidrio están directamente relacionados a la pureza de su estructura y a las propiedades únicas del material cerámico que compone el aislador.



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Componentes de los aisladores compuestos

Condiciones de Operación

Posibles Fallas Soluciones

Mecánicas: La barra soporta los esfuerzos de la línea. Eléctricos: Sujeto a altos campos eléctricos y a descargas.

Ruptura de los herrajes. Ruptura y daño de la barra debido a los procesos de montaje. Fundición de los herrajes metálicos debido a las descargas. Gran actividad de corona y grandes niveles de radio interferencia.

Materiales de gran calidad. Herrajes: Diseñados para minimizar los efectos corona. Utilización de anillos para disminuir el efecto corona por encima de los 220 kV

Mecánicas: Sujetas a tensiones mecánicas a largo plazo, cargas cíclicas, tensiones y efectos de torsión bajo condiciones cambiantes de temperatura. Eléctricas: Sujeta a permanentes esfuerzos eléctricos y esfuerzos peak de corta duración (pasos de onda)

Daño en el núcleo debido a la disminución de propiedades mecánicas del mismo. Perforación debido a: - Pobres esfuerzos dieléctricos. - Presencia de defectos. - No existe una fuerte unión entre las fibras de vidrio y el molde de resina.

Diseño de la barra a través de la investigación: - Fibras y resina de gran calidad. - Perfecta unión entre las fibras de vidrio y las resinas. Esta selección permite que: - Una mejora en presencia de esfuerzos dieléctricos. - Mantiene las características aun bajo condiciones cambiantes de carga y temperatura.

Sujetos a: - Radiación U.V. del sol. - Arcos debido a los esfuerzos corona. - Arcos formados bajo condiciones de contaminación - Lluvia y lluvia ácida - Lavado en línea caliente - Daños mecánicos durante el transporte, montaje o debidas a vandalismo.

Desgaste y erosonamiento de la superficie lo cual permite: - Exposición de la barra. - Penetración del agua. - Perforación o fractura.

Uso de polímeros mejorados aplicados apropiadamente para prevenir el desgaste y la erosión. Uso de un molde de inyección bajo condiciones de alta temperatura lo que produce una perfecta unión entre la barra y el cubrimiento y entre los herrajes y el cubrimiento. La dureza del cubrimiento previene daños durante el montaje y minimiza los efectos debidos al vandalismo.

Tabla 2.2. Condiciones de operación, posibles fallas y soluciones.



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F 5.2"

F 4.0"

F 3.0"

F 4.8"

F 5.9"

F 3.0"

F 4.2"

Figura 2.2. Tipos De Perfil Para Diferentes Niveles de Contaminación.

2.2.1 DISEÑO DE LOS AISLADORES CERÁMICOS.[19] Para el diseño de los aisladores cerámicos se usan materiales inorgánicos como la porcelana por proceso húmedo y el vidrio templado. Aunque ambos materiales son bases cerámicas, y por consiguiente similares en su composición química, la porcelana y el vidrio no son en lo absoluto iguales en sus estructuras internas porque los procesos de producción involucrados no son similares. Los componentes básicos de los aisladores cerámicos se pueden observar en la Figura 2.3.



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Figura 2.3. Perfil del aislador cerámico.

2.2.1.1. CEMENTO. La unión del cuerpo cerámico a los herrajes se hace con cemento, de bajo coeficiente de expansión que da a los aisladores un alto grado de confiabilidad y un excelente comportamiento respecto a las exigencias de tensión, tanto mecánicas como eléctricas. Las principales características del cemento que lo hacen apropiado en la construcción de aisladores cerámicos son:

Conservar sus características de resistencia y volumen durante largos periodos de tiempo. La flexibilidad en su aplicación puede ser usada en diferentes tipos

de aisladores al variar el contenido de agua de la mezcla se puede cambiar la dureza y resistencia del cemento.

Los cementos utilizados en la fabricación de aisladores cerámicos son el Pórtland para aisladores de porcelana y el cemento alumínico para aisladores de vidrio. 2.2.1.2 CUERPO CERÁMICO. El cuerpo cerámico del aislador debe poseer excelentes propiedades para ser utilizado como aislante eléctrico, tales como, alta resistencia dieléctrica, alta resistencia mecánica, elevado punto de fusión, inercia química, etc. Estas propiedades se obtienen mediante la adecuada combinación de materiales cerámicos. Además de las propiedades de material aislante debe agregarse una tecnología de diseño que asegure a



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las piezas las condiciones necesarias para soportar esfuerzos electromecánicos sin perder sus propiedades. Los dos materiales inorgánicos ampliamente usados en el cuerpo cerámico de un aislador son la porcelana por proceso húmedo y el vidrio templado. Aunque ambos materiales son bases cerámicas silicadas y son similares en su composición química, no son iguales en su estructura interna debido a los procesos de producción involucrados. El proceso de producción de la porcelana se basa en una mezcla de pasta que se amolda y maneja para formar un cuerpo seco. Después se realiza un vidriado dando como resultado una estructura interna heterogénea compuesta de incrustaciones cristalinas en una matriz de vidrio. El vidriado incrementa los parámetros mecánicos de la porcelana durante la cocción del aislador, en el periodo de fabricación, el vidriado hace parte integral de la porcelana mediante un entrelazamiento molecular robusteciendo mecánicamente toda la pieza. Los vidriados utilizados en la porcelana son de tipo de compresión. El proceso de producción del vidrio involucra que todas las materias primas son fundidas en un horno, donde completan su fusión y el vidrio liquido toma su forma. Durante el moldeado y el endurecido, las partículas no sólidas forman parte de la solución sin que ocurra cristalización. El resultado es una completa uniformidad en su estructura interna. 2.2.1.2.1. COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA INTERNA EN EL DESEMPEÑO DEL AISLADOR. En los materiales cerámicos quebradizos como la porcelana y el vidrio, la presencia de discontinuidades son extremadamente significativas. Esto se debe a las muchas micro grietas que pueden producirse durante el proceso de fabricación del aislador o presentarse en la operación de la línea y que bajo las fuerzas mecánicas producidas en condiciones de servicio, pueden propagarse con el tiempo y finalmente conducir a la rotura. El vidrio se puede convertir en una buena razón de selección para disminuir la presencia y propagación de micro grietas, debido a que los aisladores de porcelana pierden fuerza con el paso del tiempo. Bajo condiciones de fuerza eléctrica particularmente como resultado de impulsos de tensión debido a rayos e impulsos de maniobra, se pueden originar averías en puntos de la estructura del cuerpo cerámico del aislador.



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Las micro grietas que se forman en la superficies de las cerámicas dieléctricas de los aisladores de suspensión tienen igual importancia en el desempeño mecánico y eléctrico debido a la intensa concentración de fuerzas que se presentan causando en algunos casos eventuales fallas. El método utilizado con el fin de evitar el problema de micro agrietamiento en el cuerpo cerámico de aisladores de porcelana es realizado por medio del vidriado compresivo, cuya capa es de 15 mm y cuya fuerza de compresión aplicada en la construcción es de 15 Mpa, sin embargo esta capa no se hace muy efectiva para evitar la propagación de grietas. En el vidrio se aplica permanentemente una fuerza compresiva en la región del cuerpo del aislador por el controlado proceso de Templado. La fuerza compresiva es sustancial (250 Mpa), la formación y propagación de grietas es fuertemente neutralizada. 2.2.1.3 HERRAJES. Los herrajes de un aislador cerámico de suspensión son la campana metálica de ojal o cuenca y perno metálico. Las campanas se fabrican de acero forjado, hierro maleable o aluminio. Las partes ferrosas, distintas del acero inoxidable, se deben galvanizar según las especificaciones existentes para galvanizado en caliente de herrajes en hierro y acero. 2.2.1.4. PERFIL DE LOS AISLADORES CERÁMICOS. Existen diferentes perfiles de aisladores para líneas de transmisión, cada uno de ellos se ajusta a parámetros necesarios en las condiciones donde serán instalados. Por lo general los aisladores se basan en recomendaciones de organismos como IEC y ANSI los cuales determinan las formas y tasas de resistencia mecánica a los cuales deberán ser construidos. En las Tabla 2.3. y 2.4. se observan los tipos y valores de fuerza mecánica a las que son construidos los aisladores para AC y DC respectivamente.



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AISLADORES PARA APLICACIONES EN AC.

Norma Aplicable.

TIPO DE

PERFIL Valores de fuerza mecánica, kN.

40 70 80 100 120 160 190 210 24

0 300 400 530

Normal • • • • • • • • • • Tipo Niebla A

• • • • • • • IEC Doc. 383

Tipo Niebla B.

• •

Normal • • • ANSI 29.2

Tipo Niebla A.

• •

Tabla 2.3. Aisladores para aplicación AC.

AISLADORES PARA APLICACIONES EN DC.

Norma Aplicable. Valores de fuerza mecánica, kN.

160 210 220 240 300

IEC Doc. 383 Especial DC • • • •

ANSI 29.1 Especial DC. • •

Tabla 2.4. Aisladores para aplicación DC.



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3. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE AISLADORES. Para la selección de aisladores en el diseño de líneas de transmisión, se tienen criterios estandarizados que deben cumplirse para todos los tipos y materiales de aisladores. Entre estos se destacan los estudios de campo y de laboratorio que permitirán una adecuada selección al final del proyecto. En la figura 3.1. se observan los criterios necesarios para la selección de aisladores en una línea de transmisión.

Figura 3.1. Criterios Para La Selección De Aisladores.



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3.1 CRITERIOS ELÉCTRICOS. Los criterios eléctricos son de gran importancia para el diseño de aislamiento de una línea de transmisión estos son:

Nivel básico de aislamiento (BIL) Sobretensiones de tipo externo e interno. Tensión no Disruptiva. Distancia de fuga. Desempeño en contaminación.

3.1.1 NIVEL BÁSICO DE AISLAMIENTO. Para la selección de aisladores en los sistemas de transmisión se debe tener en cuenta como primer factor, el nivel de aislamiento estándar. La IEC Pub 71 estipula los niveles básicos de aislamiento para todos los niveles de tensión, los valores que se encuentran en la norma deben ser aplicados según las característica de tensión para los diferentes sistemas, los aisladores son diseñados y seleccionados teniendo en cuenta los valores estipulados por la IEC. En la tabla 3.1. se pueden observar los valores de BIL para los diferentes niveles de tensión. TENSIÓN DEL SISTEMA (kV)

MÁXIMA TENSIÓN (kV)

BIL (kV) V50% (típico) RAYO (kV)

69 72.5 350 385 120 123 550 605 138 145 650 715 161 170 650 715

750 825 230 245 950 1045

1050 1155 315 330 1050 1155

1175 1295 345 362 1175 1295 400 420 1425 1565 500 525 1425 1565

1550 1705 735 765 2100 2310

Tabla 3.1. Niveles típicos de aislamiento.



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3.1.2 SOBRETENSIONES DE TIPO EXTERNO E INTERNO. Se pueden presentar sobretensión de tipo interno debido a la maniobra de los interruptores del sistema, causados por energización de líneas, desergización de bancos de capacitares, restablecimiento de cierre a alta velocidad, energización y desenergizacion de transformadores. Las sobretensiones de tipo externo son causadas por descargas tipo rayo. 3.1.3 TENSIÓN NO DISRUPTIVA. Se refiere a la tensión máxima de diseño para los aisladores. 3.1.4 DISTANCIA DE FUGA. Es la línea de fuga requerida por la cadena de aisladores para cumplir con las necesidades de aislamiento de la línea, Esta es determinada de acuerdo al nivel de contaminación del sitio. 3.1.5 DESEMPEÑO EN CONTAMINACIÓN. Este parámetro nos permite determinar el comportamiento de los aisladores bajo los diferentes niveles de ESDD a lo largo de la línea de transmisión. La medición del grado de ESDD en la línea se determina por medio de la realización de pruebas de campo o pruebas de laboratorio de los fabricantes. las pruebas de campo son realizadas por medio de la ubicación de cadenas piloto en un trayecto cerca o similar a la ubicación de la línea durante un periodo de 2 a 5 años, después son retiradas y llevadas a pruebas de laboratorio en las cuales se mide el grado de conductividad de la solución removida de la superficie del aislador, calculando la cantidad de cloruro de sodio que muestra la misma conductividad de la muestra lo que permite la obtención de un valor de ESDD. Además de esto se obtienen los valores exactos de tensión de no disrupción para dichas cadenas obteniendo así datos de gran utilidad para la selección. 3.1.5.1 FACTORES DE CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA. Estos factores de contaminación son utilizados para determinar la tensión de descarga a frecuencia industrial a 60 Hz en húmedo y tensión de onda de impulso de maniobra critico de descarga en positivo para los cuatro



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niveles de contaminación. En la tabla 3.2 se pueden observar los valores de los factores correspondientes para cada uno de los niveles.

NIVEL DE CONTAMINACIÓN

FACTOR DE CONTAMINACIÓN PARA TENSIÓN DE DESCARGA A FRECUENCIA INDUSTRIAL 60 Hz EN HÚMEDO

FACTOR DE CONTAMINACIÓN PARA TENSIÓN DE ONDA DE IMPULSO DE MANIOBRA CRITICO DE DESCARGA EN POSITIVO

LIGERO. 1.5 1.1 MEDIANO 1.6 1.2

ALTO. 1.7 1.3 MUY ALTO. 1.8 1.4

Tabla 3.2.Factores de contaminación atmosférica.

3.2 CRITERIOS MECÁNICOS. Se deben tener en cuenta entre otros los siguientes criterios mecánicos:

Diseño de cargas. Factor de seguridad. Montaje de Cadenas de aisladores. Tipos de herrajes.

3.2.1 DISEÑO DE CARGAS. La condiciones de carga para ser considerada en el diseño mecánico de montaje de aisladores para líneas de transmisión incluye cargas normales debidas al peso del conductor ángulo horizontal, nivel de diferencia, presión del viento, nieve y hielo, etc. Y cargas anormales debidas a tormentas, ruptura de conductores, ruptura de cadenas de aisladores. 3.2.2 FACTOR DE SEGURIDAD. El factor de seguridad permite magnificar el valor de carga para que la línea tenga una adecuada resistencia mecánica y trabaje bajo buenas condiciones de seguridad. 3.2.3 MONTAJE DE CADENAS DE AISLADORES. El diseño del montaje de aisladores de suspensión debe ser hecho para que las condiciones extremas no exceda la carga máxima de trabajo del montaje de aisladores. Existen tres formas de montaje de cadenas de



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aisladores suspensión vertical, suspensión en V, y de retención, estos pueden ser cadenas sencillas o múltiples. El efecto del arreglo de montaje de las cadenas de aisladores sobre el grado de polución ha sido estudiado a largo plazo en varios lugares y se ha llegado a las siguientes conclusiones.

Se puede observar que durante un largo periodo, la cantidad de ESDD en una cadena de aisladores de retención es menor en un 50% comparada con una cadena de aisladores de suspensión.

En el caso de aislador de retención, el grado de ESDD es más

elevado en la superficie inferior del aislador, cuando el aislador se enfrenta al mar.

El grado de ESDD en la cadena de aisladores de disco en V es

aproximadamente un 80% menor, comparado con las cadenas de aisladores en I.

3.2.4. TIPOS DE HERRAJES. Son aquellos elementos utilizados para la fijación de los aisladores al apoyo y al conductor. Los herrajes son diseñados de acuerdo a la función mecánica y eléctrica que deben cumplir. El material con los que se fabrican estos elementos debe ser inalterable a la acción corrosiva de la atmósfera. Las grapas de amarre del conductor deben soportar una tensión mecánica en el cable del 90% de la carga de rotura del mismo, sin que se produzca su deslizamiento. Para el diseño de herrajes para líneas de alta tensión se debe tener muy presente su comportamiento bajo el efecto corona. Los tipos de herrajes usados para aisladores cerámicos y no cerámicos son los que se encuentran en la Figura 3.2. 3.3 CRITERIOS AMBIENTALES. Los criterios que se deben tener en cuenta son los siguientes:

Localización de la línea. Tipo y nivel de contaminación. Efecto Corona. Radio interferencia. Corrosión de herrajes..



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Figura 3.2. Herrajes para aisladores no cerámicos. 3.3.1. LOCALIZACIÓN DE LA LÍNEA. En la localización dela línea se debe tener en cuenta la zonificación por niveles de contaminación, la altura sobre el nivel del mar, y condiciones metereológicas. 3.3.2 TIPOS DE CONTAMINACIÓN. [13] Los tipos de contaminación se han clasificado dentro de cuatro categorías que se observan en la Figura 3.3: contaminación marina, industrial desértica y otras. 3.3.2.1 CONTAMINACIÓN MARINA. Un aislador en un área de contaminación marina es severamente contaminado por la influencia del viento desde el mar, usualmente no acompañado por lluvias. Bajo estas condiciones, el aislador es contaminado rápidamente siendo esta la llamada contaminación rápida. La descarga por contaminación ocurre cuando la contaminación rápida del aislador consigue humedad a causa de la nieve, llovizna, roció y así



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sucesivamente. El máximo grado de contaminación de un aislador es relacionado directamente a la distancia desde la costa.

Figura 3.3. Tipos de Contaminación.

3.3.2.2 CONTAMINACIÓN INDUSTRIAL. Los aisladores usados en áreas industriales son contaminados por el humo y hollín. En años reciente el humo y hollín ha sido restringido por las reglas de anticontaminación y en áreas que parecen no ser serias en contaminación. La cantidad de contaminación disminuye rápidamente con el incremento en la distancia desde la fuente de humo. 3.3.2.3 CONTAMINACIÓN DESÉRTICA. En áreas de contaminación desértica una gran cantidad de contaminantes son capaces de acumularse en la superficie del aislador, esto se debe a que no puede esperarse que el efecto de la lluvia limpie la superficie, ya que en esta área se presentan pocas precipitaciones. Según investigaciones hechas en la contaminación de desierto, el grado de ESDD en el aislador se aproxima a rangos entre 0.1 a 0.25 mg/cm2 en una región dentro del continente y cantidades de hasta 0.4 mg/cm2 en una región costera. 3.3.2.4 OTROS TIPOS DE CONTAMINACIÓN. Este tipo de contaminación es debida a la presencia de cenizas volcánicas, fertilizantes, industria del cemento, etc.



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3.3.3 NIVELES DE CONTAMINACIÓN. [15] La relación entre los niveles de contaminación y las mediciones de ESDD se han obtenido a lo largo de las investigaciones realizadas por los fabricantes estandarizando los siguientes Valores:

NIVEL Nº TIPO DE NIVEL. ESDD mg/cm2 NIVEL I. LIGERO. 0-0.04 NIVEL II. MEDIANO 0.05 . 0.07 NIVEL III. ALTO. 0.08 – 0.12 NIVEL IV. MUY ALTO. 0.13 – 0.30

Tabla 3.3. Relación de ESDD y Nivel de contaminación.

Con el fin de realizar una clasificación de los niveles de contaminación se a empleado el factor de distancia de fuga por unidad de tensión para diferentes grados de contaminación, esto permite especificar de una manera adecuada el nivel de aislamiento mínimo requerido. En la Tabla 3.4 se muestran los valores de distancia de fuga recomendados para cada uno de los niveles de contaminación según el documento IEC Doc. 815.

NIVEL Nº TIPO DE NIVEL. DISTANCIA DE FUGA (mm/kV).

NIVEL I. LIGERO. 16 NIVEL II. MEDIANO 20 NIVEL III. ALTO. 25 NIVEL IV. MUY ALTO. 31

Tabla 3.4. Valores de distancia de fuga. Algunos tipos de aisladores, en especial los que tienen formas para clases particulares de contaminación, pueden no cumplir estas condiciones a pesar de mostrar un buen comportamiento en servicio. [7] [8] 3.3.3.1 NIVEL DE CONTAMINACIÓN LIGERO (NIVEL I). Se puede encontrar en este tipo de nivel áreas sin zonas industriales y con baja densidad de población, áreas sometidas a lluvias y a vientos frecuentes, áreas agrícolas y montañosa, líneas próximas a vías de comunicación de gran circulación de vehículos, líneas rurales, principalmente cuando su trazado se presenta por zonas en las cuales se



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utiliza abonos químicos, estos químicos al mezclarse con polvo natural se depositan sobre la superficie del aislador. 3.3.3.2 NIVEL DE CONTAMINACIÓN MEDIANO (NIVEL II). Este nivel comprende áreas con zonas industriales que no producen humos contaminantes, y con densidad promedio de población, áreas expuestas a los vientos del mar pero no demasiado cerca de la costa, líneas rurales que atraviesan zonas de niebla frecuenté, zonas de baja precipitación acuosa que permita el lavado y auto limpieza del aislador. 3.3.3.3 NIVEL DE CONTAMINACIÓN ALTO (NIVEL III). Este nivel comprende áreas en zonas con alta intensidad de industria y grandes suburbios de población, alta densidad de plantas de calentamiento, áreas cercanas al mar o expuestas a vientos relativamente fuertes desde el mar. En este nivel se ha considerado las líneas en las cuales se deposita sobre los aisladores un polvo grasiento que forma una película que con el tiempo se convierte en una capa adherente, se incluye en esto las líneas próximas a fabricas de cementos, productos químicos y centrales termoeléctricas. 3.3.3.4 NIVEL DE CONTAMINACIÓN MUY ALTO (NIVEL IV) En este nivel de contaminación se encuentran áreas sometidas a polvos conductores y a humos industriales que producen depósitos conductores densos, áreas muy cercanas al mar y expuestas a lluvias marinas, áreas desérticas expuestas a fuertes vientos que arrastran arena y sal. También se consideran áreas cercanas a grandes instalaciones de energía industriales químicas y metalúrgicas, en las cuales la contaminación es muy severa debido a que los depósitos contaminantes son conductores en atmósfera seca. 3.3.4 EFECTO CORONA. El efecto corona se presenta como en la mayoría de casos en forma luminosa, justo antes de presentarse una tensión de ruptura. Para el caso de AC las descargas e impulsos ocurren regular mente de ida y vuelta en cada medio ciclo. En CD la primera descarga deposita una carga superficial sobre la superficie de la aislador que debe fugarse antes de que pueda ocurrir otra descarga, así la corona sobre superficies aislantes es muy intermitente con voltajes uniformes en DC y se presentan descargas cuando el voltaje crece o disminuye.



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3.3.5 RADIO INTERFERENCIA. El efecto de descargas eléctricas sobre los aisladores produce alguna interferencia. Sin embargo las descargas superficiales que producen las corrientes excesivas, no son necesariamente responsables de las altas interferencias puesto que componen muy pocos componentes de alta frecuencia. Las descargas tipo corona resultantes de distorsión del campo eléctrico, originadas por una superficie contaminada húmeda pero con formación de bandas secas, son las causantes de interferencias en señales de radio y televisión. 3.3.6 CORROSIÓN DE HERRAJES. Se puede presentar corrosión acelerada de los herrajes, especialmente en áreas donde la presencia de contaminación es elevada. Las causas de está corrosión son debidas a perdidas de la capa de zinc quedando el metal a la acción corrosiva del medio, generación de ácido nítrico a partir de ozono producido por el efecto corona y el calentamiento, y efectos electrolíticos debidos a la corriente de fuga. 3.4 CRITERIOS DE COSTO INICIALES Y DE MANTENIMIENTO. Entre los criterios para el desarrollo del aislamiento en el proyecto de una línea de transmisión se tienen en cuenta los siguientes:

Costos Iniciales. Mantenimiento.

3.4.1 COSTOS INICIALES. El costo de los aisladores en el diseño y construcción de una línea de transmisión de energía normalmente representa mas o menos el 5% del costo general del proyecto. Entre estos costos se pueden considerar los relativos al diseño, adquisición, transporte, montaje 3.4.2 COSTOS DE MANTENIMIENTO. Se refiere a los costos relacionados a la inspección de aisladores en operación, por lavado de aisladores en áreas de contaminación, por reemplazo de aisladores averiados a causa de fallas o vandalismo.



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4. SELECCIÓN DE LA CADENA DE AISLADORES PARA UNA LA LÍNEA DE TRASMISIÓN EHV DE 500 kV UBICADA EN UNA ZONA QUE COMPRENDE DESDE ANTIOQUIA HASTA LA COSTA ATLÁNTICA En este trabajo se busca realizar la selección de aisladores para una línea hipotética energizada en corriente Alterna y Continua, y que se encuentra entre los departamentos de Antioquia y Bolívar, además se tendrán en cuenta las diversas condiciones y grados de contaminación presentes a lo largo de está línea. Con el propósito de mostrar la forma de selección de aisladores se utilizara información del segundo circuito de 500 kV de San Carlos – Sabana Larga del sistema de transmisión en Colombia. El segundo circuito de la línea San Carlos - Sabana larga a 500 kV de tensión, se divide en dos tramos, el primer tramo va desde San Carlos hasta Cerromatoso y el segundo tramo va desde Cerromatoso hasta Sabanalarga. Para efecto de la aplicación de este trabajo se ha decidido utilizar el tramo considerado desde Cerromatoso hasta SabanaLarga, con una distancia de 317 Km. El conductor del tramo tiene las siguientes características: Designación.......................................................... Darien AAC. Diámetro del conductor........................................ 21.79 mm Peso..................................................................... 781.6 kg/km Carga de rotura.................................................... 8.535 kg BIL....................................................................... 1425 kV. Circuito sencillo................................................... 4 conductores por fase Como datos adicionales podemos tener:

Tramo 2. Sector Norte

Temperatura básica promedio 26.8 grados centígrados

Nivel ceráunico 59 Vel. Viento básico 10km/h Vel. Viento final 80km/h Vano regulador 450m

Tabla 4.1. Datos del tramo Cerromatoso - Sabana Larga.



46

4.1. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS AISLADORES. 4.1.1 CRITERIOS ELÉCTRICOS. Para la selección del aislamiento del tramo de línea Cerromatoso – Sábana Larga se deben considerar los valores de sobretensión soportada de maniobra y la sobretensión a frecuencia del sistema (60 Hz) en húmedo. Dichos valores deberán ser obtenidos teniendo en cuenta los factores que se muestran en la Tabla 4.2. y remitiéndose a la Tabla 3.2 en cuanto a el factor de contaminación atmosférica. Onda Impulso de

maniobra critico de descarga,

Positivo.

Tensión de descarga a Frecuenta

industria 60 Hz en Húmedo.

a) Tensión Máxima b) Factor de Cresta c) Onda de Impulso por

maniobra d) Relación de impulso crítico

e impulso por maniobra. e) Relación entre tensión No

disruptiva y tensión de descarga.

f) Contaminación atmosférica.

g) Factor de seguridad. h) Elevación debido a fallas

en la línea. Factor Multiplicador de Tensión no disruptiva (a nivel del mar), producto de factores anteriores.

1.05 1.414 (√2)

2.5

1.175

1.175

1.1

1.15

----

6.48

1.05 ---- ----

----

1.175

1.5

1.25

1.2

2.78

Tabla 4.2. Factor de aislamiento.



47

Cálculo de tensión Fase-Neutro para 500 kV.

3φφ

φ−

− =V

V n [Ecuación 4.1]

kVkV

V n 68.2883

500==−φ

Cálculo de la tensión no disruptiva para impulso de maniobra y a frecuencia de 60Hz en húmedo.

tiplicadorxFactormulVV nWSV −= φ [Ecuación 4.2]

Tensión de impulso de maniobra para el nivel de contaminación ligero.

kVkVxVWSV 64.187048.668.288 == Tensión a frecuencia a 60Hz en húmedo para el nivel de contaminación ligero.

kVkVxVWSV 53.80278.268.288 == Tensión de impulso de maniobra para el nivel de contaminación mediano.

kVkVxVWSV 39.2040068.768.288 == Tensión a frecuencia a 60Hz en húmedo para el nivel de contaminación mediano.

kVkVxVWSV 22.85696.268.288 == Tensión de impulso de maniobra para el nivel de contaminación alto.

kVkVxVWSV 76.221065.768.288 == Tensión a frecuencia a 60Hz en húmedo para el nivel de contaminación alto.

kVkVxVWSV 53.90915.368.288 == Tensión de impulso de maniobra para el nivel contaminación muy alto.



48

kVkVxVWSV 45.2380246.868.288 ==

Tensión a frecuencia a 60Hz en húmedo para el nivel de contaminación muy alto.

kVkVxVWSV 30.96133.368.288 == Los anteriores serán los valores de tensión no disruptiva que se utilizaran para la selección de aisladores. 4.1.2. CRITERIOS MECÁNICOS. [13] Con el fin de realizar la selección mecánica que deben soportar los aisladores en condiciones de operación, se debe tener en cuenta características generales de la línea entre las que se encuentran el peso del conductor, diámetro del conductor, carga mecánica de ruptura del conductor, Distancia Promedio entre torres, velocidad máxima de viento. Cálculo de carga vertical (CV).

mSmCV SWTSh

Sh

SWC +⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++=

2

2

1

1 [Kg.] [Ecuación 4.3]

donde: WC = Peso del conductor por unidad de conductor. (kg/m) Sm = Longitud de distancia promedio, (S1+S2)/2. (m) h1 = Diferencia de Nivel desde la torre adyacente (m) h2 = Diferencia de Nivel desde una torre adyacente opuesta (m) S1 = Distancia entre una torre adyacente (m) S2 = Distancia entre una torre adyacente opuesta. (m) T = Carga mecánica del conductor en (kg). Ws = Carga de hielo y nieve por unidad de longitud (kg/m)

( )[ ] 322 109.024

××−+= dtdWsπ

[Ecuación 4.4]

donde: d = Diámetro del conductor (m) t = Ancho de capa de Hielo (m)



49

Los valores para determinar la carga vertical de los aisladores en la línea de 500 kV son: WC 0.7816 kg/m. Sm (450m +450m) /2 =450 m. h1 0 m, debido a que es una zona ondulada plana. h2 igual h1 S1 450 m. S2 igual S1 T 8535 kg. Ws 0 kg/m, debido a que es una zona costera.

kgCV 72.351450*085354500

4500

450*782.0 =+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++=

CV =3.45 kN CV =775.59 lb La carga vertical para los cuatro conductores en la línea estará dada por:

NCC VVT ×= [Ecuación 4.5] N = número de conductores por fase. N = 4

kgCVT 88.1406472.351 =×= CVT =13.8 kN. CVT =3102,4 lb. Cálculo de carga transversal (CT).

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

22

θTSinSPC mvT [kg] [Ecuación 4.6]

donde: PV = Carga de presión de viento por longitud de conductor. (kg/m) θ = Angulo horizontal del conductor (grados).



50

dCVPV2

21

ρ= [kg/m] [Ecuación 4.7]

Donde: ρ = Densidad del aire (kg . s2/m4) C = Coeficiente de carga de presión del viento. (1 para conductor) V = Velocidad del viento m/s. ρ = 0.1316 kg.s2/m4 C = 1 para conductor. V = 22.22 m/s. d = 0.02179 m. θ = 45º

( ) mkgPV /831.202179.0*22.22*1*1316.021 2 ==

kgSinCT 68.7806245

*8535*2450*8131.2 =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

CT = 76.5 kN CT = 17200 lb Cálculo mecánico de aisladores de retención. Debido a que los aisladores de retención soportan directamente la tensión del conductor, la máxima tensión de trabajo del conductor se convierte en condición de carga.

aP

NTm ≤× [Ecuación 4.8]

donde: Tm = Tensión máxima de trabajo del conductor (kg). P = Fuerza del aislador (kg). a = factor de seguridad.

%30×= TTm a = 3 N = 4



51

La tensión máxima de operación depende de las condiciones ambientales tales como vientos elevados, tornados y otros, pero a su vez esta tensión máxima de operación no debe sobrepasar del 50%. El factor a es tomado con un valor de 3 para dar un margen de seguridad elevado, ya que el aislador es un elemento frágil en comparación con los demás elementos de una línea de transmisión.

kgTm 5.2560%308535 =×=

345.2560

P≤×

kgP 30720≥ kNP 06.301≥ lbP 3,67681≥

Cálculo mecánico de aisladores de suspensión. El diseño del montaje de aisladores de suspensión deberá ser hecho para que las condiciones extremas no exceda la carga máxima de trabajo del montaje de aisladores. Cálculo de aisladores de suspensión en I:

( ) ( )aP

HCWC iTiVT ≤+++ 22 [Ecuación 4.9]

donde: Wi = Peso de montaje de aisladores (kg). Hi = Carga de presión de viento en montaje de aisladores. (kg) P = Fuerza del aislador (kg). a = factor de seguridad.

( ) ( )3

68.780688.1406 22 P≤+

kgP 31.23797≥

kNP 2.233≥ lbP 76.52428≥



52

este valor de carga de aisladores en suspensión deberá ser corregido en el momento de la selección del aislador por criterios de contaminación. Cálculo de aisladores de suspensión en V: Con el propósito de reducir la servidumbre y mejorar el desempeño en contaminación, se usa cada vez mas el montaje de aisladores en V para líneas EHV y UHV. Para el cálculo mecánico de las cadenas en V, se debe tener en cuenta la carga mecánica de cada brazo de la cadena. Este valor se toma como el valor mecánico de la cadena en I dividido en 2, pero teniendo en cuenta que los herrajes deben cumplir con los requerimientos de carga total. Para cadena en V tendremos: 233.2 kN/2 =116.6 kN

26212.88 lb. 4.1.3. CRITERIOS AMBIENTALES. [6] Localización de la línea. Este tramo sale de Cerromatoso a una altura sobre el nivel del mar de 810 m aproximadamente, sigue por la S/E Chinu a 400 metros sobre el nivel del mar y al llegar a S/E Sabanalarga se encuentra a 100 m sobre el nivel del mar. El trazado de la línea cuenta con una longitud de 317 Km., y en su mayoría expuesta a un ambiente salino dado que se encuentra muy próxima al océano Atlántico. Tipos de contaminación. Debido a la proximidad de tramo a la costa, se dice que esta presenta un tipo de contaminación marina. Nivel de contaminación. Para la selección de los aisladores en el sector norte del segundo circuito de interconexión se estableció una zonificación por niveles de contaminación con base a los estudios respectivos realizados para el primer circuito. Los estudios y mediciones de campo fueron ejecutados por el Centro de Investigaciones para el Desarrollo integral-CIDI de la



53

universidad pontificia Bolivariana y los datos obtenidos son mostrados en la Tabla 4.3.

ZONA N° Tramo (Km.) ESDD (mg/cm2) 1 Cerromatoso - 292.3 ≤ 0.03 2 292.3 - 371.6 ≤ 0.07 3 371.6 – 542.9 ≤ 0.18

Tabla 4.3. ESDD en el tramo Cerromatoso – Sabana Larga..

Teniendo en cuenta los valores dados de ESDD para los cuatro niveles de contaminación mostrados en la tabla 3.3. se dice que con respecto a los datos obtenidos de las mediciones del tramo de la línea en las tres zonas se tiene que los niveles para cada una son mostradas en la tabla 4.4.

ZONA N° ESDD (mg/cm2) NIVEL DE CONTAMINACIÓN.

1 ≤ 0.03 LIGERO. 2 ≤ 0.07 MEDIO. 3 ≤ 0.18 MUY ALTO.

Tabla 4.4. Niveles de contaminación para el tramo Cerromatoso - Sabana Larga.

Para la selección de aisladores no cerámicos, los fabricantes han desarrollado diversos perfiles para cada uno de los niveles de contaminación teniendo en cuenta su experiencia durante muchos años en campo y en pruebas de laboratorio. Los datos obtenidos se muestran en la tabla 4.5.

4.2 SELECCIÓN DE AISLADORES NO CERÁMICOS. Para la selección de estos aisladores se utilizaran los criterios obtenidos en el numeral 4.1 4.2.1 SELECCIÓN DE AISLADORES NO CERÁMICOS EN AC* El motivo de la introducción de estos aisladores es proveer mejores soluciones a problemas específicos y abrir mas posibilidades en el diseño de líneas de transmisión. Las razones que inducen al uso de los aisladores no cerámicos provienen de la reducción de los costos en las diferentes etapas de los proyectos de transmisión: Diseño, Adquisición, construcción y mantenimiento. * Para la selección de los aisladores No Cerámicos se tendrá en cuenta el catalogo referenciado con el número [14] en la Bibliografía.



54

Para cada una de las zonas se utilizara un perfil que se muestra en la figura 2.2. que cumpla con las características de contaminación en su respectivo nivel, la zona 1 que se encuentra a un nivel de contaminación ligero se usara el perfil de aislador SC, la zona 2 con un nivel de contaminación medio se utilizara un perfil SL, y la zona 3 con un nivel de contaminación muy alto se utilizara el perfil SE y los datos eléctricos y mecánicos que se obtuvieron anteriormente.

DATOS OBTENIDOS.

Tensión de servicio. 500 kV BIL 1450 kV Tensión No disruptiva De Maniobra en contaminación ligera. 1870 kV

Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo en contaminación ligera 803 kV

Tensión No disruptiva De Maniobra en contaminación mediana. 2040.39

Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo en contaminación mediana 856.22

Tensión No disruptiva De Maniobra en contaminación muy alta. 2380.45

ELÉCTRICOS.

Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo en contaminación muy alta 961.30

Carga mecánica para aisladores en retención.

301.06 kN (67681 lb.) MECÁNICOS. Carga mecánica para aisladores en

suspensión. 233.2 kN (52428 lb)

Zona 1- Nivel I. ≤ 0.03 mg/cm2 Zona 2. Nivel III. ≤ 0.07 mg/cm2 AMBIENTALES. Zona 3. Nivel IV ≤ 0.18 mg/cm2

Tabla 4.5. Resumen de criterios de selección.

4.2.1.1. SELECCIÓN DE AISLADORES DE RETENCIÓN. El valor mecánico de carga se divide en dos con el fin de usar dos cadenas de aisladores de retención por fase. 301.06 kN/2 =150.05 kN

33841 lb. Por tal motivo se utilizaran dos cadenas de 50 kip, según catálogos NGK , teniendo en cuenta los datos eléctricos se obtiene un aislador de las siguientes características:



55

Figura 4.1 Dimensión de los faldones de 50 Kip para SC, SS, SL

Para un nivel de contaminación ligero. Catalogo N° 502-SC1090-YK. Número de faldones 109. Distancia de fuga 7739 mm (304.7 in) Distancia de arco 3316 mm (130.6 in) Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 1055 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1180 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso positivo.2065 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso negativo.2170 kV. Peso de la cadena 13.3 kg. (29.3 lb.) Para un nivel de contaminación medio. Catalogo N° 502-SS1170-YK. Número de faldones 117. Distancia de fuga 10048mm (395.6 in) Distancia de arco 3570 mm (140.6 in) Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 1110 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1235 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso positivo.2220 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso negativo.2335 kV. Peso de la cadena 16.9 Kg. (37.2 lb.) Para un nivel de contaminación muy alto.

Figura 4.2 Dimensión de los faldones de 50 Kip para SE



56

Catalogo N° 502-SE1310-YK. Número de faldones 131. Distancia de fuga 17078mm (672.3 in) Distancia de arco 4028 mm (158.6 in) Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 1195 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1335 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso positivo.2495 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso negativo.2630 kV. Peso de la cadena 30.4 kg. (67 lb.) 4.2.1.2. SELECCIÓN DE AISLADORES DE SUSPENSIÓN. Para las cadenas de suspensión se usarán montaje en V, con un valor mecánico de 30 kip. Ya que la carga mecánica exigida es de 116.6 kN ó 26214 lb por brazo.

Figura 4.3 Dimensión de los faldones de 30 Kip para SE, SS, SL

Para un nivel de contaminación ligero. Catalogo N° 301-SC1090-YJ. Número de faldones 109. Distancia de fuga 7739 mm (304.7 in) Distancia de arco 3316 mm (130.6 in) Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 1055 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1180 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso positivo.2065 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso negativo.2170 kV. Peso de la cadena 9.2 kg. (20.3 lb.) Para un nivel de contaminación medio. Catalogo N° 301-SS1170-YJ. Número de faldones 117. Distancia de fuga 10048mm (395.6in)



57

Distancia de arco 3570 mm (140.6 in) Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 1110 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1235 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso positivo.2220 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso negativo.2235 kV. Peso de la cadena 12.3 Kg. (27.1 lb.) Para un nivel de contaminación muy alto.

Figura 4.4 Dimensión de los faldones de 30 Kip SE Catalogo N° 301-SE1310-YJ. Número de faldones 131. Distancia de fuga 17078mm (672.3 in) Distancia de arco 4028 mm (158.6 in) Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 1195 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1335 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso positivo.2495 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso negativo.2630 kV. Peso de la cadena 24.2 kg. (53.4 lb) Se debe comprobar el desempeño de los aisladores seleccionados según la altura de instalación de estos sobre el nivel mar, para esto se calcula un factor de densidad de aire no normalizado (altitud) que relaciona la tensión no disruptiva de la cadena seleccionada sobre la tensión no disruptiva calculada.

calculadadisruptivanotensióncadenadedisruptivanoTensión

fr−−−

−−−−=

Para ligera contaminación.

10.118702065

==kVkV

fr

Para media contaminación.



58

08.139.2040

2220==

kVkV

fr

Para muy alta contaminación.

05.145.2380

2495==

kVkV

fr

Con base en este factor se determina el nivel de altura mínima en la Tabla 4.6, donde los aisladores tendrán un buen desempeño.

ELEVACIÓN. ELEVACIÓN. factor de densidad de

aire no normalizado

m ft factor de densidad de aire no normalizado

M ft

1.00 0 0 1.23 2154 7068 1.01 85 280 1.24 2258 7409 1.02 171 561 1.25 2362 7750 1.03 256 841 1.26 2468 8098 1.04 343 1126 1.27 2580 8463 1.05 432 1417 1.28 2691 8829 1.06 521 1709 1.29 2803 9195 1.07 609 1999 1.30 2614 9561 1.08 697 2287 1.31 3026 9927 1.09 788 2584 1.32 3139 10299 1.10 878 2881 1.33 3258 10688 1.11 971 3186 1.34 3377 11079 1.12 1065 3495 1.35 3497 11474 1.13 1159 3804 1.36 3617 11868 1.14 1253 4112 1.37 3740 12270 1.15 1347 4418 1.38 3864 12676 1.16 1440 4724 1.39 3887 13082 1.17 1534 5034 1.40 4113 13493 1.18 1634 5375 1.41 4238 13904 1.19 1739 5705 1.42 4369 13333 1.20 1843 6045 1.43 4501 14768 1.21 1646 6386 1.44 4630 15191 1.22 2050 6727 1.45 4765 15632

Tabla 4.6. Factor no estandarizado – Altura sobre el nivel del mar.



59

Al observar los valores de altura correspondientes para las cadenas seleccionadas ninguna presenta problemas en cuanto a su aplicación a la altura máxima de 810 m en el tramo. 4.2.2 SELECCIÓN DE AISLADORES NO CERÁMICOS EN DC En la actualidad la aplicación de aisladores no cerámicos en líneas de transmisión de corriente directa se ha visto limitado a cadenas piloto de prueba, presentes en algunos proyectos 4.2.3 SELECCIÓN DE CRITERIOS DE COSTOS. El desarrollo de los aisladores no cerámicos ha llevado a una reducción de costos significativos en el diseño, construcción, operación y mantenimiento de las líneas debido a sus grandes ventajas mecánicas y eléctricas y de los materiales con lo que se construyen, como se muestra la tabla 4.7. APLICACIÓN DE AISLADORES NO CERÁMICOS DE SUSPENSIÓN PARA LÍNEAS

DE TRANSMISIÓN.

Reducciones en el diseño y costos de

materiales

Reducción de los costos de construcción

Reducción de los costos de mantenimiento

Reducción en el tamaño de los accesorios de la cadena de aisladores

Ventajas en el costo de transporte frente a aisladores de porcelana o de vidrio

Reduce la frecuencia de lavado en áreas de contaminación extrema

Posibles ventajas de precio frente a aisladores de porcelana y de vidrio

Reducción de daños debido a manejos rudos o indebidos

A prueba de vandalismo

Mejor aceptación debido a la reducción del impacto visual

Posible montaje desde helicóptero

Fácil instalación y manejo

Menor peso de la unidad

Tabla 4.7 reducción en costos de aisladores no cerámicos. 4.3 SELECCIÓN DE AISLADORES CERÁMICOS. Para la selección de aisladores cerámicos existen métodos de optima selección donde se encuentra relacionado la selección del tipo de aislador y la distancia de la cadena de aisladores requerida para un confiable desempeño en áreas de contaminación. Estos métodos, que involucran



60

una combinación de procedimientos de campo y laboratorio son comentados en la Tabla 4.8. [18] MÉTODOS DE SELECCIÓN DE AISLADORES

CRITERIOS QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA EN LA

SELECCIÓN DE LOS AISLADORES CERÁMICOS

CONTAMINACIÓN NATURAL DE AISLADORES

Y PRUEBAS DE LABORATORIO PARA EL

DESEMPEÑO DE DESCARGA DEL

AISLADOR

CONTAMINACIÓN NATURAL DE

AISLADORES. USO DE CURVAS

CARACTERÍSTICAS DE DESCARGA. DADAS POR

LOS FABRICANTES VALORACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN EN LA SUPERFICIE DEL AISLADOR

Exponer la cadena de aisladores de diseños alternados a condiciones naturales de contaminación y humedad de una estructura típica localizada en el paso de la línea.

1. Igual exposición de cadenas de aisladores que en el anterior. 2. Determinación de la densidad de deposito de sal (ESDD) de la contaminación natural de aisladores por promedio de los valores de superficie, o por el uso de los dos valores mas altos.

DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE DESCARGA DE AISLADORES CONTAMINADOS

1.Comportamiento bajo condiciones de contaminación en las pruebas de descarga de laboratorio en todas las muestras de aisladores contaminados. 2. Medición y registro de descarga o tensión no disruptiva en todas las muestras.

Obtención de características de descarga en curvas de contaminación hechas por los fabricantes (Las curvas de tensión de descarga vs. ESDD son basadas en aisladores contaminados artificialmente).

SELECCIÓN DEL AISLADOR Basada en los resultados de laboratorio: 1. Determinar la tensión de

descarga por unidad o sección de distancia del aislador para todas las muestras.

2. Cálculo requerido para la distancia de la cadena (usando un factor de seguridad.)

3. Selección mas efectiva y costo eficiente del aislador.

Basados en las curvas características de descarga de los fabricantes: 1. Determinar la descarga o

tensión no disruptiva (kV/m de sección de distancia.) seleccionando el nivel de ESDD.

2. Cálculo de la distancia de la cadena requerida (conociendo un factor de seguridad) al nivel de ESDD seleccionado.

VENTAJAS 1. Alto grado de precisión. 2. Obtención de las actuales

condiciones ambientales

1. Buen grado de exactitud. 2. Bajo costo debido a la

eliminación de pruebas de contaminación.

3. Tiempo de obtención DESVENTAJAS 1. Tiempo de obtención de

datos. 2. Alto costo.

1. No se consideran los efectos de partículas de contaminación no soluble.

Tabla 4.8. Métodos de selección de aisladores cerámicos.



61

Para la selección de estos aisladores de porcelana y de vidrio se utilizaran los criterios obtenidos en el numeral 4.1 de la siguiente forma:

Figura 4.5. Proceso de selección de aisladores cerámicos.

4.3.1. SELECCIÓN DE AISLADORES PARA AC. Como se había dicho anteriormente se hará la selección de dos formas y se compararan estas dos selecciones escogiendo la mejor opción. La primera es usando los valores de tensión por impulso de maniobra y en húmedo a 60 Hz usando los catálogos de los fabricantes y la segunda es usando la ecuación y curva de contaminación, como es mostrado en la figura 4.5. [12]



62

4.3.1.1 SELECCIÓN DE AISLADORES DE PORCELANA* Primera selección Para esta selección se usara el siguiente aislador tanto para los aisladores de retención como para los aisladores de suspensión: CA-833EC de NGK Insulators Ltda.

Figura 4.6. Aislador tipo Fog de porcelana (AC)

Características Particulares Tensión Mecánica 160 kN (36000 lb.) Diámetro. (D) 320 mm Espaciamiento. (H) 170 mm Distancia de fuga 570 mm Prueba de carga mecánica 80 kN Tensión no disruptiva de impulso de rayo en seco: 1 unidad 140 kV 1 cadena de 5 unidades 475 kV Tensión no disruptiva a frecuencia industrial en húmedo: 1 Unidad 50 kV 1 cadena de 5 unidades 185 kV Tensión de perforación a frecuencia industrial 130 kV Peso aproximado. 11.0 Kg. Basado en los procedimientos de la prueba de IEC60383-2 se tiene que para: * Para la selección de los aisladores de Porcelana se tendrá en cuenta el catalogo referenciado con el número [12] en la Bibliografía.



63

Nivel de contaminación ligera. Número de unidades. 25 Distancia de fuga 14250 mm Distancia de arco 4250 mm Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 815 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1090 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso en +/-. 2355 kV. Peso de la cadena 275 Kg. Nivel de contaminación media. Número de unidades. 27 Distancia de fuga 15390 mm Distancia de arco 4590 mm Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 880 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1145 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso en +/-. 2530 kV. Peso de la cadena 297 Kg. Nivel de contaminación muy alta. Número de unidades. 30 Distancia de fuga 17100 mm Distancia de arco 5100 mm Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 980 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1225 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso +/-. 2790 kV. Peso de la cadena 330 Kg. Se debe comprobar el desempeño de los aisladores seleccionados según la altura de instalación de estos sobre el nivel mar, para esto se calcula un factor de densidad de aire no normalizado (altitud) dada en la tabla 4.6 que relaciona la tensión no disruptiva de la cadena seleccionada sobre la tensión no disruptiva calculada, observando que este factor corrobora la altura al nivel del mar contempladas en el trazado de la línea Segunda selección Usando el diseño por contaminación como se muestra en la figura 4.5 se tiene: • Diseño ESDD, NSDD: Los valores de ESDD para el caso de esta línea en

trabajo se encuentran en la tabla No. 4.3. y los valores NSDD de



64

acuerdo con el estudio mencionado el mayor valor es de 0.1622 y observando esto la figura No. III19 del catalogo No. 91.R de NGK Insulators., cuyo comportamiento esta representado en la figura No. 4.7 [13], se puede determinar que el factor de corrección por NSDD (K1) es 1.

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0,1 0,2 0,5 1 2 5 10

Densidad de material insoluble,mg/cm2

Tens

ión

Dis

rupt

iva

Rel

ativ

a

Figura 4.7 Influencia de la Cantidad de Material Insoluble Sobre la Tensión Disruptiva

• El tipo de aislador a utilizar es el mismo usado en la primera selección

CA-833EC tipo fog para con el fin de hacer la comparación mas precisa. • Tensión no disruptiva para los aisladores tipo Fog. Esta tensión se

determina por medio de la curva característica de tensión no disruptiva para los aisladores de 320 mm de diámetro realizadas en los laboratorios de los fabricantes, para este caso NGK insulators Ltda., grafica No. III-15 del catalogo No.91.R cuyo comportamiento esta representado en la figura No. 4.8 [13]



65

0.00.0

0.10.1

0.20.2

0.30.5

ESDD mg/cm2

10

14

18

22

26

FO

G W

SD

kV

/uni

dad

Porcelana0.

01

0.02

0.03

0.07

0.10

0.18

0.20

0.30

0.50

Figura 4.8 Tensión no disruptiva para aisladores de porcelana AC tipo Fog .

La tensión no disruptiva para los valores de ESDD de la tabla No. 4.3 son:

ZONA N° ESDD (mg/cm2) TENSIÓN NO DISRUPTIVA. Kv

1 ≤ 0.03 22 2 ≤ 0.07 18.5 3 ≤ 0.18 16

Tabla 4.9. Tensión no disruptiva por grado de contaminación (porcelana AC).

• Cálculo del diseño por tensión no disruptiva (VDWS): Reemplazando los

valores de tensión no disruptiva (VWS) dados por la tabla 4.9 para cada zona en la ecuación para el cálculo de VDWS mencionada en la figura 4.5 donde K1=1 y factor de seguridad 1.1. El resultado para cada una de estas zonas es:

ZONA N° ESDD (mg/cm2) DISEÑO TENSIÓN NO DISRUPTIVA. VW S

1 ≤ 0.03 20 2 ≤ 0.07 16.81 3 ≤ 0.18 14.54

Tabla 4.10. Diseño de Tensión no disruptiva por grado de contaminación (porcelana AC).

• Cálculo del número de aisladores (N): Reemplazando los valores de VDWS dados por la tabla 4.10 en la ecuación de N mencionada en la figura



66

4.5 considerando U= 408.25 se obtienen los siguientes resultados para cada zona:

ZONA N° ESDD (mg/cm2) Número de aisladores (N)

1 ≤ 0.03 21 2 ≤ 0.07 24 3 ≤ 0.18 28

Tabla 4.11. Número de aisladores por grado de contaminación (porcelana AC).

Los aisladores para el nivel de contaminación ligera no cumple con el factor de densidad de aire no normalizado (altitud) dada en la tabla 4.6, por esta razón se debe añadir un aislador mas (22 aisladores).

Es claro que los dos tipos de selección producen resultados diferentes en cuanto al número de aisladores siendo mayor la cantidad de aisladores si se seleccionan a través de los catálogos que siendo seleccionados a través del diseño por contaminación, lo que hace de este último la mejor alternativa de selección debido a la disminución de distancia de fuga. 4.3.1.2 SELECCIÓN DE AISLADORES DE VIDRIO* Primera selección Para esta selección se usara el siguiente aislador tanto para los aisladores de retención como para los aisladores de suspensión: F160P/170 de SEDIVER .

Figura 4.9. Aislador tipo Fog de vidrio (AC)

Características Particulares * Para la selección de los aisladores de Vidrio se tendrá en cuenta el catalogo referenciado con el número [17] en la Bibliografía



67

Tensión Mecánica 160 kN (36000 lb.) Diámetro. (D) 330 mm Espaciamiento. (H) 170 mm Distancia de fuga 545 mm Tensión no disruptiva de impulso de rayo en seco: 1 unidad 140 kV Tensión no disruptiva a frecuencia industrial en húmedo: 1 Unidad 55 kV Tensión de perforación a frecuencia industrial 130 kV Peso aproximado. 8.9 Kg. Basado en los procedimientos de la prueba de IEC383 se tiene que para: Nivel de contaminación ligera. Número de unidades. 26 Distancia de fuga 14170 mm Distancia de arco 4420 mm Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 800 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1200 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso en +/-. 2410 kV. Peso de la cadena 231.4 Kg. Nivel de contaminación media. Número de unidades. 28 Distancia de fuga 15260 mm Distancia de arco 4760 mm Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 850 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1290 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso en +/-. 2575 kV. Peso de la cadena 249.2 Kg. Nivel de contaminación muy alta. Número de unidades. 30 Distancia de fuga 16350 mm Distancia de arco 5100 mm Tensión no disruptiva a 60 Hz en Húmedo. 910 kV. Tensión no disruptiva a 60 Hz en Seco. 1360 kV. Tensión No disruptiva De Maniobra impulso +/-. 2720 kV. Peso de la cadena 267 Kg.



68

Se debe comprobar el desempeño de los aisladores seleccionados según la altura de instalación de estos sobre el nivel mar, para esto se calcula un factor de densidad de aire no normalizado (altitud) dada en la tabla 4.6 que relaciona la tensión no disruptiva de la cadena seleccionada sobre la tensión no disruptiva calculada, observando que este factor corrobora la altura al nivel del mar contempladas en el trazado de la línea Segunda selección Usando el diseño por contaminación como se muestra en la figura 4.5 se tiene:

• Diseño ESDD, NSDD: Los valores de ESDD para el caso de esta línea en trabajo se encuentran en la tabla No. 4.3. y los valores NSDD de acuerdo con el estudio mencionado el mayor valor es de 0.1622 y observando esto la figura No. III 19 del catalogo No.91.R de NGK Insulators., cuyo comportamiento esta representado en la figura No. 4.7 se puede determinar que el factor de corrección por NSDD (K1) es 1.

• El tipo de aislador a utilizar es el mismo usado en la primera

selección F160P/170 tipo fog con el fin de hacer la comparación mas precisa.

• Tensión no disruptiva para los aisladores tipo Fog. Esta tensión se determina por medio de la curva característica de tensión no disruptiva para los aisladores de 320 mm de diámetro realizadas en los laboratorios de los fabricantes, para este caso SEDIVER, grafica página 7 de la carpeta Toughened Glass Insulators, Ideal for contaminated area applications, cuyo comportamiento esta representado en la figura No. 4.10 [18]



1 ≤ 0.03 22.85 2 ≤ 0.07 19.35 3 ≤ 0.18 16.85

Tabla 4.12. Tensión no disruptiva por grado de contaminación (vidrio AC).



69

ESDD (mg/cm2)

10

15

20

25

FOG

WSD

(Kv

/uni

dad)

0.02

0.03 0.07

0.10

0.18

0.20

0.30

0.50

0.01

Figura 4.10 Tensión no disruptiva para aisladores de vidrio AC tipo Fog.

• Cálculo del diseño por tensión no disruptiva (VDWS):

Reemplazando los valores de tensión no disruptiva (VWS) dados por la tabla 4.12 para cada zona en la ecuación para el cálculo de VDWS mencionada en la figura 4.5 donde K1=1 y factor de seguridad 1.1. El resultado para cada una de estas zonas esta dada en la tabla 4.13.


1 ≤ 0.03 20.77 2 ≤ 0.07 17.59 3 ≤ 0.18 15.31

Tabla 4.13. Diseño de Tensión no disruptiva por grado de contaminación (vidrio AC).

• Cálculo del número de aisladores (N): Reemplazando los valores de VDWS dados por la tabla 4.13 en la ecuación de N mencionada en la figura 4.5 considerando U= 408.25 se obtienen los siguientes resultados para cada zona:


1 ≤ 0.03 20 2 ≤ 0.07 23 3 ≤ 0.18 27

Tabla 4.14. Número de aisladores por grado de contaminación (vidrio AC).

Vidrio



70

Al igual que en la selección de aisladores de porcelana, los aisladores para el nivel de contaminación ligera no cumple con el factor de densidad de aire no normalizado (altitud) dada en la tabla 4.6, por esta razón se debe añadir dos aisladores más (22 aisladores).

Es claro que los dos tipos de selección producen resultados diferentes en cuanto al número de aisladores siendo mayor la cantidad de aisladores si se seleccionan a través de los catálogos que siendo seleccionados a través del diseño por contaminación, lo que hace de este último la mejor alternativa de selección debido a la disminución de distancia de fuga. Otro aspecto que vale la pena resaltar es que se logra una pequeña reducción en el número de aisladores si se trabaja con aisladores de vidrio y no de porcelana, teniendo esto ciertas ventajas en relación a su peso y evidentemente en la distancia de fuga obtenida. Después de haber trabajado en la selección de los diferentes tipos aisladores bajo las mismas condiciones de operación se puede tener el siguiente cuadro comparativo representado en la tabla 4.15 y se pueden observar las cadenas para los tres tipos de contaminación en las figuras 4.11, 4.12 y 4.13.

Tabla 4.15. Comparación de los tipos de aisladores seleccionados



71

Figura 4.11 De izquierda a derecha cadena de aisladores de Porcelana, Vidrio y No Cerámico

para el nivel de contaminación Ligero.



72


para el nivel de contaminación Alto.



73


para el nivel de contaminación Muy Alto.



74

4.3.2. SELECCIÓN DE AISLADORES PARA DC. El procedimiento de selección de aisladores para líneas DC se realiza de forma similar a la selección de aisladores para líneas AC, la diferencia radica en el uso de catálogos para aisladores DC de los fabricantes y las curvas de contaminación típicas de estos aisladores obtenidas por pruebas de laboratorios de los mismos fabricantes. Para aisladores de vidrio DC tipo Fog, la selección se realiza de forma similar a la selección de aisladores de porcelana, teniendo en cuenta la curva de contaminación para el caso especifico de vidrio. En esta sección solo se realizara la selección para aisladores de porcelana tipo Fog DC a través de las curvas de contaminación correspondiente a este material. 4.3.2.1 SELECCIÓN DE AISLADORES DE PORCELANA Para esta selección se usara el siguiente aislador tanto para los aisladores de retención como para los aisladores de suspensión: CA-735EZ de NGK Insulators Ltda.

Figura 4.14. Aislador tipo Fog de porcelana (DC)

Características Particulares Tensión Mecánica 160 kN (36000 lb.) Diámetro. (D) 320 mm Espaciamiento. (H) 170 mm Distancia de fuga 570 mm Prueba de carga mecánica 80 kN Tensión no disruptiva de impulso de rayo en seco: 1 unidad 140 kV



75

1 cadena de 5 unidades 475 kV Tensión no disruptiva: Húmedo 140 kV Seco 55 kV Tensión de perforación 210 kV Peso aproximado. 11.0 Kg. Selección Usando el diseño por contaminación como se muestra en la figura 4.5 se tiene: • Diseño ESDD, NSDD: Los valores de ESDD para el caso de esta línea en

trabajo se encuentran en la tabla No. 4.3. y los valores NSDD de acuerdo con el estudio mencionado el mayor valor es de 0.1622 y observando esto la figura No. III-19 del catalogo No.91.R de NGK Insulators., cuyo comportamiento esta representado en la figura No. 4.7 y se puede determinar que el factor de corrección por NSDD (K1) es 1.

• Tensión no disruptiva para los aisladores tipo Fog. Esta tensión se

determina por medio de la curva característica de tensión no disruptiva para los aisladores de 320 mm de diámetro realizadas en los laboratorios de los fabricantes, para este caso NGK insulators Ltda., grafica No. III-23 del catalogo No.91.R cuyo comportamiento esta representado en la figura No. 4.15. [13] [16]

0

5

10

15

20

0.02 0.05 0.1 0.3 0.5

Porcelana

ESDD mg/cm2

Tens

ión

dis

rupt

iva

por u

nida

d kV

/uni

dad

Figura 4.15 Tensión no disruptiva para aisladores de porcelana DC tipo Fog.



76



1 ≤ 0.03 18.5 2 ≤ 0.07 14.5 3 ≤ 0.18 11.5

Tabla 4.16. Tensión no disruptiva por grado de contaminación (porcelana DC).

• Cálculo del diseño por tensión no disruptiva (VDWS):

Reemplazando los valores de tensión no disruptiva (VWS) dados por la tabla 4.16 para cada zona en la ecuación para el cálculo de VDWS mencionada en la figura 4.5 donde K1=1 y factor de seguridad 1.1. El resultado para cada una de estas zonas es:


1 ≤ 0.03 16.81 2 ≤ 0.07 13.18 3 ≤ 0.18 10.45

Tabla 4.17. Diseño de Tensión no disruptiva por grado de contaminación (porcelana DC).

• Cálculo del número de aisladores (N): Reemplazando los

valores de VDWS dados por la tabla 4.17 en la ecuación de N mencionada en la figura 4.5 considerando U= 500 se obtienen los siguientes resultados para cada zona:


1 ≤ 0.03 30 2 ≤ 0.07 38 3 ≤ 0.18 48

Tabla 4.18. Número de aisladores por grado de contaminación (porcelana DC)..

Es evidente que el número de aisladores para líneas DC es significativamente mayor que para líneas AC.



77

5 COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LOS AISLADORES

CERÁMICOS Y NO CERÁMICOS. En este capitulo se revisara los principales fundamentos de cada tipo de aisladores como son los de vidrio templado, porcelana y no cerámicos, teniendo en cuneta la relación entre los aspectos de fácil detección y mantenimiento, y la influencia de algunos aspectos económicos de operación de la línea, siendo estos aspectos los mas críticos para los usuarios finales.

Algunos de estos aspectos son:

1. Comportamiento de los aisladores durante el transporte y su manejo.

2. Tipos de falla en los aisladores que se encuentran en servicio y las posibles consecuencias en el suministro de energía.

3. Detección de un aislador en falla y métodos de diagnostico en líneas energizadas y no energizadas.

4. Consideraciones generales de mantenimiento. 5. Mantenimiento de los aisladores bajo condiciones de contaminación. 6. Recomendaciones para la selección de aisladores para minimizar las

operaciones de mantenimiento. A pesar del bajo impacto del costo de los aisladores en el consto total de una línea, estos aspectos pueden ser críticos para las personas en el campo responsables por la construcción, operación y mantenimiento.

5.1 COMPORTAMIENTO DE LOS AISLADORES DURANTE EL

TRANSPORTE Y MANEJO. Los aisladores durante el transporte y manejo, son sometidos a tensiones inesperadas y choques mecánicos. A pesar de los esfuerzos de los fabricantes en la protección de los aisladores en el transporte y manejo brusco, estos pueden sufrir algún daño. En la Tabla 5. 1 se muestra un resumen de los tipos de eventos mas frecuentes que llevan a la degradación o daños de los aisladores. La Tabla 5.2 se muestra un resumen de las posibles consecuencias de los daños provocados por un manejo incorrecto, este tipo de manejo induce principalmente a que:



78

En los aisladores de VIDRIO TEMPLADO en el peor de los casos las piezas de vidrio pueden romperse llevando al aislador a un estado final donde no hay evolución, sin llegar a alterarse el desempeño mecánico. La detección de este problema es fácil, con una simple mirada a la cadena desde el suelo es suficiente para hacer una evaluación completa de la situación.

En los aisladores NO CERÁMICOS el daño más severo se puede presentar en el núcleo de fibra de vidrio, donde la detección de daños se hace más difícil. Otra de las consecuencias a largo plazo deben ser esperadas, como daños en la capa y los faldones que son muy frecuentes en estos puntos, donde no siempre son vistos y son amenazas potenciales para la vida del aislador. En los aisladores de PORCELANA se presentan fisuras que se propagan con el tiempo, llegando al punto de tornasen criticas para el desempeño eléctrico, al punto de provocar fugas eléctricas. La evolución de estas fisuras permanecen ocultas en la mayor parte del tiempo siendo difíciles de detectar.

Tabla 5.1. Problemas típicos presentes en los aisladores.

5.2 TIPOS DE FALLA EN LOS AISLADORES QUE SE ENCUENTRAN

EN SERVICIO Y LAS POSIBLES CONSECUENCIAS EN EL SUMINISTRO DE ENERGÍA.

Las fallas que se pueden presentar en servicio son clasificadas en tres tipos de fallas:



79

Tabla 5.2. Consecuencias en los daños encontrados.

5.2.1 COMO RESULTADO DE UN DEFECTO EN LA LÍNEA DE

PRODUCCIÓN EN EL MOMENTO DE LA FABRICACIÓN. En algunos caso, los fabricantes de alta calidad han venido reduciendo el riesgo de fallas en las líneas de producción, pues tiene mejor control y conocimiento.

• El riesgo de existir una falla debido a un defecto de

fabricación es casi nulo en los aisladores de VIDRIO TEMPLADO, debido a que no existen defectos ocultos, ya que el material de fabricación de estos tienen como ventaja la transparencia y la condición binaria del proceso de temple.

• En los aisladores de PORCELANA, la buena calidad reduce el

riesgo de fisuras, pero la evolución, desde el punto de vista de la calidad es muy difícil de realizarse, una vez que no existe una indicación visual en el exterior de que no hay grietas ocultas.

• Para los aisladores NO CERÁMICOS, siendo el principal riesgo

la calidad de la interfaz entre la fibra de vidrio y el revestimiento, y como no existe un método normalizado para



80

la evaluación de este punto, solo técnicas sofisticadas de ultra sonido están disponibles actualmente, los defectos relacionados a la compresión de los herrajes terminales deben ser controlados ya que en la producción se utilizan métodos acústicos que detectan la degradación del núcleo durante este proceso.

5.2.2. COMO RESULTADO DEL MAL MANEJO EN EL MOMENTO DE LA

INSTALACIÓN POR PARTE DEL PERSONAL DE CONSTRUCCIÓN. El manejo incorrecto de los aisladores es un asunto no relacionado con las normas de calidad de los fabricantes. La consideración principal es proveer a los trabajadores en campo métodos de fácil detección de las fisuras que se pueden presentar en los aisladores, evitándose los riesgos de instalación de unidades dañadas, que, con el tiempo, puede provocar falla de algunas unidades.

• Los aisladores de VIDRIO TEMPLADO, una vez mas, ofrece la

ventaja del estado binario. El esbozo esta intacto y se tienen cero chances de daños en el dieléctrico, o el vidrio esta roto, que se convierte en una prueba obvia de que el aislador no es posible instalarlo.

• Los aisladores de PORCELANA de buena calidad no

demuestran la inducción de fisuras y, por lo tanto, consecuencias severas pueden presentarse durante el servicio, por falla o por envejecimiento.

• Los aisladores NO CERÁMICOS pueden engañar a pesar de su aparente robustez y capacidad para aceptar los abusos debido al revestimiento de goma. Estos materiales son más vulnerables y definitivamente más difíciles de evaluar cuando se encuentran con fallas. Los aisladores NO CERÁMICOS pueden ser afectados en todas las posibilidades de manejo, exigiendo una mayor atención del personal de instalación, después de ser instruidos sobre los posibles riesgos. Las fallas debido a problemas inducidos por el manejo incorrecto son normalmente graves, desde simples cortes en las aletas has daños en la barra de fibra de vidrio.



81

5.2.3. COMO RESULTADO DE UNA CONDICIÓN ANORMAL DE LA LÍNEA. Causas externas

• Quebramiento de dieléctricos de VIDRIO que son generadas por causas externas pueden ser observadas, pero la cadena permanece segura desde el punto de vista mecánico. El riesgo de una falla es insignificante por que la unidad damnificada no compromete la integridad de la cadena.

• Los índices relacionados con causas externas son mas

directamente los rayos, llevando a la caída de las líneas con cadenas de aisladores de PORCELANA cuando la cabeza se rompe. En este caso la energía que pasa por la cabeza debe generar el llamado “descopado” del dieléctrico. Este riesgo es definitivamente mas elevado en los materiales que contengan posibles fisuras internas, o simplemente hechos con material como la porcelana donde, inherentemente la estructura el material contiene fisuras.

• Para los aisladores NO CERÁMICOS, un rayo directo puede no

llegar a tener los mismos defectos debido a la longitud de la cadena. Sin embargo, siempre hay una posibilidad de que las unidades que no están protegidas reciban la corriente llegando al calentamiento de los herrajes, a tal punto que el estrés producido por la compresión sea liberado haciendo que se deslice la barra de fibra de vidrio. Ya que son orgánicos, estos arcos pueden causar grietas en la cubierta, haciendo que la barra quede expuesta al ambiente exterior.

En la Tabla 5.3 se presenta un resumen de los casos mas comúnmente identificados para los tres tipos de aisladores.



82

Tabla 5.3 Fallas en servicio.

5.3 DETECCIÓN DE UN AISLADOR EN FALLA Y MÉTODOS DE

DIAGNOSTICO EN LÍNEAS ENERGIZADAS Y NO ENERGIZADAS. La preocupación por asegurar un control adecuado de la línea de energía constituye actualmente uno de los aspectos más discutidos de la operación. Existe una gran cantidad de documentos escritos sobre este tema. Sin embargo, por motivos prácticos, las siguientes medidas deben ser tomadas en cuenta: Debido a la gran cantidad de aisladores en una línea cualquiera, las técnicas de inspección y control utilizadas deben ser las más económicas posibles, de rápida aplicación y por supuesto ofrecer un nivel de confianza que sea lo más próximo al 100% de garantía. La Tabla 5.4 resume las opciones para el personal de inspección, en lo que respecta a las líneas de evaluación. - En caso de inspecciones de los aisladores de porcelana, el control es difícil porque los defectos son ocultos. Las únicas técnicas que pueden suministrar alguna información (que no llega al nivel del 100% de seguridad) suponen el uso de herramientas costosas, de utilización



83

necesaria en cada cadena individual, una vez más, con resultados no muy seguros. - Partiendo de un punto de vista completamente diferente, la inspección de los aisladores de vidrio es económica e inmediata. La condición de los aisladores de vidrio es binaria (por ejemplo: se puede ver el dieléctrico de vidrio o no se puede ver porque está roto) y esto ofrece un nivel de confianza del 100% sin ningún riesgo de una interpretación errada. - Los aisladores NO CERÁMICOS, debido a la naturaleza compleja de sus materiales y de sus interfaces, no ofrecen medios sencillos de inspección. Es muy probable que el defecto de las interfaces permanezca oculto hasta que ya sea demasiado tarde. Como consecuencia de esto, diversas empresas públicas en el mundo han experimentado largos periodos de tiempo con suministros de energía interrumpidos hasta conseguir localizar la unidad fallada en la línea. Herramientas sofisticadas, como las utilizadas para los aisladores de porcelana, son requeridas y aún así proporcionan resultados, algunas veces, de cuestionables niveles de confianza 5.4 CONSIDERACIONES GENERALES DE MANTENIMIENTO.

MANTENIMIENTO DE LÍNEAS ENERGIZADAS Y NO ENERGIZADAS

Es obvio que los procedimientos de mantenimiento, seguridad y la facilidad para su aplicación están relacionados con la facilidad y el nivel de confianza de la inspección de las cadenas.

- Las evaluaciones preeliminares serán efectuadas con costos relativamente elevados y no constituyen un medio 100% válido de comprobar los riesgos en caso de aisladores poliméricos y de porcelana. - El contrario ocurre con el vidrio templado, para el cual el reconocimiento de una falla es inmediato sin la necesidad de ningún instrumento diferente de la observación visual del operador de la línea. En la tabla 5.5 se muestra un breve resumen de las condiciones de las operaciones de mantenimiento.



84

Tabla 5.4. Mantenimiento y detección. Cada año el mejoramiento del suministro de energía se ha convertido en una preocupación, por esta razón se han estado adelantando diagnósticos sobre las líneas y sus aislamientos para evitar fallas imprevistas, Se ha corroborado que la inspección sobre aisladotes de porcelana es muy difícil y es a veces imposible de realizar sobre aisladores compuestos. Para ambos tipos de aisladores una visita a cada cadena por parte del personal de campo es necesario, usando equipamiento especializado. De otro lado con aisladores de vidrio endurecido, los cuales no pueden ser perforados no se quiebra internamente, una simple ojeada a los herrajes da una completa y confiable evaluación de la condición del aislador. Esto significa que un equipo en un helicóptero podría inspeccionar 100 kilómetros de línea o más por hora.

Los costos también son evaluados año tras año en función de la reducción de costos de mantenimiento de las líneas de potencia. El primer paso es evaluar los costos de inspección. La pregunta podría ser; ¿Cómo asegurar el mejor nivel de evaluación de las líneas a un bajo costo?. La periodicidad o frecuencia de inspección, el nivel de confianza en el trabajo de inspección mismo, son factores importantes para considerar sobre los costos de inspección de una línea.

Varios estudios han sido desarrollados mundialmente. Cada vez los aisladores de vidrio templado producen los resultados más confiables y baratos.



85

Un estudio publicado por Stattnet* muestran los siguientes costos de inspección global por Km:

Vidrio Porcelana Compuestos

10 dólares 152 dólares 240 dólares

Tabla 5.5. Sustitución de aisladores.

5.5 MANTENIMIENTO DE LOS AISLADORES BAJO CONDICIONES DE CONTAMINACIÓN. En los ambientes con contaminación deberán cumplirse exigencias especiales que son únicas para estas condiciones. La Tabla 5.6 muestra las medidas clave que deberán tomarse en cuenta cuando se opera en un ambiente con contaminación. Mientras se puede afirmar que un buen desempeño de los aisladores no cerámicos en un ambiente contaminado puede ser una ventaja, no se debe olvidar que esto solamente acontecerá cuando el material del revestimiento evita que la humedad del ambiente se introduzca dentro del aislador. Los modelos con empalmes o lacres no tuvieron resultados positivos, ya que sin lugar a dudas van a provocar riesgos operacionales, especialmente durante las operaciones de lavado con alta presión. Las particularidades del proceso de la porcelana producen formas con estrías próximas unas de las otras para evitar la pérdida de energía en las grandes distancias. De esta manera la contaminación se acumula en estas estrías y también dificultan la limpieza. Los aisladores de vidrio pueden ser fabricados con una mejor distribución de las estrías, facilitando la limpieza. También es importante notar que la transparencia del vidrio permite una mejor evaluación de las condiciones de la superficie, especialmente después del lavado.



86

Tabla 5.6 Contaminación: operación y mantenimiento.

En la Tabla 5.7 se muestra un resumen de los parámetros que se deben tener en cuenta en la selección de aisladores buscando la respuesta mas adecuada y económica para las condiciones del sitio de instalación.

Tabla 5.7 Recomendaciones preventivas.



87

6 CONCLUSIONES

Después de una extensa revisión bibliográfica y teniendo en cuenta los diferentes estudios realizados por los fabricantes se puede que concluir: A pesar del costo tan bajo que tiene el diseño de los aisladores en el proyecto de una línea de transmisión, es dispendioso una adecuada selección de aisladores, teniendo en cuenta los diferentes niveles de contaminación que cruza el recorrido de la línea para poder asegurar una buena prestación del servicio y una vida útil prolongada de las cadenas de aisladores. En el diseño del aislamiento de una línea de transmisión es bueno tener en cuneta la aplicación de los dos tipos de aisladores que existen en el mercado, aisladores cerámicos y los no cerámicos. Los aisladores no cerámicos es aconsejable utilizarlos en casos muy especiales o extremadamente necesarios como en zonas de extremo vandalismo, muy poco espacio para la instalación de la cadena, cuando la contaminación del sitio es muy severa o cuando el acceso al lugar es de mucha dificultad refiriéndose esto a los trabajos de mantenimiento. En la selección de la cadena de aisladores para la zona mencionada desde Antioquia hasta la Costa Atlántica se puede observar que la distancia de fuga bajo el nivel de contaminación ligera en los aisladores no cerámicos es aproximadamente un 50% menor que la distancia de fuga en los aisladores cerámicos y bajo el nivel de contaminación muy alta las distancias de fuga de los dos tipos de aisladores cerámicos y no cerámicos son casi iguales. En cuanto a las distancias de arco de los dos tipos de aisladores bajo los tres niveles de contaminación considerados en el ejercicio las diferencias se mantienen constantes en los tres casos. Con respeto al peso de las cadenas es evidente que las cadenas de aisladores no cerámicos es demasiado liviana con respecto a las cadenas de aisladores cerámicos. Teniendo en cuenta las consideraciones de los fabricantes de aisladores, el costo de una cadena de aisladores no cerámico es muchísimo mas elevado comparándolo con una cadena de aisladores cerámico ya que un aislador cerámico cuesta aproximadamente 20 dólares y una cadena de aisladores no cerámicos cuesta 500 dólares para una zona de contaminación ligera. Con respecto al costo de mantenimiento sucede practicante lo mismo, refiriéndose a una inspección visual de las cadenas, en una cadena de



88

vidrio perfectamente se puede observar desde tierra el estado de los aisladores, en los aisladores de porcelana es un poco mas dispendioso pero posible y en los aisladores no cerámicos se hace necesario utilizar equipos especiales como cámaras infrarrojas, cámaras de arco y un equipo humano considerable. Es por esto que el uso de aisladores no cerámicos es aconsejable en casos ya muy extremos. En cuanto a la selección de aisladores para un proyecto en DC se debe dejar en claro que las posibilidades se limitan en la actualidad a la aplicación de normas y perfiles desarrollados únicamente para aisladores cerámicos, se espera que las investigaciones en cuanto a el comportamiento de los aisladores no cerámicos sea desarrollado y normalizado en corto tiempo, y que estos demuestren un mejor desempeño que los utilizados a lo largo de las investigaciones.



89

7 RECOMENDACIONES Para una selección de aisladores mas acertada y ágil, algunos países han venido desarrollando mapas completos de contaminación como en el caso de Tokyo Japón figura 7.1, que permiten un rápido conocimiento de los valores de ESDD y NSDD, reduciendo los costos y tiempo de diseño. Teniendo en cuenta estos criterios seria de gran utilidad trazar un mapa de este tipo para el diseño de líneas en Colombia.

Donde A, B, C, D Y E son los diferentes niveles de contaminación.

Figura 7.1. Mapa de los Niveles de Contaminación en Tokio Japón. En la actualidad en el diseño de líneas de transmisión son analizadas en cuanto a un montaje de líneas compactas, por tal motivo re recomienda desarrollar un proyecto que involucre una comparación en cuanto a la selección de las estructuras tradicionales y estructuras compactas. Se recomienda realizar un análisis detallado de los costos iniciales diseño y montajes, y costos de mantenimiento, para las cadenas de aisladores de vidrio, porcelana y no cerámicos



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BIBLIOGRAFÍA

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Editorial CEAC. 2. Chavez Fierro Jose Luis, “Aisladores no cerámicos para líneas de

trasmisión. Parte II: Aplicación que requiere de una selección cuidadosa”. Boletín IIE 1999.

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“Consideraciones en la selección de aisladores bajo condiciones de contaminación atmosférica”, Ing. Adolfo León Cano Hencker.

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7. ELECTROPORCELANA GAMMA S.A, Boletín Técnico No.34, “Guía

para la selección de aisladores bajo condiciones de contaminación ”, Ing. Adolfo León Cano Hencker.

8. ICONTEC , Guía Técnica Colombiana GTC 56, “Guía para la selección

de aisladores bajo condiciones de contaminación”.. 9. ICONTEC , Norma Técnica Colombiana NTC 3379, “Ensayos de

contaminación artificial en aisladores de alta tensión para sistemas de corriente alterna”.

10. ICONTEC , Norma Técnica Colombiana NTC 4335, “Aisladores

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11. Mc. GrawHill , Manual de ingeniería eléctrica; Décimo Tercera

Edición; México 1995; Fink/Beaty.



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12. NGK Insulators Ltda, Catalog N° 14C, “SUSPENSION INSULATORS”,.

Noviembre 2003. 13. NGK Insulators Ltda , Catalog N° 91R, “Technical Guide”. 2000. 14. NGK-Locke Polimer Insulators, Inc. Virginia Beach, Virginia U.S.A

Catalog 011 “Polymer Suspensión Insulators 69 kV to 765 kV”. 15. NGK Insulators Ltda., A GUIDE ON THE APPLICATION OF

INSULATORS IN CONTAMINATED ENVIROMENTS, Febrero 1980. 16. NGK Insulators Ltda. Catalog “What is “DC Fog?, DC Fog is the

suspension insulators specially developed for DC transmission system”.

17. SEDIVER 1997, Catalog SEDIVER; “SEDIVER TOUGHENED GLASS SUSPENSION INSULATORS”.

18. SEDIVER, Catalog SEDIVER; “TOUGHENED GLASS INSULATORS...

IDEAL FOR CONTAMINATED AREAS APPLICATIONS”. 19. SEDIVER, Catalog SEDIVER; “ENDURANCE ..THE UNIQUE ABILITY

OF Toughened Glass Insulators to indefinitely withstand the effects of time and the elements”.

20. SEDIVER, Catalog SEDIVER, “APPLICATIONS GUIDE FOR

COMPOSITE SUSPENSION INSULATORS”, 1995. 21. SEDIVER, Catalog SEDIVER, “AMOURSIL SILICONE INSULATORS”,

1993.



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ANEXO A.

ENSAYOS REALIZADOS A LOS AISLADORES ELÉCTRICOS DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

En la fabricación y selección de aisladores para la línea de transmisión se han venido agrupando algunos ensayos determinados como ensayos de diseño para ser realizados una sola vez en aisladores que reúnan las mismas condiciones de diseño. Hasta done ha sido posible, se ha tenido en cuenta la influencia del tiempo en las propiedades mecánicas y eléctricas de los componentes. Algunos de estos ensayos son:

A.1. ENSAYOS REALIZADOS EN AISLADORES CERÁMICOS. [9]

Existen dos métodos de ensayos normalizados para los aisladores cerámicos que son uno es el método de niebla salina en el cual se somete el aislador a una contaminación ambiente definida y dos es el método de la capa sólida en el cual una capa de contaminación sólida, definida, es depositada sobre la superficie del aislador. Para el desarrollo de estos ensayos el aislador debe ser preparado, el aislador se debe limpiar para poder eliminar todo tipo de impureza y de grasa, después de limpio el aislador este no se debe tocar con las manos, para la limpieza es preferible utilizar agua caliente con detergente, después se remoja el aislador con agua de grifo. Después de estar limpio el aislador se debe colocar en la cámara de ensayo, junto con los accesorios metálicos que hacen parte de este, para esto se sugiere una posición vertical.

La planta debe cumplir con ciertos requisitos, como son la tensión de ensayo que debe estar a una frecuencia entre 48 Hz y 62 Hz, la tensión de ensayo corresponde a la tensión máxima (valor fase-tierra) que el aislador debe soportar en condiciones normales de funcionamiento. Corriente mínima de corto circuito que debe tener un valor mínimo que varié en función de las condiciones de ensayos. Igualmente hay requisitos para otros parámetros respecto a la planta de ensayo.

A 1.1. ENSAYO POR EL MÉTODO DE NIEBLA SALINA La solución salina debe ser de cloruro de sodio (NaCl) de pureza comercial con el agua de grifo. La salinidad usada deberá tener valores entre 2.5 kg/m3 y 224 kg/m3. Es recomendable determinar midiendo la masa



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voluminosa, o midiendo la conductividad, y haciendo una corrección de temperatura. La temperatura de la solución salina debe estar comprendida entre 5oC y 30oC. En efecto, ninguna experiencia permite validar los ensayos efectuados a temperaturas ubicadas por fuera de este rango de temperatura.

Para iniciar el sistema de rociadura, la niebla es producida dentro de un acamara de ensayos ayudada con una cantidad determinada de aerosoles, los cuales atomizan la solución por medio de una corriente de aire comprimido que sopla perpendicularmente hacia la boquilla de la solución.

El ensayo debe comenzar cuando el aislador, el cual se ha limpiado anteriormente se humedece completamente. Al iniciar el ensayo, el aislador se debe encontrar en equilibrio térmico con el aire de la cámara de ensayo. Se debe tener en cuenta que la temperatura ambiente no debe ser inferior a 5oC, ni exceder los 40oC, y la diferencia con la temperatura de la solución acuosa no debe exceder 15K. El aislador es sometido a tensión, la bomba de la solución salina y el compresor de aire son puestos enmarca. S determina que el ensayo ha iniciado tan pronto como el aire comprimido ha alcanzado la presión de funcionamiento normal a la salida de las boquillas.

El aislador, preparado de modo normal, se somete a la tensión de ensayo y a la salinidad durante un periodo de tiempo de 20 min, o hasta que se produzca un flameo en el aislador. Si el flameo no sucede, se debe aumentar la tensión cada 5 min. en pasos, del 10% hasta que ocurra el flameo. Después de ocurrido el flameo, se debe aplicar de nuevo la tensión y se eleva rápidamente hasta el 90% de la tensión de flameo obtenida anteriormente y de ahí en adelante se aumenta en pasos del 5% de la tensión inicial de flameo cada 5 minutos hasta que ocurra de nuevo un flameo en el aislador. Este ultimo proceso se repite seis veces, después de ocho flameos, la niebla se deberá desvanecer, el aislador se deberá lavar con agua de grifo y se dará inicio al ensayo de no disrupción. Este ensayo tiene como por objeto verificar la salinidad soportada por el aislador a la tensión de ensayo especificada. Este ensayo debe comenzar cuando el aislador y la cámara cumpla con las condiciones descritas anteriormente antes de iniciar el ensayo y después de haber sucedido los ocho flameos en el aislador. Se aplica una serie de ensayos al aislador a la tensión de ensayo especificada, mediante la solución salina que tiene salinidad especificada. La duración de cada ensayo debe ser de 1hora, el aislador debe ser lavado con agua de grifo antes de cada ensayo consecutivo. El



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aislador cumple las condiciones de ensayo de no disrupción si no ocurre flameo durante tres ensayos consecutivos, si se llega a producir un solo flameo se debe realizar un cuarto flameo, el aislador cumple con las condiciones de ensayo si en este ultimo no ocurre un flameo.

A.1.2 ENSAYO POR EL MÉTODO DE CAPA SÓLIDA.

Se prepara una base de contaminante compuesto de tierra diatomácea, diatomita, bióxido de silicio, agua de grifo y una cantidad de NaCl. La conductividad volumétrica deseada se obtiene añadiendo la cantidad de sal a la suspensión. Esta solución es aplicada por atomización o flujo sobre el aislador previamente seco y limpio. Antes de someter el aislador al ensayo, se deja secar la capa de contaminación. Para la realización del ensayo existen dos procedimientos alternativos que difiere básicamente por el esta de la capa, húmeda o seca, durante la aplicación de la tensión de ensayo al objeto. Uno de los procedimientos es el humedeciendo antes y durante la aplicación de tensión, para este procedimiento el aislador es contaminado por medio de la mezcla descrita anteriormente de Kaolín o Tonoko. El grado de contaminación, se expresa en términos de conductividad de la capa, pero se puede expresar en términos de densidad de deposito de sal. Se realizan mediciones de la conductancia sobre el aislador sometido a ensayo para determinar su conductividad. Se aplica la tensión, de modo instantáneo, o durante un periodo de tiempo que no exceda los 5 seg. Y se mantiene hasta el flameo, o durante 15 min. Si no ocurre el flameo. El segundo método es el humedecimiento después de la aplicación de la tensión siguiendo el procedimiento del método anterior se aplica la capa de contaminación y se coloca en la cámara de ensayo con la capa de contaminación seca. El humedecimiento de la capa de contaminación se realiza mediante niebla a base de vapor. La tensión de ensayo se mantiene hasta que ocurra flameo, o durante un periodo de tiempo de 100 min. después del inicio del ensayo. Para este ultimo método de ensayo la capa de contaminación solo se puede utilizar una sola vez.

Después de este ensayo se realiza seguidamente el ensayo de no disrupción y el criterio de aceptación.

A.2. ENSAYOS REALIZADOS A LOS AISLADORES NO CERAMICOS. [10]

Desafortunadamente, los ensayos de contaminación de laboratorio en los aisladores no cerámicos presentan problemas especiales, cuando esta nuevos son difíciles de contaminar o humedecer, además de que acondicionar su superficie por técnicas convencionales no siempre produce resultados realistas, el desarrollo de una prueba de contaminación adecuada para los aisladores no cerámicos presentan un



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reto técnico. La mayor dificultad es el método de contaminación. Se han propuesto varios métodos, pero debe enfatizarse la importancia de la relación con la experiencia en servicio.

En la actualidad existen dos procedimientos de envejecimiento: una prueba de 1000 h en niebla salina y una prueba de 5000 h que puede ser aplicando diferentes esfuerzos en forma cíclica o exclusivamente en niebla salina. Muchos fabricantes usan el procedimiento de niebla salina como una prueba de selección en una etapa temprana durante el desarrollo del producto para verificar el diseño completo y no solo el material del aislador.

Otros tipos de ensayos para el diseño y selección de los aisladores son los siguientes:

- Ensayos de diseño: Estos están destinados para verificar la idoneidad del diseño, los materiales y el método de fabricación. Cuando un aislador compuesto es sometido a los ensayos de diseño, los resultados del ensayo se debe considerar validos para toda la clase de aisladores representados por el que se ha ensayado y que cumplan características como que los mismos materiales del núcleo y las campanas y el mismo método de fabricación, el mismo o mayor diámetro del núcleo, el mismo material de los accesorios, el mismo diseño y el mismo método de fijación, el mismo o mayor espesor de capas del material de la campana sobre el núcleo.

- Ensayos tipo: Este ensayo es para verificar las principales características de un aislador compuesto, que depende principalmente de su forma y tamaño, este ensayo se aplica a los aisladores cuya clase haya pasado los ensayos de diseño.

- Ensayos de muestreo: Este ensayo tiene como propósito verificar otras características de los aisladores compuestos, incluyendo las que dependen de la calidad de fabricación y de los materiales que se usen.

- Ensayos de rutina: El objeto de este ensayo es eliminar los aisladores compuestos con defectos de fabricación. Se hacen en todos los aisladores compuestos que se presentan para aceptación.

- Prueba de tracking - Procedimiento de niebla salina y cemento. - Prueba de 5000 h con esfuerzos múltiples - Prueba de ciclos verano / invierno - Prueba de climas desérticos con estaciones frías.



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ANEXO B.

CATÁLOGOS PARA SELECCIÓN DE AISLADORES CAPITULO 4.



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criterios para la selección de aisladores en líneas de ehv

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