Tat-aisladores De Alta Tensión.docx

Técnicas de Alta Tensión

Aisladores de Alta de Tensión

Dedicatoria: Dedico este presente informe de investigación a mis padres, ya que me prestaron el apoyo necesario, con relación al tiempo y a algún tipo de información compartida través del diálogo. También agradezco al Ing Holger Meza por su instrucción y a mí mismo ya que sin mi esfuerzo no hubiera sido posible realizar el presente documento.

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Índice: 1) Introducción (pg. 3). 2) Objetos y Campos de Aplicación de las Normas (pg.4). 3) Elección del Aislador (pg. 11). 4) Datos Adicionales de los Aisladores (pg. 14). 5) Ensayos de Aisladores (pg. 18). 6) Algunos Tipos de Aisladores de Alta Tensión (pg. 21) 7) Conclusiones. 8) Bibliografía.

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1) Introducción: Los conductores de una línea aérea deben estar mecánicamente conectados y eléctricamente aislados de las estructuras. Los aisladores se utilizan para fijar los conductores a las estructuras y deben estar dimensionados de forma de soportar los esfuerzos mecánicos y eléctricos que produzcan. Las solicitaciones eléctricas son por supuesto las de tensión nominal, debiendo soportar además la elevación de tensión de las fases al producirse cortocircuitos monofásicos, bifásicos, etc. Los aisladores se los puede clasificar en dos tipos: a) Aisladores Rígidos o de un solo elemento: se utilizan para líneas de BT o MT, vinculando rígidamente el conductor a la estructura.

Estos aisladores suelen utilizarse para tensiones no superiores a 33kV, dado que en caso de avería mecánica o perforación eléctrica la línea queda puesta a tierra. Los aisladores pueden tener una rosca formada en la porcelana o bien un perno metálico sementado a la porcelana.

b) Aisladores de suspensión o de varios elementos: se utilizan para líneas de AT aunque a veces por su mayor seguridad se los utiliza también en líneas de 33kV. Se utilizan casi con exclusividad las unidades con caperuza y vástago o badajo. El aislador trabaja a la tracción acoplándose entre si formando cadenas, las cuales pueden ser de suspensión o de retención en cuyo caso deben trabajar con un amplio factor de seguridad. En los casos de necesitarse incrementar la seguridad mecánica de la retención o suspensión se montan cadenas dobles.

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2)

Objetos y Campo de Aplicación de las Normas:

Esta norma establece los tipos, características y ensayos que deben cum- plir los aisladores compuestos destinados a su utilización en las cadenas de suspensión y amarre, de las líneas eléctricas aéreas de alta tensión y de las subestaciones en el ámbito de Iberdrola Distribución Eléctrica.

2.1 Normas de consulta: NI 00.08.00: Calificación de suministradores y productos tipificados. UNE 21009: Medidas de los acoplamientos para rotula y alojamiento de rotu- la de los elementos de cadenas de aisladores. UNE 21128: Dimensiones de los acoplamientos con horquilla y lengüeta de los elementos de cadenas de aisladores. UNE-EN 60437: Ensayo de perturbaciones radioeléctricas de aisladores para alta tensión. UNE-EN 61109: Aisladores compuestos para la suspensión y anclaje de lineas aéreas de corriente alterna de tensión nominal superior a 1000 V. Defini- ciones, métodos de ensayo y criterios de aceptación. UNE-EN 61284: Líneas eléctricas aéreas. Requisitos y ensayos para herra- jes. UNE-EN 61466-1: Elementos de cadenas de aisladores compuestos para líneas aéreas de tensión nominal superior a 1 kV. Parte 1: Clases mecánicas y acoplamientos de extremos normalizados. UNE-EN 62217: Aisladores polimericos para uso interior y exterior con una tensión nominal superior a 1000 V. Definiciones generales, métodos de en- sayo y criterios de aceptación. UNE-IEC 60815-3: Selección y dimensionamiento de aisladores de alta ten- sión destinados para su utilización en condiciones de contaminación.

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Tabla 1a Tipos normalizados (polución Media)

Dimensiones Longitud Longitud aislante Total(L) (La)mín.

Nivel de polucion

Nivel de tensión

Línea de fuga mín.(1)

IEC60815-3

20 kV

480 mm

±10 mm 400

(2) mm 230

U70PP20

20

480

400

230

1

4803016

U70RB20

20

480

380

230

1,8

4803014

U70YB20

20

480

380

230

1,8

4803015

U70YB20 AC

20

720

870

720

1,8

4803018

20

1020

1170

1020

1,8

4803019

30

720

480

310

2,0

4803021

30

720

480

310

2,0

4803022

30

720

870

720

1,8

4803023

30

1020

1170

1020

1,8

4803024

45

1040

620

450

2,5

4803026

45

1040

870

720

2,5

4803027

45

1040

1170

1020

2,5

4803028

66

1450

800

590

3,0

Designación U40RB20

Masa aprox.

1,0 kg

Código 4803017

U70YB20 AL U70AB30 U70PP30

U70YB30 AC U70YB30 AL U70AB45 U70YB45 AC U70YB45 AL U70AB66 U70YB66 AC U70YB66 AL U120AB132

“c” Media

U120AB220+AR1

U160AB220+AR2

4803031 U160AB380+2AR2

66

1450

870

720

3,0 4803032

U120RB132

66

1450

1170

1020

3,0

132

2900

1390

1080

5,0

220

4900

2300

1770

8,5

220

4900

2300

1770

10,0

380

8400

3550

3060

13

132

2900

1390

1080

5,0

4803033

U120RB220+AR1 4803051

5

U160RB220+AR2 4803066

U160RB380+2AR2 4803075

U120AAR132

U120AAR220+AR1

4803083

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Tabla 1b Tipos normalizados (polución Muy fuerte) Dimensiones Longitud aislante Total(L) (La)mín.

Nivel de polucion

Nivel de tensión

Línea de fuga mín.(1)

Longitud

IEC60815-3

20 kV

740 mm

±10 mm 410

(2) mm 230

20

740

410

230

1,0

4803206

20

740

380

230

2,2

4803204

20

740

380

230

2,2

4803205

20

740

870

720

1,8

4803208

U70YB45P AC

20

1020

1170

1020

2,2

4803209

U70YB45P AL

30

1120

480

310

2,5

Designación U40RB20P

Masa aprox.

1,0 kg

Código 4803207

U70PP20P U70RB20P U70YB20P U70YB20P AC U70YB20P AL U70AB30P U70PP30P U70YB30P AC U70YB30P AL U70AB45P

U70AB66P

4803211

U70YB66P AC

30

1120

480

310

2,5

U70YB66P AL

4803212

U120AB132P

30

U120AB220P+AR1 U160AB220P+AR2

1120

870

720

2,0 4803213

30

1120

1170

1020

2,5

45

1610

620

450

3,3

45

1610

870

720

2,5

U120RB220P+AR1 AR1 (3)

220 45

1610

1170

1020

1,5 3,3

4803217 4803901

U160RB220P+AR2 AR2 (3)

66 220-380

2250

800

590

4,0 1,5-3,0

4803218 4803902

66

2250

870

720

3,0

66

2250

1170

1020

4,0

132

4500

1390

1130

7,0

220

7600

2280

1900

12,5

220

7600

2300

1900

14,5

380

13000

3590

3260

18,0

132

4500

1390

1130

7,0

220

7600

2300

1900

12,5

U160AB380P+2AR2

“e” Muy

4803214

fuerte 4803216

U120RB132P

U160RB380P+2AR2

4803221

4803222

4803223 4803251

4803266

6 4803275

4803283

4803252

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(1) La línea de fuga, según UNE-IEC 60815-3, se expresa mm/kV, es decir, en unidades de longitud,(mm), por cada kV correspondiente a la la tensión más elevada de la red entre fase y tierra(Um/√3): - Nivel “c” (polución media) = 34,7 mm/kV - Nivel “e” (polución muy fuerte) = 53,7 mm/kV (2) La longitud aislante mínima “La” del aislador, definida como la distancia entre metal y metal, se entiende para: - Tensión de 220 kV = distancia entre herraje y anillo de reparto. - Tensión 380 kV = distancia entre anillos de reparto. (3) Los aisladores para 220 kV, llevarán instalado 1 AR. (ver fig.1-e,f g). Los aisladores para 380 kV, llevarán instalados 2 AR. (ver fig.1-h,i). Significado de las siglas que componen la designación: - U: letra indicativa de aislador de cadena. - 70, 120, 160: número que indica la carga mecánica especificada (CME) en kN. - AB, AA, RB, YB, PP: letras que identifican el tipo de herraje en los extremos superior e inferior, respectivamente, del aislador según el siguiente significado: A: anilla B: rotula R : alojamiento de rótula Y: horquilla en Y P: lengüeta La posición de los herrajes puede ser paralela o revirada; en es- te último caso se le añadirá la letra R. - 20, 30, 45, ... 380: número que indica el nivel de tensión en kV - P: letra indicativa de aislador para polución muy fuerte. - A = Aislador Avifauna (C = Corto

L = largo)

Accesorios de los aisladores para las tensiones de 220 y 380 kV: - AR: anillo repartidor de potencial - 1/2: norma del aislador (N16 y N20) Ejemplo de denominación: 7

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Aislador compuesto para cadenas U70AB30 NI 48.08.01. Anillo de reparto de potencial para aislador AR1 NI 48.08.01.

2.2) Características. Serán conformes a la UNE-EN 62217 y UNE-EN 61109 y complementariamente a lo que a continuación se indica. 2.2.1) Diseño Los aisladores compuestos están constituidos, básicamente, por un núcleo resistente dieléctrico, protegido por un revestimiento polimérico. Alrededor del núcleo se moldearán una serie de aletas o platos que asegurarán la línea de fuga especificada. Los extremos del aislador dispondrán de herrajes metálicos solidarios con el núcleo, cuyo conjunto, así formado, soportará las cargas mecánicas especificadas en la tabla 3. En la figura 1 se reflejan los diseños básicos de los aisladores compuestos, adecuados a su función en la formación de cadenas normalizadas por Iberdrola para sus diferentes niveles de tensión. En el diseño de los aisladores para avifauna se tendrá en cuenta que las aletas que se tengan que disponer para cumplir con la línea de fuga exigida, deberán estar dispuestas en el centro del aislador o como mínimo ale- jadas de los herrajes unos 20 cm, con el objeto de que no impidan la colocación del elemento antiposada sobre el aislador. 2.2.1.1) Herrajes metálicos.- Los aisladores, con las aletas dispuestas en posición de servicio, llevarán los herrajes metálicos que se indican en la tabla 2. Estos herrajes serán solidarios con el núcleo y se fabricarán haciendo coincidir las secciones representadas en la figura 1 con sus respectivos ejes longitudinales. El diseño y las dimensiones de los herrajes metálicos se establece en la UNE-EN 61466-1. De los diferentes niveles de cargas mecanicas especificadas (CME) que incluye la citada UNE-EN 61466-1, previstas para ser utilizadas con diversos tipos de acoplamientos, en la presente norma se tomaran cuatro niveles de CME (40, 70, 120 y 160) combinandolos con cinco familias de elementos de unión (rotula, alojamiento de rotula, anilla, horquilla en Y y lengüeta), conforme a lo dictado en las Normas siguientes: - UNE 21009 para el acoplamiento rotula y alojamiento rotula.

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- UNE 21128 para el acoplamiento tipo lengüeta. - Anexo C de la norma UNE-EN 61466-1 para el acoplamiento tipo horquilla en Y. - Anexo D de la norma UNE-EN 61466-1 para el acoplamiento tipo anilla.

Tabla 2 Tipos normalizados

Designación. Tipos normalizados

Herrajes Tamaño herrajes

Extremo superior

Extremo inferior

Fig. 1-c

11

R = aloj. de rótula

B = rotula

Fig. 1-j

13L

P = lengüeta

P = lengüeta

R = aloj. de rótula

B = rotula

y = horquilla en Y

B = rotula

Figura

U40RB20 U40RB20P U70PP20 U70PP20P U70PP30 U70RB20 U70PP30P U70RB20P

Fig. 1-c

U70YB20 U70YB20P U70YB20 AC U70YB20 AL U70YB30 AC U70YB30 AL U70YB45 AC U70YB45 AL U70YB66 AC U70YB66 AL U70YB20P AC U70YB30P AC U70YB20P AL U70YB30P AL U70YB45P AC U70YB45P AL U70YB66P AC

16 Fig. 1-a

U70YB66P AL

9

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U70AB30 U70AB45 U70AB66

A:17

U70AB30P

B: 16

U70AB45P U70AB66P U120AB132

Fig. 1-b

A = anilla

B = rotula

16

R = aloj. de rótula

B = rotula

24

A = anilla

AR = anilla revirada B = rotula

A:24; B:16

U120AB132P U120RB132 U120RB132P

Fig. 1-c

U120AAR132

Fig. 1-d

U120AB220+AR1 U120AB220P+AR1

A:24 Fig. 1-e

B:16

A = anilla

Fig. 1-f

16

R = aloj. de rótula

B = rotula

Fig. 1-g

24

A = anilla

AR = anilla revirada

A = anilla

B = rotula

R = aloj. de rótula

B = rotula

U120RB220+AR1 U120RB220P+AR1 U120AAR220+AR1 U160AB220+AR2 U160AB220P+AR2 U160AB380+2AR2

Fig. 1-e

U160AB380P+2AR2

Fig. 1-h

A:25 B:20

U160RB220+AR2 U160RB220P+AR2 U160RB380+2AR2

Fig. 1-f

U160RB380P+2AR2

Fig. 1-i

20

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3)

Elección del Aislador:

Para la elección del tipo de aislador debe considerarse fundamentalmente las características eléctricas y mecánicas. Los esfuerzos mecánicos a los que se ven sometidos los aisladores por acción de las líneas que soportan pueden ser de importancia. Desde el punto de vista eléctrico el aislador debe cumplir con su cometido, o sea, no dejar pasar la corriente del conductor al soporte. Las causas de esas corrientes pueden ser las siguientes: Conductividad de la masa: considerando los materiales utilizados en los aisladores, la corriente de pérdida resulta insignificante. Conductibilidad superficial: la cual se ve favorecida por la humedad, el polvo acumulado o bien por depósitos de sales que cubren la superficie del aislador. Perforación de la masa aislante: para tensiones poco elevadas el espesor de la masa de porcelana es suficiente para evitar la perforación, en cambio para AT no es conveniente conformar aisladores de grandes espesores dado qe ello implicaría lograr una cocción homogénea lo cual resulta difícil. Si lo dicho no se logra, se producirían defectos que implicarían la perforación del aislador. Por este motivo los aisladores rígidos de porcelana que tienen grandes dimensiones se fabrican con piezas superpuestas de menor espesor, alejando el peligro de posibles defectos en el interior del aislador. Descarga disruptiva: se provoca en este caso un arco entre el conductor y el soporte a través del aire cuya rigidez no resulta suficiente para soportar la descarga. Se facilita la disrupción con la humedad y con lluvia, fundamentalmente cuando ésta última es con cierto ángulo. Se pueden evitar estas descargas disruptivas mediante el dimensionamiento adecuado de los aisladores, dotándolos de campanas que son función de la tensón de trabajo de la línea incrementando la distancia entre conductor y soporte. Para el diseño de un aislador tipo intemperie debe tenerse en cuenta la longitud de la línea de fugas y una geometría tal que se mantenga limpio con la acción de la lluvia. Por otra parte la superficie debe ser tal que al producirse el contorneamiento del aislador por un arco no quede formado en su superficie un camino conductor. Además debe existir un amplio margen de seguridad en la tensión de perforación. Para determinar el perfil de los aisladores debe tenerse en cuenta la forma del campo eléctrico en el espacio comprendido entre el conductor bajo tensión y el soporte 11

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metálico. La forma se halla afectada por la acción de los dieléctricos interpuestos, vidrio o porcelana, materiales que influyen en la repartición del campo en el aire. Los aisladores de las líneas se comportan como capacitares cuyas armaduras están constituidas por el soporte y el conductor. El trazado del campo será el mismo en todos los planos que pasen por el eje del soporte, dado que las superficies equipotenciales son de revolución alrededor de dicho eje.

3.1) Características Eléctricas y Mecánicas de los Aisladores : 2.1. Eléctricas. • Descarga disruptiva o de contoneo, se produce en la superficie del aislador a través del aire. • Tensión de perforación, es el valor de la tensión capaz de producir la ruptura del aislador en un determinado punto como consecuencia de una descarga a través de su masa. • Tensión crítica, es la tensión para la cual comienzan a formarse arcos superficiales entre el conductor y el soporte del aislador. •

Tensión nominal de servicio, es la constituida por la tensión de la red.

2.2. Mecánicas. • Carga crítica, es la carga mecánica del conductor capaz de producir en el aislador averías que ocasionan descargas eléctricas. • Carga máxima de servicio, está constituida por la carga que soporta el aislador en condiciones normales de funcionamiento de la línea. • Carga de rotura total, es el esfuerzo mecánico que provoca la separación de las partes por rotura del aislador (en el caso de la cadena sería la rotura de un elemento).

3.2) Coeficientes Eléctricos y Mecánicos: • Coeficiente de seguridad eléctrico, es la relación entre la tensión crítica y la tensión nominal de servicio. • Coeficiente de seguridad electromecánico, es la relación entre la carga crítica y la máxima carga de servicio. 12

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• Coeficiente de seguridad mecánico, es la relación entre la carga de rotura total y la máxima carga de servicio. El fin que se persigue para la adopción de las distintas formas para la campana, es de alcanzar las líneas de descarga superficial de la corriente así como preservar de la lluvia y la humedad que favorecen esa fuga. La campana superior es la que posee mayor diámetro dado que resulta ser la que ejerce el mayor efecto protector. La línea de trazo indicada en la figura 1(d) representa la línea de fuga o de contorneo. La distancia del camino en seco está dado por A + B + C + D, mientras que el camino con lluvia está dado por F + G + H. El arco bajo lluvia es el que se produce entre el conductor y el aislador al estar sometido el conjunto una lluvia a 45º.

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4)

Datos Adicionales de los Aisladores:

4.1 Cargas mecánicas y niveles de aislamiento

La carga de tracción (CME) y el momento de torsión a rotura, y las tensio- nes eléctricas soportadas, en función de los diferentes niveles de tensión eléctrica de la red, se reflejan en la tabla 3.

Tabla 3 Tensión nominal, cargas mecánicas y niveles de aislamiento

Carga mecanica especificada

Momento de torsión

kV 20

(CME)kN 40/70

6 daN.m

30

70

6

95

215

45

70

6

120

300

66

70

6

165

380

132

120

9

320

650

220

120/16

9/12

495

1000

750

1550

El cable de tierra tiene los siguientes objetivos: 0 380

 



Tensión soportada a F.I. Con onda bajo de impulso lluvia kV kV 70 165

Nivel de tensión de red

12

160de fase de las descargas eléctricas directas. Protege los conductores Cuando un rayo cae sobre la torre, los cables de guarda a ambos lados de la torre proporcionan caminos paralelos para la descarga, con lo que la impedancia efectiva se reduce y el potencial de la parte superior de la torre es relativamente menor. Existe acoplamiento eléctrico y magnético entre el cable de guarda y los conductores de fase, lo que ayuda a reducir las fallas de aislamiento. 14

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4.2 Material 4.2.1) Núcleo.- Estará constituido por fibra de vidrio reforzada, impregna- da de resina Epoxi termoendurecida, resistentes eléctrica y químicamente a los fenómenos de hidrólisis y resistentes a los ácidos en especial al ní- trico NO3H, que asegure el aislamiento y soporte los esfuerzos mecánicos producidos por los conductores de la línea. Podrán utilizarse otros com- puestos de materiales siempre que cumplan las especificaciones contenidas en la presente norma y con la aceptación expresa Iberdrola. 4.2.2) Revestimiento y aletas.- El revestimiento del núcleo y las aletas estarán fabricados con caucho de silicona, con aditivos y elementos de re- lleno, totalmente libre de EPDM o de otros cauchos organicos. Los tipos de caucho de silicona a utilizar serán: HTV: Un componente de caucho de silicona sólido con vulcanización a alta temperatura (200º C aproximadamente). LSR: Dos componentes de caucho de silicona liquido que se mezclan y vulcanizan a elevada temperatura (entre 100 y 200º C). Podrá utilizarse otro tipo de material de características similares, siempre que cumpla la presente norma y previa aceptación de Iberdrola. 4.2.3 Herrajes metálicos.- Cumplirán con la norma UNE-EN 61284 y estarán constituidos por los siguientes materiales: - Acero estampado o forjado, galvanizado en caliente. - Tornillería (Horquilla en V), acero de alta resistencia galvaniza- do en caliente. 4.2.4 Anillos de reparto de potencial.- Constituidos por los materiales: - Anillo: acero laminado galvanizado en caliente, o aluminio. - Fijación del anillo al aislador: acero laminado galvanizado en caliente.

4.3 Marcas Los aisladores llevarán, en caracteres legibles e indelebles, las siguientes marcas: - norma o marca del fabricante - referencia del catálogo del fabricante 15

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- carga mecánica especificada (CME) en kN - fecha de fabricación (mes y año) - nivel de tensión eléctrica de la red, en kV y nivel de contaminación

4.4 Utilización Los aisladores compuestos se utilizarán en cualquier zona y muy especial- mente en zonas sometidas a roturas de aisladores por actos vandálicos in- dependientemente de su nivel de polución, así como un uso exclusivo de es- tos aisladores frente a los de vidrio en ambientes sometidos a fuertes grados de contaminación. Asi mismo se recogen en esta norma los aisladores compuestos que pueden ser utilizados en zonas de especial protección de avifauna (ZEPA).

La supresión de los aisladores rígidos de vidrio y porcelana, para líneas aéreas de M.T., de la normativa actual de Iberdrola, deja sin solución a la hora de realizar armados de derivación, con puentes de conductores desnudos de cierta longitud, la fijación de los conductores en puntos intermedios. Por ello, se recoge en la presente norma, aisladores que puedan unirse, por un extremo al apoyo o cruceta mediante un tornillo y por el otro, me- diante la instalación de una borna, para la sujeción del conductor. Por otra parte y únicamente para mantenimiento, se ha comprobado la necesi- dad de incorporar como elementos normativos aisladores con terminaciones en rótula y bola, para sustitución de aisladores de vidrio U40, según norma 11.

4.5 Suministro Los aisladores se suministrarán en lotes de seis unidades o en lotes múl- tiplos de seis, dentro de cajas debidamente embaladas y compartimentadas. La parte aislante de cada uno de los aisladores irá suficientemente prote- gida contra los daños que puedan producirse durante su manejo y transpor- te. Los embalajes se realizarán con materiales biodegradables o reciclables o que cumplan la Directiva Europea 94/62 sobre envases y residuos de envases.

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Los aisladores con anillo reparto de potencial se protegerán conveniente- mente y se suministrarán conjuntamente y en las mismas cajas.

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5)

Ensayos en los Aisladores:

Los aisladores compuestos deberán satisfacer los ensayos de diseño especi- ficados en la norma UNE-EN 62217, y los de tipo, muestro e individuales especificados en la norma UNE-EN 61109. Para la realización del “Ensayo de formación de caminos conductores y de erosion” según apartado 9.3.3 de la norma UNE-EN 62217, se podrá optar por uno de los tres métodos de ensayos mencionados en dicho apartado:

- Ensayo de niebla salina de 1000 h, s/ apartado 9.3.3.1, - Ensayo circular, s/anexo A - Ensayo de fatigas multiples, s/anexo B. Complementariamente como ensayos de tipo se exigirán los que a continuación se indican:

5.1 Ensayos de tipo 5.1.1 Ensayo de perturbaciones radioeléctricas.- Se realizará según la norma UNE-EN 60437. Este ensayo solo se realizara en aisladores con niveles de tensión nominal superior a 300 kV. 5.1.2 Ensayo de torsión.- Este ensayo mide el comportamiento del núcleo y su unión con los herrajes, ante la aparición de un giro sobre su propio eje longitudinal. El ensayo se realizará con el siguiente método operativo: Un extremo del aislador (herraje) se dispondrá simulando un empotramiento perfecto y se someterá al aislador a un esfuerzo de tracción del 60% de su carga mecánica especificada (CME) (ver tabla 3) tras lo cual, se efectua- rán las marcas oportunas para la comprobación del deslizamiento. En esta situación del aislador, se aplicará sobre su extremo no empotrado un momento torsor que, de forma gradual y a velocidad constante, alcanzará los valores del 70% y 100% del correspondiente especificado en la tabla 3, manteniéndose en 18

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cada escalón, durante un tiempo no inferior a un minuto ni superior a 90 segundos, la carga alcanzada. Finalmente se descargará al aislador de todo esfuerzo mecánico. Concluido el ensayo, se observará que no se ha producido deslizamiento ni rotura alguna, tanto en el núcleo como en los herrajes.

5.1.3 Ensayo de rotura frágil.- Con este ensayo se prueba la resistencia del núcleo de las fibras de vidrio a la corrosión por rotura frágil cuando el aislador está sometido a una tensión mecánica, debida principalmente a la influencia de ácidos. En tanto y cuando no se edite alguna norma ofi- cial que regule este tipo de ensayos, se aplicará lo indicado en el docu- mento de IEC Project 36-6-2, y que se puede resumir de la forma siguiente: Sobre una muestra, que tendrá una longitud entre herrajes de al menos 10 veces el diámetro del núcleo, se eliminará el recubrimiento del núcleo en la parte intermedia del aislador al menos en 150 mm, preparándose esta parte para ser introducida en un contenedor de ácido que se ubicará alre- dedor de la muestra así dispuesta. El ácido será ácido nítrico de concen- tración 1n (1n= 63,01 g HNO3 por litro de solución) y como mínimo cubrirá diametralmente al elemento en 1 cm con un nivel de líquido de 4 cm. El aislador así preparado será sometido a una carga de tracción entre sus partes metálicas que se incrementará suave pero rápidamente, desde cero hasta el 67 % de la carga mecánica de tracción especificada (CTE) y se mantendrá este valor durante 96 horas. Se dará por superado éste ensayo si en dichas condiciones no se produce la rotura del núcleo de fibra de vidrio reforzada.

5.2 Calificación y recepción 5.2.1 Calificación Con carácter general, la inclusión de suministradores y productos se realizará siempre de acuerdo con lo establecido en la norma NI 00.08.00: "Calificación de suministradores y productos tipificados". La calificación incluirá la realización de los ensayos y verificaciones indicados en el capítulo 8 de esta norma. Iberdrola se reserva el derecho de repetir ciertos ensayos realizados previamente por el fabricante o en la fase de obtención de marcas de calidad.

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5.2.2 Recepción Los criterios de recepción podrán ser modificados a juicio de Iberdrola, en función del Sistema de Calidad instaurado en fábrica y de la relación Iberdrola-Suministrador en lo que respecta al producto considerado (expe- riencia acumulada, calidad concertada, etc.). En principio serán los establecidos en la norma UNE-EN 61109.

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6)

Algunos Tipos de Aisladores en Alta Tensión:

6.1 Aisladores de porcelana. Los aisladores se construyen de porcelana esmaltada, vidrio o resinas epoxi (Avaldita), esta última en experiencia. La porcelana se consigue por vitrificación a altas temperaturas de una mezcla de arcilla, feldespato y sílice. Es muy importante que la porcelana esté libre de grietas, huecos y tensiones internas originadas en el enfriamiento. Es muy importante el esmaltado dado que tiene un importante papel en las propiedades dieléctricas del aislador. La falla dieléctrica más común de los aisladores es su contorneo por lo cual resulta importante el tratamiento de la superficie. Los aisladores de porcelana son totalmente estables o sea no alteran sus características dieléctricas a lo largo del tiempo. El esmaltado, ademán de darle una mejor terminación, dificulta el depósito de polvo y suciedad en general sobre la superficie dado que la misma queda totalmente lisa. Además, para lograr un mejor comportamiento del conjunto la rigidez dieléctrica del barniz es sensiblemente igual a la de la porcelana. También son similares los coeficientes de dilatación evitando ello fisuras o descascaramiento de la superficie, o sea que la porcelana debe ser de elevada resistencia mecánica, gran rigidez dieléctrica e insensibles a las inclemencias climáticas (altas temperaturas). Es importante evaluar el tratamiento que debe darse a la materia prima durante el proceso de fabricación. En la figura 3 se muestran características de los aisladores.

6.2 Aisladores de vidrio. Los aisladores de vidrio poseen cualidades que los constituyen en los más adecuados para el aislamiento en líneas aéreas de AT. El vidrio es el resultado de la solidificación progresiva, sin vestigios de cristalizaciones, de mezclas homogéneas de óxidos en fusión. La naturaleza y proporciones de éstos óxidos permiten la obtención de vidrios comerciales con propiedades muy variadas (eléctricas, térmicas, etc.) 21

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(*) Sílice

SiO2

67,53%

Óxido de hierro

Fe2O3

0,52%

Óxido de aluminio

Al2O3

3,95%

Óxido de manganeso

MnO

0,04%

CaO

6,40%

Óxido de magnesio

MgO

3,40%

Óxido de sodio

Na2O

11,10%

Óxido de potasio

K2O

3,40%

Óxido de bario

BaO

3,40%

Anhídrido sulfhídrico

SO3

0,16%

TOTAL

99,90%

(*) Óxido de calcio

(*)

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6.3) Aislador tipo suspensión Material: porcelana marrón, con caperuza de acero colado y badajo de acero galvanizado. Elaboración y ensayos: según normas IRAM 2095

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Procedencia: FAPA

ANSCO

Diámetro

254mm±3%

254mm

Altura

150mm±3%

145mm

Tensión de Servicio

15kV

15kV

Tensión de contorneo (seco)

80kV

80kV

Tensión de contorneo bajo lluvia

50kV

50Kv

Tensión de perforación Tensión de descarga con onda de impulso de 1/50 μs positiva de 1 elemento 10 elementos Tensión de descarga con onda de impulso de 1/50 μs negativa de 1 elemento 10 elementos Tensión de descarga en seco para cadena de 10 elementos Tensión de descarga bajo lluvia para cadena de 10 elementos Carga mínima de rotura Carga permanente a la tracción Peso neto de un aislador

120kV

120kV

120kV 900kV

120kV 945kV

150kV 990kV

150kV 930kV

500kV

590kV

360kV

415kV

5500kg 2000kg 5,8kg

5500kg 6kg

Figura 3

Los óxidos señalados con (*) son los principales y con ellos únicamente podría construirse un aislador de vidrio. Se le agregan los restantes componentes para dotar al aislador a cada exigencia del trabajo. El restante 0,10% para completar el 100%, lo constituyen óxidos diversos de Titanio (TiO2), Cromo (CrO3), etc. El aislador de vidrio puede ser recocido o templado. El aislador recocido que se utiliza para MT y BT es aquel que caracteriza al vidrio de botella. La resistencia a la tracción es de 2 Kg. /mm2, la porcelana tiene 4 Kg. /mm2, es por ello que este tipo de aislador se utiliza para trabajar con pequeños esfuerzos. El aislador templado soporta tensiones de compresión y tracción de 10 Kg. /mm2. Junto con las mejoras que el vidrio templado confiere a los aisladores por las 23

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cualidades propias de este material, los procedimientos de fabricación continua utilizados han permitido la obtención de una calidad segura y constante. La rigidez dieléctrica de los vidrios utilizados a la temperatura ambiente es del orden de 1350 Kv. /cm contra los 400 Kv. /cm para los cerámicos tradicionales, siendo su constante dieléctrica ( 7,3) superior a la de la porcelana. El coeficiente de dilatación térmica no está muy lejos del de los metales, como ser aceros y fundiciones. Se puede obtener un coeficiente de dilatación de 8,5 x 10-6, siendo el coeficiente de dilatación de los metales ferrosos del orden de 115 x 10-6 y el de las porcelanas del orden de 4 x 10-6. Vale decir que el coeficiente de dilatación entre metal y vidrio es similar, en cambio entre metal y porcelana es muy distinto. El efecto de fatiga sobre el vidrio templado es prácticamente nulo, es decir que la debilidad del aislador la condiciona sus partes metálicas (caperuza y perno). Toda rotura local del eléctrico causa la ruptura completa del vidrio pero no obstante conserva su resistencia mecánica. Simplemente con una inspección ocular es suficiente para detectar los aisladores defectuosos.

6.4 Envejecimiento de los aisladores. Se ha observado a través del tiempo que los aisladores después de un lapso de años sin presentar averías se comienzan a deteriorar en un lapso breve de tiempo. Además se ha llegado a la coclusión de que el tipo de deterioro es el resultado de fenómenos de carácter mecánico y térmico. Los resquebrajamientos se producen frecuentemente por las dilataciones del material que vincula las campanas entre sí o a estas con el soporte. Por lo cual puede atribuirse al comportamiento defectuoso de los cementos utilizados y también a la dilatación o contracción de la campana exterior por la acción de las variaciones de temperatura. Para el caso de aisladores en depósitos, el deterioro es semejante a los que se encuentran en servicio siempre que las condiciones climáticas sean iguales. Bajo la acción de las lluvias el agua puede penetrar en fisuras existentes produciendo la rotura final de los aisladores. Para evitar los inconvenientes mencionados, es importante que los aisladores sean correctamente fabricados y fundamentalmente no someterlos a esfuerzos mecánicos exagerados. 24

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Las principales causas de deterjo de los aisladores son las siguientes: a.Defectos de fabricación que introducen tensiones internas b.Porosidad del material (se ioniza el aire existente en los poros facilitando consecuentemente la perforación del aislador). c.Defectuosa distribución del campo eléctrico d.Pequeña resistencia mecánica.

6.5 Aisladores para líneas de AT. Los más utilizados son los de caperuza y badajo bajo lluvia y la tensión de cebado del arco sirve para juzgar un tipo de aisladores y suele valer 0,6 para los buenos aisladores. Además es necesario conocer el esfuerzo mínimo de rotura mecánica y el esfuerzo de destrucción para solicitaciones eléctricas y mecánicas simultáneas. Un aislador de 254mm. de diámetro que se toma como ejemplo, tiene las siguientes características: Peso = 4,750 Kg. Esfuerzo mínimo de rotura = 9000 Kg. Solicitaciones simultáneas = 7000 Kg. Tensión de cebado en seco = 77 Kv Tensión de cebado bajo lluvia = 46 Kv Con estos aisladores estándar utilizados en líneas preferentemente de terrenos llanos, donde rijan condiciones climatológicas que no ofrezcan características particulares, el número de elementos que conforma la cadena de acuerdo a la tensión de servicio es la siguiente: Hasta 30 Kv ----------------------- 2 elementos Hasta 60 Kv ----------------------- 4 elementos Hasta 130 Kv ----------------------- 8 elementos Hasta 150 Kv ----------------------- 9 elementos Hasta 220 Kv ----------------------- 14 elementos 25

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Hasta 500 Kv ----------------------- 22 elementos Es importante destacar que cuando se emplean aisladores de suspensión para tensiones reducidas y para las cuales sería necesario un solo aislador, no se conforma la cadena con un solo elemento dado que con la avería de éste la línea queda fuera de servicio. Por ello se conforman las cadenas con 2 elementos como mínimo, permitiendo ello que aún cuando uno de los elementos se hubiere deteriorado la línea permanece en servicio hasta su reemplazo.En las torres de retención se utiliza la cadena de retención que trabaja en una posición próxima a la horizontal. Los aisladores deben soportar el pleno esfuerzo de tracción y han de ser calculados con un amplio factor de seguridad para la máxima cantidad de hielo que pueda acumularse y la máxima presión del viento.El esfuerzo máximo que pueden soportar los aisladores y sus herrajes debe ser equiparado al del conductor con el fin de tener en cuenta posibles cargas extremas superiores a las supuestas en el proyecto. El recambio de elementos defectuosos en estas cadenas resulta más dificultoso que en las de suspensión. En torres importantes de retensión se suelen colocar 2 – 3 – 4 cadenas de aisladores. Desde el punto de vista eléctrico, la cadena se comporta como un conjunto de capacitares conectados en serie. El gradiente de potencial no es uniforme a lo largo de la cadena debido a la diferente capacidad de cada herraje respecto a tierra. La caída de tensión es máxima en la unidad contigua al conductor. Además, las cadenas de aisladores están sujetas a la posibilidad de contorneo superficial que si bien son de corta duración, producen por la intensidad de la corriente de arco calentamientos bruscos que pueden averiar definitivamente la cadena. Para salvar este inconveniente se dota a la cadena de armaduras protectoras (aros, cuernos) que producen la desviación lateral del arco alejándolo de la porcelana. Además, cumplen dichas armaduras protectoras la función de uniformar el gradiente de potencial a lo largo de la cadena. De esta forma se evita la descarga en cascada de los aisladores. Se muestran cadenas de suspensiones en la figura 4.La figura 5.a indica para una cadena de aisladores de 12 elementos, el porcentaje de la tensión total que soporta cada elemento.

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7)

Conclusiones:



El aislador templado soporta tensiones de compresión y tracción de 10 Kg. /mm2. Junto con las mejoras que el vidrio templado confiere a los aisladores por las cualidades propias de este material, los procedimientos de fabricación continua utilizados han permitido la obtención de una calidad segura y constante.



La rigidez dieléctrica de los vidrios utilizados a la temperatura ambiente es del orden de 1350 Kv. /cm contra los 400 Kv. /cm para los cerámicos tradicionales, siendo su constante dieléctrica ( 7,3) superior a la de la porcelana.



El efecto de fatiga sobre el vidrio templado es prácticamente nulo, es decir que la debilidad del aislador la condiciona sus partes metálicas (caperuza y perno).



Toda rotura local del eléctrico causa la ruptura completa del vidrio pero no obstante conserva su resistencia mecánica. Simplemente con una inspección ocular es suficiente para detectar los aisladores defectuosos. La comprobación de la posición en que se encuentran los aparatos encargados del corte (abiertos o cerrados) se realiza mediante una indicación mecánica del propio aparato de corte, si la maniobra se efectúa a distancia (desde el cuadro de control), la señalización de posición del aparato de corte se efectúa por medio de señales luminosas o indicadores electromagnéticos.



8)

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Bibliografía:

www.aolivella.cat/Rafanell/SIGLO%20XXI/.../AISLANTES.doc https://www.hcenergia.com/recursos/doc/.../2059339383_31122008113840.pdf www.frro.utn.edu.ar/repositorio/.../electrica/5...electrica/.../Aisladores_para_LA.doc https://es.pdfcoke.com/doc/42099370/aisladores-electricos

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