Calculo de Aisladores

AI AISLAMIENTO TEMA 4.2 - 1

CÁLCU CÁLCULO LO MECÁN ECÁNIICO – AISLAMI AISLAMIENTO ENTO Y HERR HERRAJES AJES LÍNEAS ELÉCTRICAS 3º ITIE

– Se instalan entre el conductor desnudo y las partes del apoyo puestas a tierra – Tienen la doble misión de fijar mecánicamente los conductores, además de aislarlos de tierra

Introducción

deben diseñar para soportar soportar la la condici condición ón climática de servi servicio cio más más desfavorable, desfavorable, – Se deben temperatura, humedad, niebla, polución.... – Tienen que soportar la carga mecánica más desfavorable según las hipótesis de carga reglamentarias con el coeficiente de seguridad adecuado

– Es la selección de la rigidez dieléctrica de los materiales en función de las tensiones que

Coordinación de aislamiento

pueden aparecer, teniendo en cuenta las condiciones climáticas y los dispositivos de protección disponibles – Las diferentes sobretensiones que pueden aparecer determinan el nivel de aislamiento necesario – Esta descrito en las normas UNE-EN 60071-1 y –2 – Las tablas 12 y 13 del Reglamento muestran los aislamientos normalizados

COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO TEMA 4.2 - 2






Gama II (400kV) Tensión soportada a maniobra y a impulso tipo rayo Gama I (resto tensiones) Tensión a frecuencia industrial y a impulso tipo rayo • La tensión permanente a frecuencia industrial y las sobretensiones temporales determinan la longitud de

cadena de aisladores forma de estos estos aisladores aisladores se determi determinará en función del grado de polución en la zona • La forma • El Reglamento distingue cuatro zonas de polución, sus características y la línea de fuga específica nominal se expresan en la tabla 14

ZONAS DE POLUCIÓN TEMA 4.2 - 4


CÁLCU CÁLCULO LO MECÁN ECÁNIICO – AISLAMI AISLAMIENTO ENTO Y HERR HERRAJES AJES

AI AISLAMIENTO TEMA 4.2 - 5

LÍNEAS ELÉCTRICAS 3º ITIE

ESFUERZOS MECÁNICOS Las cadenas de aisladores deben soportar los esfuerzos mecánicos que los conductores les ejercen – Cadena horizontal de amarre: Debe soportar la tensión mecánica del cable – Cadena vertical de suspensión • Debe soportar el esfuerzo de viento o hielo, o viento+hielo: la más desfavorable • Debe soportar el esfuerzo de rotura de conductores

ELECCIÓN DE CADENA DE AISLADORES Por tanto para la elección de la cadena de aisladores se deben tener en cuenta tres factores – El aislamiento normalizado según la tablas 12 y 13 del Reglamento – La línea de fuga en función de la polución en la zona – Los esfuerzos mecánicos máximos que soportan

TIPOS DE AISLADORES Se utilizan varias tecnologías para el aislamiento – Cerámicos: El más antiguo actualmente en desuso en líneas eléctricas aéreas – Vidrio: El más utilizado en la actualidad, una tecnología muy consolidada – Material compuesto: Son los más modernos y cada vez más utilizados. En los primeros tiempos tenían

problemas con la radiación UV y el envejecimiento pero han mejorado considerablemente

TIPOS DE AISLADORES TEMA 4.2 - 6

Elemento aislador vidrio

Aislador compuesto:

CÁLCULO MECÁNICO – AISLAMIENTO Y HERRAJES LÍNEAS ELÉCTRICAS 3º ITIE

TIPOS DE AISLADORES

CÁLCULO MECÁNICO – AISLAMIENTO Y HERRAJES

TEMA 4.2 - 7


AISLAMIENTO DE VIDRIO • • • •

Las cadenas están formadas por varios elementos unitarios de vidrio templado El nivel de aislamiento se consigue utilizando más o menos elementos de aislador En la norma UNE-EN 60305 y UNE-EN 60433 se recogen las características de los elementos de cadenas de aisladores de vidrio o cerámicos Existen dos tipos de acoplamiento entre aisladores

Rótula y alojamiento de rótula: es el más utilizado. El acoplamiento entre elementos está marcado en la norma CEI 120 (d1)

Horquilla y lengüeta. El acoplamiento está especificado en la norma CEI 471

TIPOS DE AISLADORES


TEMA 4.2 - 8


AISLAMIENTO DE VIDRIO: ACOPLAMIENTO ROTULA - ALOJAMIENTO DE ROTULA

B: Acoplamiento de caperuza y vástago

S / L: Paso Corto (small) / Largo (long)

P: Zona contaminada polucionada

TIPOS DE AISLADORES


TEMA 4.2 - 9


AISLAMIENTO DE VIDRIO: ACOPLAMIENTO HORQUILLA Y LENGÜETA

B: Acoplamiento de Horquilla y lengueta

CALCULO DE AISLAMIENTO TEMA 4.2 - 10


Pasos de calculo: •

• •

Primero se escoge un esfuerzo de rotura electromecánico especificado, función de los esfuerzos a los que estará sometida la cadena de aisladores, con coeficiente de seguridad 3 o 2,5 si se realiza control en la recepción. (art 3.4) Posteriormente se calcula el número de elementos a utilizar en función del nivel de contaminación en la zona dada la línea de fuga específica Por último se comprueba que con ese número de elementos se cumplen los niveles de aislamiento

Ejemplo: Se necesita calcular el aislamiento en vidrio para una línea de conductor 337-AL1/44-ST1A con un conductor por fase para una tensión nominal de 132kV en una zona cercana al mar.

CALCULO ELECCCION DE AISLADORES DE VIDRIO


TEMA 4.2 - 11


CONDUCTORES ALUMINIO - ACERO (UNE 50182)


CALCULO ELECCCION DE AISLADORES DE VIDRIO TEMA 4.2 - 12


Lo primero es calcular la carga de rotura del aislador. Dado que el 337-AL1/44-ST1A (LA-380 GULL) tiene una carga de rotura de 107,18kN y su coeficiente de seguridad será como mínimo de 2,5 el tense del conductor máximo será σ

T max

=

rot

CS

=

107.18kN 2.5

=

42.87kN

La cadena de amarre debe soportar este esfuerzo con el coeficiente de seguridad reglamentario CME am CS

>

42.87kN

CME: carga mecánica especificada

Debemos elegir un elemento aislador con una carga mayor de 128kN, por tanto en la tabla de aislamientos normalizados:





TEMA 4.2 - 14


Se suele elegir aislamiento BS (small) Realizaremos el cálculo para el aislador U 160BS Ahora se calcularán los elementos necesarios para conseguir línea de fuga suficiente ZONAS DE POLUCIÓN

El nivel III es el elegido, la línea de fuga será25mm/kV



TEMA 4.2 - 15


Para una tensión más elevada de la red de 145kV (fase fase) es necesaria una línea de fuga (fase tierra) total de: 145kV 25 ⋅

mm kV

=

3.625m

Dado que cada elemento BS tiene una línea de fuga 315mm Num := BS

3.625m 315mm

Num = 11.508 BS

Por tanto es necesario utilizar 12 aisladores U160BS Ahora se comprobará que con esos aisladores se cumple la coordinación de aislamiento en cuanto a las tensiones normalizadas Se utiliza la norma CEI-383 El tamaño del aislador U 160BS es de 280x146mm





TEMA 4.2 - 17


Por tanto se obtienen unos valores: – A frecuencia industrial 405kV – A impulso tipo rayo 900kV Los valores normalizados son

Valores muy inferiores a los que soporta la cadena Por tanto una cadena con 12 elementos U 160BS cumple con los requerimientos en cuanto a esfuerzos mecánicos y eléctricos La longitud total de la cadena es: 12⋅ 146mm = 1.752m Hay que añadir los herrajes con acoplamiento 20 y carga de rotura similar a la cadena, mayor de 128kN Se podría realizar el mismo estudio para la cadena de suspensión, pero se suele utilizar el mismo tipo

TIPO DE AISLADORES DE VIDRIO


TEMA 4.2 - 18


Existen otros tipos de elementos aisladores para diferentes aplicaciones Aerodinámicos, recomendado para

zonas desérticas, al no tener enervaduras donde se puedan depositar residuos

Esféricos , Dificulta el deposito de

residuos y facilita la autolimpieza con agua de lluvia

AISLADORES COMPUESTOS


TEMA 4.2 - 19

•

• • •

• •


Tiene un núcleo de resina epoxi reforzada con fibra de vidrio, unas terminaciones de material metálico (aluminio o acero) y un recubrimiento exterior de goma silicona Norma UNE-EN 61466-1 y 61466-2 define las características de estos aisladores Normalmente se emplean en condiciones de polución alta o gran contaminación salina Tienen ventajas en cuanto a autolimpieza del aislador con viento y agua de lluvia, ya que revestimiento de goma silicona tiene mucha hidrofobicidad, capacidad de formar gotas Su peso es muy inferior al asilamiento de vidrio, por lo que facilita las operaciones de mantenimiento y montaje El problema del envejecimiento por UV del revestimiento y rotura frágil del núcleo está siendo superado con nuevos compuestos

AISLADORES COMPUESTOS


TEMA 4.2 - 20


Está comprobado que la hidrofobicidades muy importante para un comportamiento fiable en ambientes contaminados

HIDROFOBICIDAD

Comportamiento hidrofílicode la superficie

Comportamiento hidrófobo de la superficie

AISLADOR COMPUESTO (UNE-EN 61466-1)


TEMA 4.2 - 21

La norma UNE-EN 61466-1 define las clases mecánicas y acoplamientos extremos Normalmente se utiliza acoplamiento SB (idéntica al vidrio) En media tensión se suele utilizar YB En cuanto a las clases mecánicas (Carga mecánica especificada CME en kN) son iguales que en aislamiento vidrio El acoplamiento lo fija la norma CEI correspondiente


ACOPLAMIENTOS AISLADORES COMPUESTOS TEMA 4.2 - 22

Diferentes acoplamientos utilizados


AISLADOR COMPUESTO (UNE-EN 61466-2) TEMA 4.2 - 23


En esta norma se proporcionan las características dimensionales y eléctricas de este tipo de aisladores Para seleccionar un aislador además de la carga mecánica y el acoplamiento hay que definir la línea de fuga y la tensión soportada a impulso tipo rayo Los valores de tensiones tipo rayo son coincidentes con la tabla definida en la norma UNE-EN 60071

AISLADOR COMPUESTO (UNE-EN 61466-2) TEMA 4.2 - 24



EJEMPLO DE ELECIÓN DE AISLAMIENTO COMPUESTO TEMA 4.2 - 25

•


Si utilizamos el ejemplo anterior para un conductor 337-AL1/44-ST1A una tensión nominal de 132kV en una zona cercana al mar, ya sabemos que necesitamos una CME de 160kN y una línea de fuga mínima de mm 145kV 25 ⋅

•

kV

=

3.625m

El acoplamiento será el mismo que en el caso de vidrio, de este modo podrán ser intercambiables

El aislador elegido es CS160SB-650/3920

Soporta una tensión tipo rayo de 650kV, suficiente para la máxima tensión de la tabla 12 del RLAT

CRUCETAS AISLANTES PIVOTANTES


TEMA 4.2 - 26

Ofrecen una gran compactación de las líneas de alta tensión • Únicamente se pueden utilizar en apoyos de alineación • Se pueden repotenciar elevando la tensión líneas existentes •


ENSAYOS DE AISLAMIENTO TEMA 4.2 - 27

•


Se definen tres tipos de ensayos – De tipo: Comprueban la capacidad de un aislador dependientes de su diseño. Se realizan una vez sobre un nuevo diseño – Sobre muestras: Ensayos de recepción de muestras al azar de un lote – Individuales: Se efectúan sobre la totalidad de los aisladores en fábrica, se eliminan los defectuosos

ENSAYOS AISLAMIENTO VIDRIO


TEMA 4.2 - 28

•

La norma UNE-EN 60383-1 define los ensayos a realizar en aisladores cerámicos o de vidrio: – – – – – – – – – – – – – – –

•


A impulso tipo rayo (de tipo) A frecuencia industrial bajo lluvia (de tipo) A la perforación (sobre muestras) Eléctrico (individual) Rotura electromecánica (de tipo y sobre muestras) Rotura mecánica (de tipo y sobre muestras) Endurancia termomecánica (de tipo) Verificación del desplazamiento (sobre muestras) Verificación del sistema de enclavamiento (muestras) Resistencia a variaciones bruscas de temperatura (sobre muestras) Choque térmico (sobre muestras) Ausencia de porosidad (sobre muestras) Galvanizado (sobre muestras) Examen visual (individual) Examen mecánico (individual)

Además de los ensayos que se realizan a la cadena equipada UNE-EN 60383-2: – Tipo rayo en seco – A frecuencia industrial bajo lluvia – A impulso maniobra bajo lluvia

•

La norma UNE-EN 61211 define los ensayos de perforación con tensión de impulso en el aire

ENSAYOS AISLAMIENTO COMPUESTO UNE-EN 21909


TEMA 4.2 - 29

•

La norma UNE-EN 21909 define los ensayos a realizar en aisladores compuestos: De tipo o de diseño • Control dimensional (sobre plano) • Ensayo mecánico • Tensión frecuencia industrial en seco • Supresión brusca de carga • Termomecánico • Ensayo penetración de agua (agua hirviendo) • Inspección visual (fisuras) • Impulso frente escarpado • Tensión soportada • Ensayo carga-tiempo • Carga de rotura del núcleo • Pendiente de la curva carga-tiempo • Ensayo de revestimiento (caminos conductores y erosión) • Penetración de colorante • Impulso tipo rayo en seco • Tensión frecuencia industrial en bajo lluvia • Impulso de maniobra bajo lluvia – De muestreo • Verificación de dimensiones • Verificación de acoplamiento • Verificación de carga mecánica especificada • Galvanización – Individuales • Examen visual • Ensayo mecánico individual –


HERRAJES TEMA 4.2 - 30

• • • • •


Son los encargados de la fijación del aislamiento al apoyo por un lado y al conductor por otro Normalmente son de acero galvanizado Están sometidos a la misma tensión mecánica que los aislamientos Deben tener un coeficiente de seguridad 3 o 2,5 (Articulo 3.3) La norma UNE 207009 define los herrajes normalizados

HERRAJES SUPERIORES TEMA 4.2 - 31


Horquilla bola

Anilla bola

Horquilla

Alargadera

HERRAJES INFERIORES


TEMA 4.2 - 32


Rotulas

Grapa de amarre Grapa de suspensión

HERRAJES INTERMEDIOS TEMA 4.2 - 33


Grillete recto

Descargador raqueta

Grillete revirado Yugo

ELECCION DE HERRAJES TEMA 4.2 - 34


El herraje debe tener carga de rotura suficiente para soportar los esfuerzos mecánicos a los que será sometido El coeficiente de seguridad será 2,5 o 3 dependiendo de la comprobación mediante ensayos de la carga de rotura (Articulo 3.3) Deberá tener la misma norma de acoplamiento que el aislamiento para poder ajustarse al mismo

GRAPAS DE SUSPENSION TEMA 4.2 - 35


La grapa de suspensió n típica GS (UNE 207009) utilizada en función del diámetro del conductor

•

•

Grapa de suspensión reforzada – Cuando existe un cruzamiento (Articulo 5.3) el reglamento obliga a utilizar disposiciones adicionales: • El coeficiente de seguridad será un 25% superior • La más habitual es utilizar grapa de suspensión con varillas de protección llamada GSA

GRAPAS DE AMARRE TÍPICA TEMA 4.2 - 36

•


La grapa de amarre típica GA (UNE 207009) utilizada en función del diámetro del conductor

GRAPAS DE AMARRE DE COMPRESIÓN TEMA 4.2 - 37


Existen grapas de amarre de tipo compresión que producen mayor fiabilidad tanto eléctrica como mecánica • Son piezas tubulares que producen compresión hexagonal •

– 1 Pieza tubular AL – 2 Embolo AC galvan – 3 Derivación AL – Palas (2 o 4 tornillos)

COMPOSICION DE CADENAS


TEMA 4.2 - 38

Media tensión suspensión • Aislamiento vidrio – Horquilla bola en Y – Aislador vidrio (rótula y alojamiento de rótula) – Rotula corta – Grapa de suspensión o suspensión preformada • Se pueden utilizar alargaderas para dar más distancia RD 263/2008 •




TEMA 4.2 - 39

Media tensión suspensión • Aislamiento compuesto – Aislador compuesto acoplamiento YS – Rotula corta – Grapa de suspensión o suspensión preformada •


COMPOSICION DE CADENAS TEMA 4.2 - 40


Media tensión amarre • Aislamiento vidrio •

– Horquilla bola en Y – Aislador vidrio – Rotula – Grapa de amarre

• Adicionalmente se utiliza alargadera cumplir RD 263/2008, Longitud mayor 1metro



TEMA 4.2 - 41


Media tensión amarre • Aislamiento compuesto – Aislador compuesto acoplamiento YS – Rotula – Grapa de amarre • Se pueden utilizar alargaderas para cumplir RD 263/2008 •



TEMA 4.2 - 42

•

En alta tensión y líneas de más fiabilidad se utilizan algunas variantes: – Utilizar grillete recto y anilla de bola en lugar de horquilla en Y con mayor carga de rotura – Utilizar grapa de suspensión armada – Utilizar grapa de amarre de compresión – Utilizar descargadores – Aislamiento polimérico acoplamiento BS – No hacen falta alargaderas para cumplir RD268, con la longitud de la cadena suficiente

•

Cadena de suspensión 132kV aislamiento vidrio – Grapa de suspensión armada – Rotula corta – Aislador vidrio – Anilla bola – Grillete recto




TEMA 4.2 - 43

•

Cadena de amarre 132kV aislamiento vidrio – Grapa amarre de compresión – Grillete recto – Rotula corta – Aislador vidrio – Anilla bola – Grillete recto




TEMA 4.2 - 44

Para cadenas con dos conductores por fase se suele utilizar: • Suspensión: Una sola cadena de aisladores yugo y dos grapas • Amarre: Dos cadenas en paralelo •




vidrio

Cadenas de suspensión pivotante polimérico

Cadenas de suspensión



Cadenas de amarre







ACCESORIOS


TEMA 4.2 - 50


• Adicionalmente la línea tiene elementos con distintas funcionalidades: – Amortiguadores – Separadores – Dispositivos salvapajaros – Empalmes de compresión – Balizas

ACCESORIOS - AMORTIGUADORES CÁLCULO MECÁNICO – AISLAMIENTO Y HERRAJES TEMA 4.2 - 51

• • • •


Suelen ser del tipo Stockbrige Su misión es atenuar la vibración producida por el viento sobre los conductores Se instala en los conductores cerca del punto de engrape de la cadena El tipo, número y colocación depende de varios factores: – Longitud vano – Tipo de conductor – Tensión EDS

ACCESORIOS - SEPARADORES


TEMA 4.2 - 52

•Tienen por misión separar los conductores de la misma

fase en líneas con múltiples conductores por fase •Pueden tener amortiguamiento


ACCESORIOS - EMPALMES DE COMPRESIÓN TEMA 4.2 - 53

• • • •


Sirve para realizar empalmes en el conductor conservando la tracción de rotura Tienen un 95% de la tracción máxima del cable No se pueden utilizar en vanos con cruzamiento o más de 2 empalme por vano Utilizan compresión hexagonal

ACCESORIOS - BALIZAS LUMINOSAS


TEMA 4.2 - 54

• • • •

Su misión es señalizar el cable en entornos aeroportuarios Emiten una luz roja de diferentes intensidades Únicamente cables de potencia Existen dos tipos – Acoplamiento inductivo – LED electrónico efecto campo eléctrico (SAPREM)


DISPOSITIVOS SALVAPAJAROS


TEMA 4.2 - 55

• • •


Son otro tipo de baliza utilizado en zonas sensibles para la avifauna Es un dispositivo anticolisión de aves Suele ser de tres tipos

Bolas redondas amarillas

Espirales 1metro rojas

Tiras de neopreno negro

DISPOSITIVOS SALVAPAJAROS


TEMA 4.2 - 56


Fabricantes de herrajes: •PLP • ARRUTI •INAEL •SAPREM •MADE Fabricantes de Aisladores: •SGD la granja •FCI (CATALOGO)

COTECSA

Calculo de Aisladores

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