Líneas de transmisión y subestaciones eléctricas

AISLADORES

CONCEPTOS GENERALES DE MATERIALES AISLANTES( DIELÉCTRICOS)(1)Se denomina aislante eléctrico a toda sustancia de tan baja conductividad eléctrica que el paso de la corriente a través de ella puede ser despreciado.Tipos de aislantes :

• Sólidos• Líquidos • Gaseosos

Corriente de fuga: es una pequeña corriente que pasa a través del aislante. Descarga Disruptiva: es cuando el potencial entre el conductor y el aislante es nulo y la conducción es franca.Los materiales aislantes se llaman dieléctricos para indicar que se oponen al paso de la corriente eléctrica.Un medio dieléctrico puede tener en estado estático un campo eléctrico aunque no conduce corriente eléctrica.

Los materiales aislantes cumplen dos funciones fundamentales:1. Permiten aislar eléctricamente los conductores entre sí

y estos mismos conductores respecto a tierra o a una masa metálica.

2. Modifican en gran proporción el campo eléctrico que los atraviesa.

Dieléctrico perfecto:El vacío es el único dieléctrico perfecto, por tener conductancia nula. Dieléctrico imperfecto:Los materiales aislantes cuando están sometidos a una tensión eléctrica, normalmente son imperfectos, produciendo:

- corriente de desplazamiento- absorción de corriente

- paso de corriente de conducción

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS AISLADORES Los conductores empleados en líneas aéreas, en la mayor parte de los casos, son desnudos; por lo tanto, se necesita aislarlos de los soportes por medio de aisladores, fabricados generalmente con porcelana o vidrio. La sujeción del aislador al poste se realiza por medio de herrajes. Pero además, un aislador debe tener las características mecánicas necesarias para soportar los esfuerzos a tracción a los que está sometido.Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, las cualidades específicas que deben cumplir los aisladores son:    1.- Rigidez dieléctrica suficiente para que la tensión de perforación sea lo más elevada posible. Esta rigidez depende de la calidad del vidrio o porcelana y del grueso del aislador. La tensión de perforación es la tensión a la cual se ceba el arco a través de la masa del aislador.

2.- Disposición adecuada, de forma que la tensión de contorneamiento presenta valores elevados y por consiguiente no se produzcan descargas de contorno entre los conductores y el apoyo a través de los aisladores. La tensión de contorneamiento es la tensión a la que se ceba un arco a través del aire siguiendo la mínima distancia entre fase y tierra, es decir, el contorno del aislador. Esta distancia se llama línea de fuga.  3.- Resistencia mecánica adecuada para soportar los esfuerzos demandados por el conductor, por lo que la carga de rotura de un aislador debe ser cuanto menos igual a la del conductor que tenga que soportar. 4.- Resistencia a las variaciones de temperatura.  5.- Ausencia de envejecimiento.

GENERALIDADES SOBRE AISLADORES EN CADENA O SUSPENDIDOSEstán constituidos por un número variable de elementos según la tensión de servicio; estas cadenas son móviles alrededor de su punto de unión al soporte, y además, las articulaciones entre elementos deben tener bastante libertad para que los esfuerzos de flexión queden amortiguados; estas articulaciones suelen ser de rótula.Este tipo de aislador es el más empleado en media y en alta tensión, ya que presenta las siguientes ventajas:    1.- Permite elevar la tensión de funcionamiento con sólo aumentar la longitud de la cadena, es decir, colocando más elementos.     2.- No se interrumpe el servicio por rotura de un aislador, ya que la cadena sigue sustentando al conductor.    3.- Presenta una gran economía en la reparación de las cadenas, pues solamente es necesario cambiar el elemento averiado.Existen diversos tipos de aisladores de cadena, que a continuación estudiamos:   a) Caperuza-vástago: Este aislador se compone de una campana de porcelana o vidrio, en forma de disco y que lleva en su parte inferior algunas ondulaciones. En la parte superior de la campana está empotrada una caperuza de fundición o acero, y en su parte inferior en un hueco bastante reducido, lleva un vástago sellado al aislador. Vástago y caperuza se adaptan uno y otro por una articulación de rótula, formando

de esta forma una cadena tan larga como se quiera. Se fabrican en porcelana o en vidrio templado. Existen numerosos modelos con diversas características eléctricas y mecánicas.

La figura siguiente nos muestra la disposición de los aisladores en una cadena de suspensión o en una cadena de amarre.

b) Motor: Este elemento está constituido por un núcleo cilíndrico de porcelana de diámetro comprendido entre 60 y 85 mm., y provisto de dos faldas anchas; en los dos extremos están empotrados dos caperuzas análogas a las de los aisladores caperuza-vástago. La unión de los aisladores Motor entre sí se hace con un pequeño vástago cilíndrico terminado en dos rótulas.    La diferencia esencial entre el aislador Motor y el elemento caperuza-vástago reside en el hecho de que el primero es rigurosamente imperforable en servicio, mientras que el segundo puede, en ciertas circunstancias, perforarse antes de ser contorneado, especialmente por la acción simultánea de esfuerzos mecánicos y acciones eléctricas.

c) Langstab: Este modelo es una ampliación del aislador Motor y se denomina Langstab (larga línea de fuga). Está constituido por un largo cilindro de porcelana de 80 a 100 cm., con ondulaciones bastante profundas y terminado en dos caperuzas.

AISLADORES TIPO PEDESTALEs normalmente utilizado para tensiones mayores a 33KV en líneas de transmisión, también se lo utiliza en la aislación de S/E, interruptores y aisladores de barras.Entre las ventajas puede ser usado en vez de aisladores de suspensión en L/T de hasta 110KV, reduciendo el tamaño de las estructuras y por lo tanto los costos, los hay de porcelana y son muy resistentes a los golpes , tienen una buena distancia de fuga. Una de las desventajas es que son sensibles a las atmósferas de polvo que se acumula fácilmente en ellos.

AISLADOR FIJO MODELO ARVI-12 (Vidrio)

Tensión mínima de contorneo en seco 52 kV.    Tensión mínima de contorneo bajo lluvia 34 kV.    Tensión mínima bajo lluvia a 50 Hz durante 1 minuto 32 kV.    Tensión mínima de perforación en aceite 80 kV.    Tensión nominal normal de utilización 10 kV.    Longitud mínima de la línea de fuga 250 mm.    Carga mínima de rotura a la flexión 1.200 kg.    Peso neto aproximado 1,7 kg.

AISLADOR DE SUSPENSIÓN MODELO 1.512 (Vidrio templado )

Tensión de perforación en aceite 130 kV.    Longitud de la línea de fuga 291 mm.    Carga de rotura mecánica, mínima garantizada 12.000 kg.    Esfuerzo permanente normal 4.800 kg.    Peso neto aproximado 4,4 kg.

REPARTO DE POTENCIAL ENTRE LOS DISTINTOS ELEMENTOS DE UNA CADENA DE SUSPENSIÓNDISTRIBUCIÓN DE VOLTAJE EN UN AISLADOREn caso de tener un solo aislador la distribución de voltaje estará determinada por el campo eléctrico existente entre la cápsula y el vástago., el mayor gradiente de voltaje de dará cerca del vástago ( aproximadamente el 70% ), entre la cápsula y el inicio de la falda el gradiente de voltaje estará en el orden del 23% y el 7% restante se dará a lo largo de la superficie de la falda. Finalmente se indica que la distribución de voltaje es capacitiva, ya que la superficie es resistiva.

DISTRIBUCIÓN DE VOLTAJE PARA UNA CADENA DE AISLADORESLa tensión de contorneamiento en seco de un elemento caperuza-vástago normal (modelo 1.512) de 254 mm. de diámetro es de 78 kV. Cuando se forma una cadena de n elementos no se tiene una tensión de contorneamiento de n . 78 kV. sino inferior. Por ejemplo:     5 elementos soportan 270 kV. (media de 54 kV.)     10 elementos soportan 475 kV. (media de 47,5 kV.)     15 elementos soportan 670 kV. (media de 44,6 kV.)    Ello se debe a la desigual repartición del potencial a lo largo de la cadena. Desde el punto de vista de las capacidades, una cadena de aisladores es equivalente al conjunto de condensadores conectados como se muestra en la figura siguiente para el supuesto de tres elementos.

DISTRIBUCIÓN DE VOLTAJE PARA UNA CADENA DE AISLADORES

Es aplicable encontrar el voltaje a través de un determinado numero de aisladores por medio de la siguiente ecuación:

Donde:Vx = Voltaje a través de x unidades.Vt = Voltaje total en N unidades.Kcv = Capacitancia entre cápsula y vástago.Ct = Capacitancia de la unidad a tierra.Cc = Capacitancia de una unidad al conductor.

Pero normalmente Kcv tiende a 30 pf, Ct tiende a 3-6 pf. y Cc es muy pequeña por lo que para problemas prácticos se considera despreciable por lo que nuestra ecuación se reduce a :

Finalmente calcularemos y expondremos unas tablas donde se indicara la distribución de voltajes a lo largo de las cadenas de aisladores para distintos niveles de voltajes.

DISTRIBUCIÓN DE VOLTAJE EN CADENAS DE AISLADORES PARA 69 KVTABLA 1VOLTAJE A TRAVES DE X UNIDADES (KV)

No.AISLADOR 1 UNID. 2 UNDS. 3 UNDS. 4 UNDS. 5 UNDS. 6 UNDS. 7UNDS.

5 9.5329 20.0268 32.5398 48.3335 69 - -

6 6.8076 14.3015 23.2372 34.5169 49.2740 69 -

7 4.9092 10.3133 16.7572 24.8905 35.5332 49.7583 -

TABLA 2DISTRIBUCIÓN DE VOLTAJE A TRAVES DE LA CADENA (KV)

No.AISLADOR UNID.1 UNID.2 UNID. 3 UNID. 4 UNID. 5 UNID. 6 UNID. 7

5 9.5329 10.494 12.5130 15.7937 20.6665 - -

6 6.8076 7.4939 8.9357 11.2797 14.7571 19.7260 -

7 4.9092 5.4041 6.4439 8.1333 10.6427 14.2251 19.2417

ESTRUCTURAS UTILIZADAS EN EL SISTEMA ELECTRICO DE GUAYAQUIL

ESTRUCTURAS DE MEDIA TENSION 13,8 KV

ESTRUCTURA MATERIALESPRIMARIO 1 FASE TANGENCIAL SIMPLE UP

PO

ST

ES

CO

ND

UC

TO

RE

S

PRIMARIO 1 FASE TANGENCIAL SIMPLE CON DOBLE PIN UP2PRIMARIO 1 FASE TERMINAL SIMPLE URPRIMARIO 1 FASE TERMINAL DOBLE UR2PRIMARIO 1 FASE TERMINAL SIMPLE, ANGULAR UAPRIMARIO 1 FASE TERMINAL DOBLE, ANGULAR UA2PRIMARIO 3 FASES TANGENCIAL SIMPLE CPPRIMARIO 3 FASES TANGENCIAL SIMPLE CON DOBLE PIN CP2PRIMARIO 3 FASES TANGENCIAL SIMPLE, ESPECIAL CPEPRIMARIO 3 FASES TANGENCIAL SIMPLE, ESP. CON DOBLE PIN CP2EPRIMARIO 3 FASES TERMINAL SIMPLE CRPRIMARIO 3 FASES TERMINAL DOBLE CR2PRIMARIO 3 FASES TERMINAL DOBLE, ESPECIAL CR2EPRIMARIO 3 FASES TANGENCIAL SIMPLE EN CRUCETA VOLADA VPPRIMARIO 3 FASES TANGENCIAL SIMPLE CON DOBLE PIN VP2PRIMARIO 3 FASES TANGENCIAL ESPECIAL CRUCETA VOLADA VPEPRIMARIO 3 FASES TERMINAL SIMPLE EN CRUCETA VOLADA VRPRIMARIO 3 FASES TERMINAL DOBLE EN CRUCETA VOLADA VR2PRIMARIO 3 FASES TERMINAL SIMPLE ESPECIAL CRUCETA VOLADA VRE

ESTRUCTURA "UP"PRIMARIO 1 FASE TANGENCIAL SIMPLE

ALTERNATIVA 1: MONTAJE CON ABRAZADERAS

N° MATERIALES CANT.1 Perno pin galv. espg. corta 5/8X8 12 Perno pin galv. extra senc. 1" x 18" 13 Collar doble galvanizado de 5 1/2" 34 Rack galv. de 1 via 15 Aislador tipo pin (de copa) ANSI 55-4 16 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 17 Perno maquina galv. 5/8"x 1 1/2" 3

ALTERNATIVA 2: MONTAJE CON PERNOS PASANTES

N° MATERIALES CANT.1 Perno pin galv. espg. corta 5/8X8 1

2 Perno pin galv. extra senc. 1" x 18" 1

3Perno galv. de 5/8" x 12" rosca corrida con 4 tuerca y 4 arandelas 3

4 Rack galv. de 1 via 1

5 Aislador tipo pin (de copa) ANSI 55-4 1

6 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 1

ESTRUCTURA "UP2"PRIMARIO 1 FASE TANGENCIAL SIMPLE CON DOBLE PIN

ALTERNATIVA 1: MONTAJE CON ABRAZADERAS

N° MATERIALES CANT.1 Perno pin galv. espg. corta 5/8X8 12 Perno pin galv. extra senc. 1" x 18" 13 Collar doble galvanizado de 5 1/2" 34 Rack galv. de 1 via 15 Aislador tipo pin (de copa) ANSI 55-4 26 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 17 Perno maquina galv. 5/8"x 1 1/2" 5

*Cable acero galvanizado clase A - 7 H. 3/8" 0.330kg./mt. 15

* Grapa de tres pernos p' cable tensor de 3/8" 2* Varilla de anclaje 5/8" x 8 1*   1

ALTERNATIVA 2: MONTAJE CON PERNOS PASANTES

N° MATERIALES CANT.1 Perno pin galv. espg. corta 5/8X8 12 Perno pin galv. extra senc. 1" x 18" 1

3Perno galv. de 5/8" x 12" rosca corrida con 4 tuerca y 4 arandelas 3

4 Rack galv. de 1 via 1

5 Aislador tipo pin (de copa) ANSI 55-4 2

6 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 1

*Cable acero galvanizado clase A - 7 H. 3/8" 0.330kg./mt. 15

* Grapa de tres pernos p' cable tensor de 3/8" 2* Varilla de anclaje 5/8" x 2,4 m 1* Ancla de hormigon conica chica 1

ESTRUCTURA "UR"PRIMARIO 1 FASE TERMINAL SIMPLE

ALTERNATIVA 1: MONTAJE CON ABRAZADERASN° MATERIALES CANT.1 Tuerca de ojo de 5/8" galv. 12 Collar doble galvanizado de 5 1/2" 23 Rack galv. de 1 via 14 Conector compresion 3-2/0, 6-2 HOMAC YHD-150 15 Abrazadera terminal # 6 - 2/0 ACSR USA 16 Aislador de suspension (de disco) ANSI 52-1 15 KV 27 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 18 Perno maquina galv. 5/8"x 1 1/2" 2

*Cable acero galvanizado clase A - 7 H. 3/8" 0.330kg./mt. 15 m

* Grapa de tres pernos p' cable tensor de 3/8" 2* Varilla de anclaje 5/8" x 2,4 m 1* Ancla de hormigon conica chica 1

ALTERNATIVA 2: MONTAJE CON PERNOS PASANTESN° MATERIALES CANT.1 Perno galv. de ojo de 5/8" x 12" 1

2Perno galv. de 5/8" x 12" rosca corrida con 4 tuercas y 4 arandelas 1

3 Rack galv. de 1 via 1

4Conector compresion 3-2/0, 6-2 HOMAC YHD-150 (kor-08) 1

5 Abrazadera terminal # 6 - 2/0 ACSR USA 16 Aislador de suspension (de disco) ANSI 52-1 15 KV 27 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 1* Cable acero galvanizado clase A - 7 H. 3/8" 15 m

0.330kg./mt.

* Grapa de tres pernos p' cable tensor de 3/8" 2* Varilla de anclaje 5/8" x 2,4 m 1* Ancla de hormigon conica chica 1

ESTRUCTURA "UR2"PRIMARIO 1 FASE TERMINAL SIMPLE

ALTERNATIVA 1: MONTAJE CON ABRAZADERASN° MATERIALES CANT.1 Perno pin galv. espg. corta 5/8X8 12 Perno pin galv. extra senc. 1" x 18" 13 Collar doble galvanizado de 5 1/2" 34 Tuerca de ojo de 5/8" galv. 25 Rack galv. de 1 via 2

6Conector compresion 3-2/0, 6-2 HOMAC YHD-150 (kor-08) 3

7 Abrazadera terminal # 6 - 2/0 ACSR USA 28 Aislador tipo pin (de copa) ANSI 55-4 19 Aislador de suspension (de disco) ANSI 52-1 15 KV 410 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 211 Perno maquina galv. 5/8"x 1 1/2" 5

ALTERNATIVA 2: MONTAJE CON PERNOS PASANTESN° MATERIALES   CANT.1 Perno pin galv. espg. corta 5/8X8 12 Perno pin galv. extra senc. 1" x 18" 1

3Perno galv. de 5/8" x 12" rosca corrida con 4 tuercas y 4 arandelas 3

4 Tuerca de ojo de 5/8" galv. 25 Rack galv. de 1 via 2

6Conector compresion 3-2/0, 6-2 HOMAC YHD-150 (kor-08) 3

7 Abrazadera terminal # 6 - 2/0 ACSR USA 28 Aislador tipo pin (de copa) ANSI 55-4 1

9 Aislador de suspension (de disco) ANSI 52-1 15 KV 410 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 2

ESTRUCTURA "UA"PRIMARIO 1 FASE TERMINAL SIMPLE ANGULAR

ALTERNATIVA 1: MONTAJE CON ABRAZADERASN° MATERIALES CANT.1 Tuerca de ojo de 5/8" galv. 12 Collar doble galvanizado de 5 1/2" 23 Rack galv. de 1 via 14 Conector compresion 3-2/0, 6-2 HOMAC YHD-150 15 Abrazadera terminal # 6 - 2/0 ACSR USA 16 Aislador de suspension (de disco) ANSI 52-1 15 KV 27 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 18 Perno maquina galv. 5/8"x 1 1/2" 2

*Cable acero galvanizado clase A - 7 H. 3/8" 0.330kg./mt. 15 m

* Grapa de tres pernos p' cable tensor de 3/8" 2* Varilla de anclaje 5/8" x 2,4 m 1* Ancla de hormigon conica chica 1

ALTERNATIVA 2: MONTAJE CON PERNOS PASANTESN° MATERIALES CANT.1 Perno galv. de ojo de 5/8" x 12" 1

2Perno galv. de 5/8" x 12" rosca corrida con 4 tuercas y 4 arandelas 1

3 Rack galv. de 1 via 14 Conector compresion 3-2/0, 6-2 HOMAC YHD-150 15 Abrazadera terminal # 6 - 2/0 ACSR USA 16 Aislador de suspension (de disco) ANSI 52-1 15 KV 27 Aislador tipo rollo (de garrucha) 53 - 2 1

*Cable acero galvanizado clase A - 7 H. 3/8" 0.330kg./mt. 15 m

* Grapa de tres pernos p' cable tensor de 3/8" 2* Varilla de anclaje 5/8" x 2,4 m 1* Ancla de hormigon conica chica 1

POSTES DE PRIMARIO

AL

TU

RA

(m

)

MA

TE

RIA

L

TIP

O

RE

SIS

TE

NC

IA

(Kg

)

9-10-11-12

HORMIGON

CIRCULAR-OCTOGONAL-RECTANGULAR

350-500

14-15CIRCULAR-OCTOGONAL-

RECTANGULAR500-600

18CIRCULAR-OCTOGONAL-

RECTANGULAR800

15-18 MADERA CIRCULAR -12-14-15-

18 METALICOCIRCULAR - ANTENA

-

CONDUCTORES DE PRIMARIO

ES

TR

UC

TU

RA

CA

LIB

RE

MA

TE

RIA

L

TIP

O

UP-UP2-UR-UR2-

2/0 ACSR-ACS-Cu DESNUDO1/0 ACSR-ACS-Cu DESNUDO2 ACSR-ACS-Cu DESNUDO

UA-UA2

4ACS DESNUDOCu AISLADO/DESNUDO

6ACS DESNUDOCu AISLADO/DESNUDO

CP-CP2-CPE-

CP2E-CR-CR2-

CR2E-VP-VP2-VR2

336 ACSR DESNUDO4/0 ACSR-Cu DESNUDO3/0 ACSR-Cu DESNUDO2/0 ACSR-ACS-Cu DESNUDO1/0 ACSR-ACS-Cu DESNUDO1/0 ACSR-ACS-Cu DESNUDO2 ACS-Cu DESNUDO4 ACS-Cu DESNUDO