AISLAMIENTO DE LT

7/30/2019 AISLAMIENTO DE LT

1/9

Universidad Nacional de Colombia Leonardo Cardona Correa

SSEELLEECCCCIINN AAIISSLLAAMMIIEENNTTOO PPAARRAA LLNNEEAASS DDEE TTRRAANNSSMMIISSIINN

Una lnea opera la mayor parte del tiempo a unas condiciones que se denominannormales, las cuales se caracterizan por estar cerca al voltaje nominal de operacin.Para que la calidad de la potencia sea adecuada, la variable voltaje debe estar

alrededor del voltaje nominal y presentar unas variaciones de acuerdo a laregulacin de voltaje permitida en el nivel de voltaje correspondiente.

Sobre una lnea de transmisin de energa se presentan eventos de tipo interno oexterno ocasionando alteraciones importantes en el voltaje. El estudio de estoseventos y como impactan la lnea, es lo que corresponde a un estudio delaislamiento. En una lnea en etapa de diseo corresponde a la seleccin delaislamiento.

La seleccin del aislamiento de una lnea de transmisin depende de los esfuerzosrepresentados en sobrevoltajes. Estos sobrevoltajes son de tres (3) tipos:

A frecuencia industrial

Por maniobra

Por descargas atmosfricas

En el diseo del aislamiento hay que considerar cuales elementos hacen parte dedicho sistema. Estos elementos son los siguientes:

La cadena de aisladores.La mnima separacin entre conductores y las estructuras.

El apantallamiento o disposicin del cable de guarda con respecto a las fases.

La resistencia de la puesta a tierra de torre, incluyendo la utilizacin deconductores de compensacin o "contrapesos". En la literatura tcnica tambinse conoce con el nombre de contraantenas.

1. SELECCIN DE LA DISTANCIA DE FUGA DE LAS CADENAS DEAISLADORES

De acuerdo a la IEC 71-1 y 71-2 la tensin de operacin y las sobretensionestemporales determinan la longitud de la cadena de aisladores segn el grado decontaminacin de la zona. Si el factor de falla a tierra est por debajo de un valor de1.3, que es un valor usual en sistemas multiaterrizados, la norma sugiere comosuficiente el diseo de la cadena de aisladores para que soporte la mxima tensinen estado estacionario del sistema de fase a tierra. Si el factor de falla est porencima de 1.3 es necesario tener en cuenta las sobretensiones temporales para eldiseo de la cadena de aisladores.


2/9


2

Para seleccionar las lneas de fuga de los aisladores el criterio principal a considerares el de la contaminacin.

De acuerdo a la norma IEC 71-2, se debe seguir los lineamientos dados en la tabla1.

Si la contaminacin es insignificante en la zona de acuerdo a la norma se debetomar una distancia de fuga en los aisladores de 16 mm/kV (kf). Por el contrario, si lacontaminacin es muy fuerte la distancia de fuga se debe considerar de 31 mm/kV.Y para grados de contaminacin intermedios se toman valores de distancia de fuga20 y 25 mm/kV.

La distancia total de fuga estar determinada por la expresin:

kfka

1

3

VmxD

Donde:

D: Distancia de fuga, mm

Vmx: Tensin mxima de servicio del sistema, kV rms

Ka: Factor de correccin por altura

Kf: Coeficiente de fuga, mm/kV

El factor ka es igual a la densidad relativa del aire para la altura sobre el nivel delmar donde estar instalada la cadena de aisladores. La densidad relativa se puede

calcular con la siguiente expresin:

h30.000107281.013r

Tambin se puede utilizar la frmula de Halley:

T273

Pb3.9210r

Donde:

Pb: Presin baromtrica en mm de Hg, calculada a la respectiva altura sobre el nivel

del mar.T: Temperatura ambiente en C a la altura sobre el nivel del mar.

La presin baromtrica Pb se calcula con la expresin:

18336

hlog10(76)

10Pb

Donde h es la altura sobre el nivel del mar en m.


3/9


3

Una vez determinada la distancia de fuga requerida (D) se puede calcular el nmerode aisladores.

aisladorcadadefugadeDistancia

requeridafugadeDistanciaaisladoresdeNmero

Para una lnea a 230 kV el nmero de aisladores para diferentes grados decontaminacin y para diferentes alturas sobre el nivel del mar se observa en laFigura siguiente. Se ha considerado un aislador estndar de porcelana el cual tieneuna distancia de fuga de 292 mm. y una tensin mxima de servicio de 245 kV.

Tabla 1. Grados de Contaminacin de acuerdo a Norma IEC 71-2 InsulationCoordination Application Guide

Grado deContaminacin

Tipos de ambiente

Mnima distanciade fuga (kf)

mm/kV

I-Insignificante

reas no industriales y de baja densidad de casas equipadascon equipos de calefaccin.

reas con baja densidad de industrias o casas perosometidas a frecuentes vientos y/o lluvia.

reas agrcolas.

reas montaosas.

Todas las reas anteriores deben estar situadas al menos

entre 10 y 20 km del mar y no estar sometidas a vientosprovenientes del mismo.

16

II-Medio

reas con industrias poco contaminantes y/o con casasequipadas con plantas de calefaccin.

reas con alta densidad de casas y/o industrias pero sujetasa frecuentes vientos y/o lluvias.

reas expuestas a vientos del mar pero no prximas a lacosta.

20

III-Fuerte

reas con alta densidad de industrias y suburbios degrandes ciudades con alta densidad de plantas decalefaccin produciendo polucin.

reas prximas al mar o expuestas a vientos relativamentefuertes procedentes del mar.

25

IV-Muy Fuerte

reas sometidas a humos contaminantes que producendepsitos conductores espesos.

reas muy prximas al mar sujetas a vientos muy fuertes.

reas desiertas expuestas a vientos fuertes que contienenarena y sal.

31


4/9


4

Figura 1. Nmero de aisladores vs hsnm

2. NMERO DE AISLADORES REQUERIDO POR SOBRETENSIONES PORMANIOBRA

El nmero de aisladores para soportar las sobretensiones de maniobra se puededeterminar de manera estadstica considerando los diferentes eventos de maneraprobabilstica, lo cual se puede realizar utilizando programas de simulacin como el

ATP, el cual permite realizar simulaciones de maniobra de tipo estadstico, paramodelar el comportamiento aleatorio de la operacin de los interruptores durante elcierre.

El mtodo convencional, que es de tipo determinstico, es el que se va a ilustrar eneste documento.

Se supone una mxima sobretensin de maniobra del sistema elctrico donde sedisea el aislamiento. Para el nivel de 230 kV esta sobretensin es del orden de 2.5p.u. y constituye lo que se llama el factor de sobrevoltaje (Fv).

3

2VmaxFvesperadansobretensiMxima

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000

Altura sobre el nivel del mar (m)

Nmerodeaisladores

KF=16

KF=20

KF=25

KF=31

Grado de

contaminacin


5/9


5

kVpico500.13

22452.5esperadansobretensiMxima

Para determinar la tensin que debe soportar el aislamiento se considera que debe

ser el 15% ms sobre la mxima sobretensin esperada. Este 15% adicional seconsidera un factor de seguridad (Fs).

esperadansobretensiMximaFssoportedeTensin

kVpico575.1500.11.15soportedeTensin

El aislamiento responde de manera probabilstica de acuerdo a la siguiente curvaacumulada de probabilidad de la Figura 2. El valor del 50% corresponde al CFO(Critical Flashover Overvoltage) del aislamiento. En la figura el CFO es unitario y ladesviacin estndar () es del 6%, que es la correspondiente desviacin sugeridapara eventos de maniobra.

Figura 2. Distribucin de Gauss acumulada normalizada

Se define una tensin de soporte del aislamiento en funcin del CFO:

k1CFOsoportedeTensin

De la anterior expresin se despeja el CFO total que debe tener el aislamiento.

k1

soportedeTensinrequeridoCFO

Donde,

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.76 0.82 0.88 0.94 1 1.06 1.12 1.18 1.24

Probabilidadacumulada

Variable (Voltaje disruptivo)


6/9


6

es la desviacin estndar para esfuerzos tipo maniobra y de acuerdo a las normasIEC 71-1 y 71-2 debe ser del 6%.

K, es el nmero de desviaciones estndar de acuerdo a la probabilidad de flameo

que se considere del aislamiento. Normalmente se asume una probabilidad deflameo del aislamiento del 10% que es lo sugerido por la norma, en cuyo caso kesigual a 1.3. Si se asume otra probabilidad de flameo, k toma otros valores. Porejemplo si se asume una probabilidad de flameo del aislamiento del 1%, k toma unvalor de 2.33.

El CFO requerido se debe corregir de acuerdo a las condiciones de la regin:

rk

soportedeTensincorregidoCFO

1

1

Donde, res la densidad relativa

Reemplazando en la expresin anterior la Tensin de soporte requerida de acuerdoa los sobrevoltajes esperados, se obtiene la siguiente expresin:

rk

3

2VmaxFvFs

corregidoCFO1

1

Los aisladores normalizados de 250 x 146 mm tienen un CFO cada uno de 80

kVpico aproximadamente. Pero el CFO no es lineal para una cadena de variosaisladores. Esta no linealidad se debe tener en cuenta mediante la utilizacin de ungrfico que relacione el nmero de aisladores de la cadena y el CFO que tendra ose puede utilizar la siguiente relacin la cual es vlida hasta una cadena de 20aisladores:

0.4219CFO107.9192CFO106.6485AisladoresNo -32-6


7/9


7

Figura 3. CFO vs nmero de aisladores

Del nmero de aisladores que resulte por ambiente contaminado y por maniobra sedetermina el mayor nmero de aisladores requerido.

Un criterio aceptado es aumentar un aislador ms si es una cadena de suspensin ydos aisladores ms si es una cadena de amarre.

3. AISLAMIENTO POR DESCARGAS ATMOSFRICAS

El nivel de aislamiento se debe verificar para descargas atmosfricas, ya que sepueden producir flameos entre la torre y el conductor. Para determinar el nmero deaisladores por descargas atmosfricas se define una rata de salidas de la lnea porcada 100 km y por ao. Este criterio es de cada empresa, pero es aceptado un valorde 3 salidas/100 km*ao. La cantidad de aisladores requeridos es muy dependientedel valor de la puesta a tierra de la torre y de la densidad de descargas en la zona.

De acuerdo a la resolucin 098 de 2000 emanada de la CREG y por lacual se modifica el Anexo CC1 del Cdigo de Conexin (Resolucin 025de 1995), en lo que se refiere al aislamiento dice:

El dimensionamiento elctrico de las estructuras se debe definir mediante combinacin de las

distancias mnimas correspondientes a las sobretensiones debidas a descargas atmosfricas, a lassobretensiones de maniobra y a las sobretensiones de frecuencia industrial. En caso de usarseestructuras de otro diseo disponible por el transportador, se deber demostrar que eldimensionamiento elctrico satisface las condiciones de aislamiento exigidas para la regin en dondese va construir la nueva lnea.

Para evaluar el comportamiento ante descargas elctricas atmosfricas se debe considerar comoparmetro de diseo un mximo de tres salidas por cada 100 km de lnea por ao.

0

250

500

750

1000

1250

1500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Nmero de aisladores

CFO[

KVpic

o]


8/9


8

El comportamiento de la lnea ante sobretensiones de maniobra se debe realizar evaluando el riesgode falla del aislamiento, permitindose una (1) falla por cada cien (100) operaciones de maniobra dela lnea.

El comportamiento de la lnea ante sobretensiones de frecuencia industrial, deber asegurar su

permanencia en servicio continuo.

No se permite el uso de pararrayos de carburo silicio en ningn punto como proteccin de las nuevaslneas de transmisin.

4. SELECCIN DE DISTANCIAS ELCTRICAS MNIMAS

Para determinar las distancias elctricas mnimas se tienen en cuenta lasrecomendaciones de las diferentes normas.

Distancia mnima conductor estructuraSegn el NESC (National Electrical Safety Code) de EUA, la distancia mnimaconductor-estructura se puede determinar con la siguiente expresin

D = 3 + 0.2(Vmx 8.7)

D = Distancia mnima conductor-estructura en pulgadas

Vmx = Voltaje de lnea mximo de operacin en kV

Este voltaje se debe corregir por altura sobre el nivel del mar, dividiendo por ladensidad relativa en el sitio,

El nivel de aislamiento de la lnea al nivel del mar debe ser de 850 kV, ya que es elque tienen los equipos de las subestaciones. El BIL se debe corregir a la alturasobre el nivel del mar en el sitio. Por ejemplo, si la altura sobre el nivel del mar es1750 m, el BIL corregido es de 1050 kV. Segn la norma IEC 71-2 la distanciamnima conductor-estructura para un BIL de 1050 kV es de 1.90 m.

A esta distancia se le recomienda aplicarle un factor de seguridad de 1.15

Distancia mnima cable de guarda conductor

La distancia entre cable de guarda y el conductor ms prximo se determinabsicamente por el ngulo de apantallamiento y la silueta de la torre. Esta distanciadepender del criterio de apantallamiento que se adopte.

Distancia mnima conductor suelo

Para esta distancia se puede aplicar el criterio dado en el cdigo de redes. Estadistancia en general es de 6.5 m para un nivel de tensin de 230 kV. Con el fin de


9/9


9

tener en cuenta algunas imprecisiones en el plantillado se puede asumir unadistancia de 8.00 m.

Distancia mnima entre fasesLa distancia entre fases colocada en el mismo plano horizontal est determinada porla longitud del vano y la longitud de la cadena de aisladores, debido a la ocurrenciade acercamientos a mitad el vano cuando se presenten vientos, que hagan oscilarlas cadenas.

Una expresin comnmente utilizada es la del reglamento espaol.

D = K(F+L)1/2 + Vn/150

D = distancia entre fases en m.

K = Factor que tiene en cuenta el tipo de conductor y el ngulo de oscilacin de lacadena. Para un conductor ACSR mayor de 200 mm2 y un ngulo de oscilacinmximo de 55, este valor es de 0.75

F = Flecha mxima en m

L = Longitud de la cadena de aisladores en m

Distancia vertical entre conductores

Esta distancia se elige de acuerdo a la distancia mnima a masa requerida y se

puede asumir las distancias mnima dada en Cdigo de Redes (6.0 m).

AISLAMIENTO DE LT

Documents

Transcript of AISLAMIENTO DE LT