Para dimensionar un aislador debemos hacerlo por los siguientes criterios:- Diseño Eléctrico.- Diseño Mecánico.Además de conocer características de la zona como altitud, nivel de polución, humedad, nieve, vientos, etc.

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN EN SOCABAYA AREQUIPA

CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS La línea de transmisión de 138kV se encuentra

ubicado en el distrito de Socabaya – Arequipa.

CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS

CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES

El distrito de Socabaya se caracteriza por desplazarse en una zona rural y urbana con una altitud promedio de 2 300 m.s.n.m. , con escasa vegetación y con poca humedad, cuenta con un parque industrial .

DISEÑO ELÉCTRICO

1. Distancia de aislamiento de línea de fuga.

2. Diseño de aislamiento a frecuencia industrial

3. Diseño de aislamiento por sobretensión de impulso atmosférico.

4. Diseño de aislamiento por sobretensión de maniobra.

1. DISEÑO POR DISTANCIA DE FUGA

Según las recomendaciones para el cálculo de la distancia de fuga presentadas en la norma IEC-815 y se considera el factor por altitud según la Norma IEC 600071-2.

Donde:Df: Distancia de fuga total de la cadena (mm).Lf: Distancia de fuga Nominal mínima de tabla IEC-815 (mm/kV) Umax: Tensión máximo del sistema normalizado según IEC.Ka: Factor de corrección por Altitud (adimensional)

Df = 25mm/kVx 145kV x 1.17 = 4241.25 mm

De aquí podemos saber el número de aisladores, aplicando la división:

Pero falta definir las distancias mínimas de aislamiento

2. DISEÑO DE AISLAMIENTO A FRECUENCIA INDUSTRIAL

Calculamos el Voltaje Resistente corregido por factores ambientales y se verifica si el resultado es menor que las indicadas en la IEC, se toma el valor descrito en las normas, en caso contrario se consideran el valor obtenido.

Calculo de sobre voltaje línea a tierra a frecuencia industrial (VF1)

Reemplazando se obtiene: VF1= 108,76 kV (sobre voltaje línea a tierra)

CÁLCULO DEL VOLTAJE CRÍTICO DISRUPTIVO (VCFO): (CRITICAL FLASHOVER OVERVOLTAGE)

Donde: σ = 6% para voltaje a frecuencia industrial húmedo. Remplazando: VCFO = 132,63 KV

CÁLCULO DEL VOLTAJE CRÍTICO DISRUPTIVO CORREGIDO (VCFOC)

Los factores mencionados se obtienen de estudios meteorológicos realizados en la zona.

Hv=0.90, DRA=0.783, K1=0.67, Hr=1.00, FC=1.72

El Voltaje Crítico Disruptivo a 60 Hz corregido por factores ambientales es: VCFOC= 132,63 x 1.72 =228.41KV

Según la norma IEC (tabla niveles de aislamiento normalizados para la gama I (1kV<Un<245kV) IEC 60071-2), para una tensión máxima del sistema de 145 kVrms, el Voltaje Resistente a Frecuencia Industrial fase- tierra y fase - fase es de 275 kVrms, por ser mayor al calculado tomamos esta tensión.

APLICANDO LA CORRECCIÓN POR FACTORES DE ALTURA

Aplicando la corrección por altitud se obtiene lo siguiente: VCFOc = VCFO x Ka VCFOc = 275 x 1,17 = 321,75 kV rmsPara la distancia mínima a masa: De la curva de sobrevoltaje a frecuencia industrial para el espaciamiento en aire entre conductor y estructura usamos la tabla curvas de sobrevoltaje a frecuencia industrial para el espaciamiento en aire entre conductor y estructura.

 

De la tabla obtenemos con VCOFC= 321.75kV una distancia D = 0,5 m

3. DISEÑO DE AISLAMIENTO POR SOBRETENSIÓN DE IMPULSO ATMOSFÉRICO

Según la norma IEC el voltaje resistente a sobretensión de impulso tipo rayo NBI (nivel básico de aislamiento) para Umax=145kV es igual a 650 kV pico.

El Voltaje Resistente al Impulso Atmosférico

Donde:σ: desviación estándar del 3% δ : Densidad relativa del aire δ = 0,774

curva de sobrevoltaje a frecuencia industrial para el espaciamiento en aire entre conductor y estructura.

• Metodología del EPRI “Transmission Line Reference Book”

• la distancia mínima es de 1370mm redondeando D = 1.4m que será el espaciamiento entre conductor y estructura.

4. DISEÑO DE AISLAMIENTO POR SOBRETENSIÓN DE MANIOBRA.Tenemos que calcular en primero tensión de sostenimiento que viene dada por la siguiente expresión:f.s : Factor de sobretensión de maniobra fs = 3

VCO = 355.17kV

Ahora tenemos que corregir la tensión de soporte de acuerdo a las condiciones de la región:

δ: Densidad relativa del aire δ = 0,774σ: Desviación estándar para esfuerzos tipo maniobra y de acuerdo a las normas IEC 60071-1 y 60071-2 debe ser del 6%. ND: numero de desviaciones estándar de acuerdo a la probabilidad de flameo que consideremos se produzca en el aislamiento. La norma IEC sugiere flameo del aislamiento del 10%, en cuyo caso ND es igual a 1.3.

Obtenemos: VCOc = 497.69 kVp

DISTANCIA MÍNIMA A MASA: DE LA CURVA DE SOBRE VOLTAJE DE MANIOBRA PARA EL ESPACIAMIENTO EN AIRE ENTRE CONDUCTOR Y ESTRUCTURA

De la curva de sobre voltaje de maniobra para el espaciamiento en aire entre conductor y estructura obtenemos D = 1.2 m

SELECCIÓN DE AISLADORES

Con estos parámetros procedemos a buscar nuestros aisladores en los catálogos de los fabricantes.

TIPODe

aislador Según su función

TENSIONNOMINAL

Kv

SOBRE TENSION A FRECUENCIA

INDUSTRIAL (kVrms)

SOBRE TENSION ATMOSFERICA

(kVpico)

DISTANCIA DE FUGA (mm)

LONGITUD A MASA

suspensión

138 321.75 873.87 4241.25mm 1400

Por ejemplo: Usaremos aisladores de vidrio de tipo U 160BS,

datos de catalogo.

Calculando el numero de aisladores en la cadena.

Con la línea de fuga calculada y el de tabla del fabricante calculamos el número de aisladores.

N = Lf(calculado) / Lf(1aislador) = 4241.25mm/380mm = 11.16 = 12 aisladores.

Entonces tendremos una cadena de 12 aisladores U 160BS

Comprobando parámetros del aislador con los mínimos calculados.

El tamaño del aislador U 160BS es de 280x146mm (ϕ=280mm y P=146mm)Vamos al cuadro de características eléctricas de las cadenas de aisladores del fabricante deben estar en conformidad con las normas CEI 383 (IEC 383)

ítem B C

parámetros Tensión soportada a frecuencia industrial bajo lluvia

Tensión soportada al impulso rayo

Tensiones en kV 405 900

ítem B C

parámetros Tensión soportada a frecuencia industrial bajo lluvia

Tensión soportada al impulso rayo

Tensiones en kV 321.75 873.87

Vemos estos parámetros en la tabla.

Comparando con los calculados.

Vemos que soporta tensiones mayores a las calculadas, por tanto cumple con los requerimientos eléctricos, falta saber si la longitud de la cadena cumple con las distancias mínimas de aislamiento. La longitud total de la cadena es: Lcadena = Naisladores x P =12 x 146mm = 1752mm, por

tnto si cumple dado que la longitud mínima a masa calculada es 1400mm

Gracias……………

Donde: m = 1.00 para impulso y frecuencia industrial,Reemplazando para una altura de 2300msnmTenemos Ka = 1.17