Libro Alta Tension

CAPITULO 1

SISTEMA ELECTRICO • DEFINICIÓN: Es el conjunto de máquinas, de aparatos, de barras y de líneas que constituyen un circuito que tiene determinada tensión nominal. • TENSIÓN NOMINAL DE UN SISTEMA: Es el valor de la tensión con la cual el sistema es denominado, y a la cual se refieren sus características. En los sistemas trifásicos se considera como tensión nominal la compuesta o de línea. • TENSIÓN MÁXIMA DE UN SISTEMA: Es la tensión más elevada (expresada en valor eficaz para los sistemas en corriente alterna) que puede presentarse en cualquier momento y en cualquier punto del sistema en condiciones regulares de servicio.

ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN

Ing. Santiago Moscoso - UCACUE 1

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS ELECTRICOS • Los sistemas eléctricos pueden clasificarse por su nivel de tensión y en la jerga se utiliza

la siguiente división - Baja tensión hasta 1.000 V. - Media tensión hasta 36 kV, algunos consideran valores más altos (72,5 Kv) - Alta tensión hasta 245 o 300 kV. - Muy alta tensión, por encima de los 300 362 kV. Los límites de la clasificación no son estrictos, dependen de criterios y de normas.

INSTALACIÓN ELÉCTRICA • DEFICICIÓN: es un conjunto orgánico de construcciones y de instalaciones destinadas a alguna de las siguientes funciones: Producción, conversión, transformación, Regulación, repartición, transporte, Distribución, utilización de la energía eléctrica. CLASIFICICACIÓN: • INTERIOR: si está contenida en locales que la reparan de los agentes atmosféricos. • EXTERIOR: En los restantes casos. PLANTA ELÉCTRICA • DEFINICIÓN: es el conjunto de locales y/o áreas encerradas en un único cerco, se trata de instalaciones eléctricas destinadas a producción, conversión, transformación, regulación, repartición de la energía eléctrica, etc.



CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS POR SU FUNCIÓN • Centrales eléctricas. Destinadas a producir energía eléctrica. • Estaciones eléctricas: conectadas a sistemas en los cuales al menos uno debe considerarse de alta tensión. • Elementos de Transporte: Son los encargados de trasladar la energía eléctrica desde la planta de generación hasta los dispositivos de d e consumo. • Consumo: es una instalación eléctrica que incluye aparatos utilizadores con conexión fija, los correspondientes circuitos de alimentación, y también los circuitos fijos destinados a alimentar tomas. CENTRALES DE GENERACIÓN • DEFINICIÓN: Se define como instalaciones cuyo fin es generar electricidad aprovechando recursos tanto renovables como no renovables TIPOS NO RENOVABLES • Térmica • Nuclear de fisión

RENOVABLES • Nuclear de fusión • Solar fotovoltaica • Solar térmica • Hidráulica • Eólica • Mareomotriz • Geotérmica

CENTRALES DE GENERACION NO RENOVABLE. CENTRALES TERMICA • FUNCIONAMIENTO: Es aquella que aprovecha la energía térmica tanto del carbón, como del petróleo o el gas natural para convertir en vapor de agua de alta presión y así mover la turbina que más tarde generará la corriente eléctrica.



CENTRALES TERMICAS VENTAJAS E INCONVENIENTES.

CENTRALES NUCLEAR DE FISIÓN FUNCIONAMIENTO: Una central nuclear de fisión está controlada por el Uranio [235], que al ser bombardeado por neutrones libera una gran cantidad de energía que se usa en la planta nuclear para convertir agua en vapor. Con este vapor se mueve una turbina que genera electricidad

CENTRALES NUCLEARES DE FISIÓN VENTAJAS E INCONVENIENTES.



CENTRALES DE GENERACION RENOVABLE. CENTRALES NUCLEAR DE FUSIÓN FUNCIONAMIENTO: Una central nuclear de fusión utiliza el átomo de deuterio (H2) con un átomo de tritio (H3) estos liberarían cientos de veces más calor que en la fisión, por lo que la energía que se podría obtener sería casi ilimitada; por desgracia, para lograr este tipo de fusión se necesitan las condiciones extremas que se dan en el núcleo del Sol (millones de grados centígrados y miles de atmósferas de presión) lo que hacen casi imposible obtener energía por fusión nuclear, además estas no contaminarían nuestro ambiente, lo que convertiría este tipo de obtención de energía en la más perfectas de todas si exceptuamos el inconveniente de las condiciones extremas.

CENTRALES NUCLEARES DE FUSIÓN VENTAJAS E INCONVENIENTES.

CENTRALES SOLAR FOTOVOLTAICA FUNCIONAMIENTO: La energía fotovoltaica está basada en el aprovechamiento del efecto fotovoltaico: “se produce una fuerza electromotriz por la absorción de la luz en un material semiconductor, semiconductor, la energía recibida provoca el movimiento de los electrones en el interior del material. Cuando sobre una célula fotovoltaica inciden los rayos procedentes del Sol, se produce una tensión eléctrica similar a la existente en los polos de una batería.”



CENTRALES SOLARES FOTOVOLTAICAS VENTAJAS E INCONVENIENTES

CENTRALES SOLAR TÉRMICA FUNCIONAMIENTO: Una central solar térmica usa el calor procedente de los rayos del sol para calentar unos conductos de agua que, al convertirse en vapor, hará girar una turbina que, más tarde, generará energía eléctrica. Su funcionamiento es simple: “una serie de espejos reflejan la luz procedente del sol en un solo punto (normalmente un depósito de agua) al que elevan su temperatura temperatu ra obteniendo el vapor de agua.”



VENTAJAS E INCONVENIENTES

CENTRALES HIDRÁULICAS FUNCIONAMIENTO: Son las denominadas presas o embalses. Este tipo de central eléctrica aprovecha la energía cinética del agua cuando esta posee una gran presión. En estas centrales directamente el agua es la que mueve las turbinas. Este movimiento se obtiene gracias a que el agua que proporciona el movimiento mecánico a la turbina posee una energía cinética muy alta, como consecuencia del peso de toda el agua que hay encima.

•



CENTRALES EÓLICAS • FUNCIONAMIENTO: Son de sencillo funcionamiento, este tipo de centrales utiliza la energía del viento para mover las aspas de unos molinos y así transmitir ese movimiento de rotación a un generador. Esos molinos de viento son altas torres con 3 o más aspas, en cuyo interior se encuentra un generador. Todos los molinos de viento están conectados a un acumulador común.



CENTRALES MAREOMOTRIZ FUNCIONAMIENTO: Una central mareomotriz es aquella que usa la fuerza de las mareas del mar para obtener el movimiento giratorio de una turbina que se transforma en energía eléctrica. Son turbinas de giro reversible (tanto derecha como izquierda) que obtienen movimiento cuando la marea sube o baja.

CENTRALES GEOTÉRMICA FUNCIONAMIENTO: Las centrales geotérmicas usan el calor interno de la Tierra para transformar el agua en vapor de agua y así poder mover una turbina que generará energía eléctrica.



ESTACIONES ELÉCTRICAS (SUBESTACIONES) • Las estaciones eléctricas pueden tener las funciones de: – conversión, – transformación, – regulación, – repartición de energía eléctrica. Hay estaciones que tienen transformación, en tal caso se tienen dos o más sistemas de tensiónes distintas. Hay estaciones que tienen un solo sistema, de una sola tensión nominal, y su función es interconexión.

ELEMENTOS DE LAS SUBESTACIONES Los equipos directamente relacionados con las magnitudes eléctricas en juego en la Estación, son llamados equipos principales y son:

ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 10

Ing. Santiago Moscoso - UCACUE

SIMBOLOGIA

INTERRUPTOR El interruptor es un aparato de maniobra mecánico, capaz de establecer, conducir e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito; y también de establecer, conducir por un tiempo determinado, e interrumpir corrientes en determinadas condiciones anormales como las de cortocircuito. Este es el aparato que ha sufrido mayores evoluciones y cambios en sus principios de funcionamiento, casi podríamos decir que es como si hubiese habido modas. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 11


Los medios de interrupción aire (comprimido), aceite, gas SF6, vacío.

• El interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una

parte del sistema eléctrico, tanto en condiciones de operación normal (máxima carga o en vacío) como en condición de cortocircuito. • La operación de un interruptor puede ser manual o accionada por la señal de un relé encargado de vigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está conectado. • Existen diferentes formas de energizar los circuitos de control. Para obtener una mayor

confiabilidad, estos circuitos se conectan a bancos de baterías. Este tipo de energización, sí bien aumenta los índices de confiabilidad, también aumenta el costo y los requerimientos de mantención exigidos por las baterías. Las tensiónes más empleadas por estos circuitos son de 48 y 125 V. También es común energizar estos circuitos de control, a través de transformadores de servicios auxiliares, conectados desde las barras de la central generadora o subestación. Los principales puntos a considerar cuando se selecciona un interruptor son: – Máxima tensión de operación en el sitio. – Altura de la instalación sobre el nivel del mar. – Máxima corriente de operación que se presenta en la instalación. – Frecuencia del sistema. – Duración de la corriente de cortocircuito. – Ciclo de maniobra. – Condiciones particulares de operación y climáticas.

Las ventajas de interruptores con Hexafloruro de azufre (SF6) son: – Después de apertura de contactos, los gases ionizados no escapan al aire, por lo cual no se produce ningún ruido. – Alta rigidez dieléctrica (tres veces la del aire). – El gas es estable. – Enfría el arco producido por la interrupción. – Buena conductividad térmica. – La presión empleada es una fracción de la empleada en los interruptores neumáticos. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 12


Las desventajas de los interruptores con Hexafloruro de azufre (SF6) son: – El gas se licúa a presiones superiores a 3.5 bar y a temperaturas menores a – 40°c. 40°c. – Si existe humedad en el interior y se ocasiona un arco, esta combinación producirá gases tóxicos que deterioraran la porcelana y las boquillas.

INTERRUPTOR TRIFÁSICO DE GRAN VOLUMEN DE ACEITE

INTERRUPTOR TRIFÁSICO DE PEQUEÑO VOLUMEN DE ACEITE

Fig. a) Interruptor de pequeño volumen de aceite Fig. b) Esquema de la cámara de extinción



INTERRUPTOR DE SF6

Fig. MODULO DE UN POLO DE UN INTERRUPTOR DE AUTOSOPLADO EN SF6

SECCIONADORES Aparato mecánico de conexión que asegura, en posición abierta, una distancia de seccionamiento que satisface condiciones especificadas. Un seccionador es capaz de abrir y de cerrar un circuito cuando se establece o interrumpe una corriente de valor despreciable, o bien no se produce ningún cambio importante de la tensión entre los bornes de cada uno de los polos del seccionador. Es también capaz de conducir corrientes en las condiciones normales del circuito, y de soportar corrientes por un tiempo especificado en condiciones anormales como las de cortocircuito.

Un desconectador o seccionalizador es un dispositivo de apertura, que debe operar siempre con el circuito desenergizado. Debido a que este equipo no está diseñado para cortar corrientes de falla, se utiliza siempre aguas arriba de un interruptor de potencia para aislar sistemas, para poder realizar mantenciones preventivas o programadas.



CLASIFICACIÓN DE LOS SECCIONADORES • Por el plano en que se mueven las cuchillas: – vertical, – Horizontal • Por la distancia de seccionamiento, • Por la disposición: – vertical u – Horizontal • Por el número de columnas de aisladores que tienen por polo: – dos columnas o – tres columnas, • Por la posición relativa de los polos: p olos: – diagonal, – paralelos, – en fila india.

CLASIFICACIÓN DE LOS SECCIONADORES - Seccionador aéreo para media tensión

- Seccionador fusible modular



- Seccionador común usado en distribución

- Cuchilla del seccionador

SECCIONADOR DE PUESTA A TIERRA • El seccionador de puesta a tierra, tiene la función de conectar a tierra parte de un circuito. • El seccionador de tierra generalmente está asociado a un seccionador principal. • Normalmente este seccionador cortocircuita un aislador de soporte del seccionador principal al que se encuentra asociado.

TRANSFORMADORES DE MEDICION • Los transformadores de medición están destinados a alimentar instrumentos de medida,

indicadores, registradores, integradores, relés de protección, o aparatos análogos. • Según la magnitud en juego se clasifican en: – Transformadores de Tensión y – Transformadores de Corriente.

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE TC’s

• Los transformadores de corriente presentan una corriente secundaria cuyo módulo es

prácticamente proporcional a la corriente primaria y que difiere en fase en un ángulo próximo a cero. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 16


• Los hay de distintas formas constructivas para alta tensión, para media tensión del tipo

pasabarra o pasacable, o bobinados. bob inados.

TIPOS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE TC’s

TIPOS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE TC’s

Fig. a) Tipo tubular para tensiónes entre 6.6 y 23KV Fig. b) Tipo barra plana, aislado con resina sintética, para media tensión



TRANSFORMADORES DE TENSIÓN • Es un transformador en cuyo secundario, en condiciones normales de uso se tiene una tensión cuyo módulo es prácticamente proporcional a la tensión primaria, y que difiere en fase en un ángulo próximo a cero. • En alta tensión se encuentra conectado entre fase y tierra, y sólo se construyen hasta tensiónes de 72.5 kV en el primario.

DESCARGADORES • El descargador es un aparato destinado a proteger el material eléctrico contra

sobretensiónes transitorias elevadas y a limitar la duración y frecuentemente la amplitud de la corriente subsiguiente. • Modernamente se han impuesto los descargadores de óxido de cinc.



CAPACITOR DE ACOPLAMIENTO • Tiene la función de acoplar los sistemas de telecomunicaciones en alta frecuencia a las líneas aéreas de alta tensión, que de esta manera actúan como soporte de comunicaciones.

• Los transformadores de tensión capacitivos pueden cumplir las funciones de

transformador de tensión y de capacitor de acoplamiento para las altas frecuencias que sostienen la comunicación.

BOBINA DE BLOQUEO • La bobina de bloqueo, también llamada Trampa de Onda, es un dispositivo destinado a ser

instalado en serie en una línea de alta tensión. Su impedancia debe ser despreciable a la frecuencia de la red, de manera de no perturbar la transmisión de Energía, pero debe ser selectivamente elevada en cualquier banda de frecuencia utilizable para la transmisión por onda portadora.



BOBINA DE BLOQUEO • El equipo consiste en un inductor principal, un dispositivo de protección, descargador, y

un dispositivo de sintonización.

AISLADORES

• Los aisladores son dispositivos que sirven para mantener un conductor fijo, separado y

aislado de partes que en general no están bajo tensión (a tierra). • Los aisladores que sirven para que un conductor atr aviese aviese una pared se denominan pasamuros. Se los denomina pasatapas cuando atraviesan la cuba de un transformador trans formador o la celda metálica de una instalación blindada.

COMPONENTES DE UN AISLADOR

TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • En las estaciones de transformación la parte más importante está ciertamente representada por los transformadores, tanto por la función que ellos desarrollan como por su costo respecto a las otras partes de la instalación.



TIPOS DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA • Los transformadores pueden dividirse en dos grupos: grupo s: – Los transformadores secos: tienen la parte activa en contacto directo con un medio aislante gaseoso (generalmente aire) o con un medio aislante sólido (resinas, materias plásticas, etc.) la potencia y tensión de las maquinas de este es te tipo es todavía limitada. – Los transformadores en aceite: tienen en cambio las partes activas inmersas en aceite mineral y para estas máquinas no existen prácticamente límites en la potencia y las tensiónes. Se construyen máquinas de varios centenares de MVA y para tensiónes superiores a los 500 kV.



LÍNEAS DE ALTA TENSIÓN • La función de las líneas eléctricas es transmitir energía entre dos puntos en forma técnica

y económicamente conveniente, para lo cual se busca optimizar las siguientes características: – resistencia eléctrica, ligada a las pérdidas – resistencia mecánica, ligada a la seguridad – costo limitado, ligado a la economía • Esencialmente la línea debe estar formada por conductores, como es necesario mantenerlos a distancia del suelo y entre sí, la construcción de soportes, torres es la solución para sostenerlos mediante aisladores. • Los soportes pueden ser metálicos o de hormigón, aptos para soportar una o dos ternas. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 22


SOPORTES DE LÍNEAS DE ALTA TENSIÓN

SOPORTES Su función es mantener a los conductores alejados entre sí y con el suelo para evitar arcos entre conductores o problemas debajo y al lado de los mismos. La naturaleza de los soportes es muy variada, en los Sistemas de Transmisión suelen usarse estructuras metálicas, de concreto, de fibra o de madera tratada, y su selección depende de: 1. análisis económico, 2. las condiciones climáticas del lugar y 3. las condiciones geográficas del lugar.

La materia prima de las estructuras ha sido siempre una respuesta a las facilidades de los recursos naturales a lo cual ha desarrollado técnicas muy particulares en cada país; siempre con el objetivo de mejorar la relación costo – beneficio.



Los soportes deben ser resistentes a los agentes externos tales como: 1. Vientos, 2. Nieve, 3. Lluvia, etc. Y además de estos brindar facilidad para el montaje (instalación).

POSTES Soportes de poca altura, de cuerpo vertical único; tales como: postes de madera tratada y de hormigón armado, y algunas veces también los postes metálicos de gruesos perfiles; los postes se utilizan más para líneas de media tensión (distribución).

Los postes metálicos se usan en redes y líneas de subtransmisión, principalmente porque su fabricación es económica aunque su desventaja es la limitación de su altura.

Los postes de madera tratada resulta de aplicación prácticamente nula, por: 1. su rápido envejecimiento, 2. su importante impacto ambiental, 3. su pobre resistencia mecánica, 4. su falta de uniformidad (impacto estético) 5. Bastante pesados (difícil traslado)



El concreto ha tenido gran auge en todo el mundo ya que mejoran la resistencia a los esfuerzos mecánicos aunque siguen siendo bastante pesados; difícil traslado.

TORRES Con el nombre de torres, se denomina a los soportes metálicos de elementos ensamblados, destinados casi en su totalidad a líneas de transmisión y subtransmisión de energía en alta y muy alta tensión.

Los diferentes miembros se unen con tornillos también galvanizados, y en los puntos de concurrencia de varios perfiles se utilizan piezas planas o que forman ángulos llamadas carteleras.

CLASIFICACIÓN DE LOS SOPORTES Los soportes pueden ser clasificados según: ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 25


1. Habilitación 2. Tipo de fundación utilizada 3. Amplitud para resistir esfuerzos mecánicos.

CLASIFICACIÓN DE LOS SOPORTES En los soportes según la habilitación utilizada se distinguen dos grandes clases: 1. Sistema de Fases Escalonadas 2. Sistema de Fases Horizontales

FASES ESCALONADAS En este tipo de torres los conductores se disponen a niveles de altura diferentes. Distinguiéndose las torres de triángulo, de bandera, de doble bandera y de doble triángulo, siendo estas las de mayor uso.

Este tipo de soportes presentan la ventaja de facilitar el empleo de estructuras isostáticas, permitiendo obtener generalmente cargas iguales, es el tipo de estructura más económica.



FASES HORIZONTALES La disposición de las fases en capa horizontal implica la utilización de dos cables de guarda, los cuales se disponen a ambos lados del eje de la viga, y generalmente desviados hacia las fases exteriores.

Este tipo de soporte conduce a estructuras de menor altura, que la disposición de las fases en varios niveles, reduciendo el riesgo de excitación; además que el riesgo por efectos del viento son menores en la disposición horizontal.

CLASIFICACIÓN DE LOS SOPORTES SEGÚN EL TIPO DE FUNDACIÓN UTILIZADO, La fundación es la estructura de obra civil, encargada de realizar el sustento en el suelo del soporte, de acuerdo al tipo de ellas pueden clasificarse en: 1. Soporte de fundación simple o única (fundación monópoda) 2. Soporte de fundación doble (fundación bípoda) 3. Soporte de fundaciones separadas o independientes (fundación tetrápoda) Soporte de fundación simple o única (fundación monópoda) Son fundaciones especialmente utilizadas para postes pequeños, por lo general de hormigón.



Soporte de fundación doble (fundación bípoda) Es una transición a las fundaciones tetrápodas, se orientan a grandes estructuras con mayores dimensiones.

Soporte de fundiciones separadas o independientes (f u ndaci ón tetrá tetr ápoda) Es la fundación más adelantada, esta fundación solo experimenta esfuerzo a la compresión y arrancamiento, siendo secundario los de volteo, son especialmente utilizadas en grandes torres, pero plantea problemas delicados en terrenos de calidad dudosa (terraplaneados recientes, arcillosos, etc.), pero son muy fuertes.

CLASIFICACIÓN DE LAS TORRES SEGÚN SU RESISTENCIA A LOS ESFUERZOS LONGITUDINALES De acuerdo a su resistencia a los esfuerzos longitudinales las torres se clasifican en tres tipos principales de estructuras y estas son: 1. Torres semirrígidas 2. Torres rígidas 3. Torres flexibles



Torres Semirrígidas Poseen pocos o nulos esfuerzos longitudinales, por economía poseen torres de sección rectangular sin existir una justificación técnica precisa.

Torres Rígidas. La rigidez de la estructura debe responder a condiciones precisas, deben ser diseñadas para satisfacer hipótesis determinadas de esfuerzos longitudinales y transversales, y otras tensiónes simultáneas.



Torres Flexibles. Es una estructura con un campo de deformaciones elásticas mayor a las anteriores estructuras rígida y semirrígida. Es este tipo la estabilidad del conjunto está ligada estrechamente a la conservación de las formas geométricas elementales de cada una de las partes de la estructura. Son especialmente utilizadas en vanos cortos y en terrenos de poca variación en su declive.

TIPOS DE LÍNEAS DE ALTA TENSIÓN.

CARACTERÍSTICAS DE LAS LÍNEAS DE ALTA TENSIÓN • Las características de las líneas que son de mayor importancia son: – su longitud y – su tensión. • Los parámetros eléctricos de importancia para observar su comportamiento en la red son: – resistencia, – reactancia inductiva y – capacitancia derivación. • A veces las líneas tienen cables de guarda, estos apantallan los conductores, protegiéndolos de descargas atmosféricas directas (rayos), recientemente han h an comenzado a difundirse cables de guarda con fibra óptica que se utiliza como vector de transmisión de información entre las estaciones que une la línea. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 30


LÍNEAS DE ALTA TENSIÓN.

DISTRIBUCIÓN • Se denomina distribución primaria la que se realiza en una tensión más elevada llegando a

los primarios de los transformadores, y distribución secundaria la que se realiza desde el secundario.

CABLES • Por cable eléctrico se entiende un conductor uniformemente aislado (o un conjunto de

más conductores uniformemente aislados y reunidos) generalmente provistos con un revestimiento de protección. Se deben considerar bajo esta denominación distintos productos que van de los cables destinados a las redes de d e transmisión y de distribución a los cables de pequeñas dimensiones.



CABINAS DE TRANSFORMACIÓN. • Los centros donde se transforma energía de media a baja tensión reciben esta

denominación, la asociación de equipos incluye tablero de media tensión, transformador y tablero de baja tensión. • En general son estaciones pequeñas de transformación con potencias nominales de hasta 630 kVA que encuentran aplicación en zonas residenciales, en edificios y en la industria. • La estación pequeña de transformación constituye una unidad cerrada, compuesta por un armario de alta tensión, el recinto del transformador y un armario de baja tensión, estos componentes están cubiertos por un techo común. Esta estación, se puede instalar a la intemperie o en interiores.

TABLEROS DE DISTRIBUCIÓN – CENTROS DE POTENCIA • Los aparatos de maniobra, de interrupción, de comando y de medición en tensiónes

medias y bajas, se encuentran reunidos y distribuidos en forma racional en tableros, con todas las conexiones de potencia (barras) y auxiliares (cableado) realizadas. • En el concepto moderno un tablero debe ser: – robusto, – apto para soportar todas las solicitaciones mecánicas, térmicas y eléctricas que se

presentan en el servicio; – debe garantizar la ejecución de las operaciones de servicio y mantenimiento, – debe ofrecer la máxima seguridad para la protección de las personas contra partes en tensión o en movimiento. – debe ser de construcción flexible, modular y normalizada, para permitir ampliaciones y/o modificaciones que pudieran ser requeridas durante su vida.



PAD MOUNTED DEFINICIÓN. Es un transformador de distribución en el cual incluye dispositivos de control, protección y medición dentro de un solo encapsulado. CARACTERISTICAS: • Acceso frontal • Ingreso y salida de cables vía subterránea • Son montados sobre una base de concreto • Debe prestar facilidades para su reubicación • Incluye control y protección dentro de un solo armario

APLICACIONES 1. Acometidas en media tensión en red es subterráneas 2. Turbinas de viento 3. Para clientes especiales con carga elevada 4. Para centros comerciales, industrias, instituciones gubernamentales, etc. COMPENSACIÓN • Las cargas en general son inductivas, si observamos una carga cualquiera en la red

eléctrica podemos representarla por P + jQ, circuitalmente con una resistencia y una reactancia (inductiva) en paralelo. • La corriente que alimenta la carga es proporcional a la potencia aparente , ya hemos visto que las pérdidas de transmisión (en la línea que alimenta la carga) dependen del cuadrado de la corriente (y para dada tensión) del cuadrado de la potencia aparente. • Una forma de reducir las perdidas en la distribución es reducir A, y como la potencia activa P es la que exige la carga, la única posibilidad es reducir Q. • En paralelo con la inductancia de la carga, se pone un capacitor, en esta forma se cambia la potencia, y el factor de potencia que ve la red de distribución, que ahora será: P + j (QQc) • El distribuidor de energía empuja a los usuarios (a través de tarifa con multas y

sobreprecios) a que compensen el factor de potencia (cosj (COSFI)) de sus cargas, en esta forma se reducen pérdidas en la red, y se dispone de más capacidad de transporte, pudiendo postergarse inversiones que el crecimiento de d e la carga exige.

COMPENSACIÓN La presencia de capacitores en la red, exalta algunos fenómenos de armónicas, cuyo origen está en las cargas cada vez más controladas mediante electrónica de potencia. Las fuentes de corrientes armónicas, que se generan en las cargas y tienden a ir hacia los generadores, deformando la tensión, y perturbando a las otras cargas, en lo que se llama empeoramiento de la calidad de servicio.



FUNDAMENTO DEL USO DE TENSIÓNES ELEVADAS. Cuando se deben transmitir grandes potencias desde la generación hasta los centros de consumo, es necesario el uso de tensiónes elevadas. Los elementos más importantes de alta tensión de una instalación son: DEL LADO DE GENERACIÓN: generador (G), barras (SS), transformador (Tr) e interruptor (S) DEL LADO DE CONSUMO: la línea de transmisión y nuevamente un transformador, interruptor y barras del lado de consumo. La corriente se conduce a través de conductores metálicos. Por lo tanto se producen pérdidas, entre las cuales la pérdida por efecto Joule es la más importante.

FUNDAMENTO DEL USO DE TENSIÓNES ELEVADAS. • La pérdida por el efecto Joule resulta: • Esta expresión muestra que la pérdida Joule de una línea es proporcional al cuadrado de la

potencia a ser transmitida P, P , y a la resistencia resis tencia óhmica ó hmica R de la línea, además, inversamente proporcional al cuadrado de la tensión U y al factor de potencia cos j . • Las pérdidas, por motivos económicos, no deben superar un determinado porcentaje de la potencia a ser transmitida. De esta expresión surge que la conclusión más eficaz es la elevación de la tensión a utilizar. • Con una elevación de la tensión, también, se eleva el costo de la instalación. Por eso es necesario, al proyectar una instalación de transmisión de potencia, considerar todas estos aspectos que inciden en el costo del sistema de transmisión. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 34


CAPITULO 2 INSTALACIONES DE ALTA TENSIÓN DE CORRIENTE CONTINUA

Historia: • Los inicios de la electricidad se encuentran en los sistemas de corr iente iente continua (CC),

pero la facilidad de trasformación y transporte de la corriente alterna (CA) fomentó f omentó su uso e instalación a gran escala. No fue hasta la segunda mitad del siglo XX que la investigación con semiconductores permitió el desarrollo de la electrónica de potencia y con ello la posibilidad de convertir la corriente alterna en continua y viceversa con dispositivos sin partes móviles y altos rendimientos. • Esta tecnología se conoce como HVDC ( High-Voltage High-Voltage Direct current ), ), en Castellano, Alta Tensión en Corriente continua. Su evolución ha permitido aumentar las potencias, hoy existen líneas de transmisión con potencias alrededor de 3000MWy 800kV en China e India.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS S ISTEMAS HVDC Las principales ventajas de los sistemas HVDC son: – Mínimas perdidas en líneas de transporte. – Posibilidad del control total de potencia activa. – Pérdidas menores en líneas en corriente continua comparado con la misma potencia en corriente alterna. – Menor magnitud del efecto corona. – Eliminación de las pérdidas por capacidad entre conductores. Las principales desventajas son: – Alto costo de los equipos de conversión. – Imposibilidad del uso de transformadores para variar la tensión. – Generación de armónicos en el lado de corriente alterna. – Obligación de tener un generador de reactiva. – Requerimiento de controles complejos. APLICACIONES DE LOS SISTEMAS HVDC • Las aplicaciones más usuales de los sistemas de corriente continua se basan en

aplicaciones donde el uso de corriente alterna no es técnicamente o económicamente viable. Las aplicaciones principales son: ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 35


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Líneas de transporte de potencia a largas distancias. Transmisión de potencia en entornos marinos o subterráneos. Conexión de sistemas eléctricos asíncronos. Estabilización del sistema eléctrico

APLICACIONES DE LOS SISTEMAS HVDC 1. Líneas de transporte de potencia a largas distancias. A partir de una cierta distancia, situada entre 400 y 700km, las pérdidas por corrientes parásitas y el coste de una línea de corriente corr iente alterna superan a los de una línea de corriente continua, por eso se utilizan instalaciones HVDC. Un ejemplo podrían ser las líneas de corriente continua que conectan la presa de las tres gargantas con distintas ciudades en China, las líneas están alrededor de 3000MW y longitudes alrededor de 900km. 2. Transmisión de potencia en entornos marinos o subterráneos. En corriente alterna las pérdidas de las líneas subterráneas o marinas son considerables debido a la capacitancia de los conductores. Para eliminar este tipo de pérdidas se utilizan sistemas que trabajen en corriente continua. Ej. La línea que cruza el canal de la Manga que une el Reino Unido y Francia con una longitud de 70km y una potencia de 2000MW. 3. Conexión de sistemas eléctricos asíncronos. En distintas zonas del mundo, las redes eléctricas colindantes trabajan a distinta frecuencia, para poder unirlas se utilizan estaciones convertidoras, que mediante convertidores modulan la tensión y la corriente a la frecuencia óptima. Esta configuración es conocida como bact-to-back. Ej. La conexión entre Paraguay y Brasil con una potencia de 55MW. 4. Estabilización del sistema eléctrico. En grandes sistemas eléctricos, el flujo puede verse inestable bajo ciertas condiciones transitorias, para facilitar el control de estas situaciones se instalan enlaces en corriente continua que permiten un rápido control de la potencia. UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCA FACULTAD DE ING. ELÉCTRICA EL ÉCTRICA COSTOS DE LOS SISTEMAS HVDC • Los sistemas HDCV, solo es viable en proyectos donde la distancia sea larga o las perdidas sean considerables. (400 y 700 km (dependiendo de las condiciones)). Esto se debe a la eliminación de las perdidas por reactancias que existen a lo largo del trazado. • También colabora el hecho de la eliminación de cómo mínimo un conductor y • La reducción del tamaño de la torre, que hace el costo incrementar.



CONFIGURACION DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN.

• Como la corriente alterna y la corriente continua son de distinta naturaleza se requiere del

uso de dispositivos que permita pasar de un tipo de corriente al otro, estos dispositivos son conocidos como convertidores. • Los convertidores que permiten el paso CA/CC son conocido como rectificadores, los que permiten el paso CC/CA son conocidos como inversores. inversores . • Las instalaciones donde se encuentran estos dispositivos se denominan centros de conversión. A parte, de los convertidores encontramos otros elementos como los filtros o el transformador de conversión • Como la corriente alterna y la corriente continua son de distinta naturaleza se requiere del uso de dispositivos que permita pasar de un tipo de corriente al otro, estos dispositivos son conocidos como convertidores. • Los convertidores que permiten el paso CA/CC son conocido como rectificadores, los que permiten el paso CC/CA son conocidos como inversores. inversores . • Las instalaciones donde se encuentran estos dispositivos se denominan centros de conversión. A parte, de los convertidores encontramos otros elementos como los filtros o el transformador de conversión • Los convertidores no pueden ser conectados directamente entre las dos redes ya que su uso genera una gran cantidad de armónicos. Por esta razón se tienen que instalar filtros en las redes de AC y DC. • También se requiere de un transformador para adecuar la tensión de red a los niveles requeridos para el buen funcionamiento del convertidor. Asimismo, proporciona aislamiento galvánico entre la red y el convertidor.



TOPOLOGÍA DE CONEXIONES Y REDES EN HVDC. Topología Monopolar: consiste en la utilización de un único conductor para transmitir potencia entre una estación de conversión y otra, realizando el retorno mediante los electrodos de las subestaciones conectados a tierra. • Este tipo de conexión supone un ahorro en el cable conductor pero se tiene que tener presente que no siempre es recomendable su uso, especialmente cuando las pérdidas por la tierra son muy grandes o no se puede instalar por razones medioambientales. En estos casos se puede instalar un retorno metálico.

TOPOLOGÍA MONOPOLAR

Topología bipolar: consiste en el uso de dos conductores, uno trabajando con polaridad positiva y otro con polaridad negativa transmitiendo la misma potencia simultáneamente. • El uso de esta conexión permite que en condiciones normales de operación la corriente de retorno sea cero, ya que al aplicar la primera ley de Kirchhoff las intensidades, provenientes de la línea con polaridad positiva y de la línea con polaridad negativa se anulan. • En el caso en que una línea entre en falla o tenga programadas operaciones de mantenimiento, la otra se puede operar como una línea monopolar con retorno por la tierra.



CONFIGURACIONES DEL SISTEMA HVDC Estas configuraciones vienen fijadas por el uso y aplicaciones que hasta hoy han tenido las redes en corriente continua, y estas son: 1. Punto a punto 2. Back-to-back 3. Multiterminal 3.1. Serie 3.2. Paralelo 3.3. Híbrido Punto a punto: La configuración punto a punto, es la tipología más utilizada para conectar dos puntos lejanos mediante una línea de corriente continua. Esta instalación consiste en dos estaciones convertidoras conectadas mediante una línea de transmisión. Debido a las aplicaciones de la tecnología hasta día de hoy, es la configuración más extendida hasta el momento.

Back-to-back: Es la conexión utilizada para conectar dos sistemas asíncronos (a distinta frecuencia). La instalación consiste en la interconexión de dos convertidores situados en la misma estación convertidora, uno para cada sistema eléctrico. La interconexión se realiza mediante un enlace en corriente continua, sin la necesidad de una línea de transmisión.

Multiterminal: Consiste en la conexión de tres o más conversores separados geográficamente. Este tipo de configuración presenta las bases para crear el concepto de bus de transmisión en corriente continua. Existen dos tipos de conexiones multiterminales: 1) Paralelo: que consistente en la interconexión de los convertidores en paralelo, así cada uno vería la misma tensión, 2) Serie: donde se conectarían los convertidores en serie. 3) Hibridas: combinado serie y paralelo.



TECNOLOGÍA DE CONVERTIDORES HVDC Existen 2 tecnologías: a. Tecnología de convertidores LCC (Line Commutated Converter) “Conmutadores conmutados de línea”): b. Tecnología VSC (Voltage Source Converter) “Conmutadores de Fuente de voltaje”

Tecnología de convertidores LCC (Line Commutated Converter): Esta se basa en el uso de la conmutación natural, originalmente se usaban válvulas de mercurio pero mercurio pero durante los años 70, la evolución y aumento de las potencias y tensiónes de los dispositivos semiconductores permitió sustituir las válvulas por tiristores. El empleo de tiristores permite el control del momento del disparo del tiristor pero no del apagado. Como consecuencia de esto, los rectificadores LCC permiten controlar la potencia activa pero no la reactiva. UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCA FACULTAD DE ING. ELÉCTRICA EL ÉCTRICA Tecnología de convertidores LCC (Line Commutated Converter): Para el rectificado en las estaciones de conversión con tecnología LCC, suelen usarse dos rectificadores de seis tiristores conectados a dos transformadores cuyos devanados están desfasados 30º entre si, denominando a esta configuración rectificador de doce pulsos. Esta configuración se destaca por reducir por reducir la distorsión armónica. También se requieren filtros en el lado de continua como en el de alterna para minimizar el efecto de los armónicos en la red. Al mismo tiempo, se requiere una fuente de reactiva en el lado de alterna para asegurar un buen funcionamiento de la estación convertidora.



Tecnol ogía VSC (Vol (V oltage tage Sou Sourr ce Con Conve verr ter): ter) :

Tecnol ogía VSC (Vol (V oltage tage Sour Sour ce Con Conve verr ter): ter) : Se basa en el uso de dispositivos

semiconductores de conmutación forzada. Estos semiconductores pueden conmutar sin necesidad de la red, permitiendo el control simultáneo e independiente de potencia activa y reactiva. A nivel comercial, existen distintas configuraciones de convertidores aplicadas a la tecnología VSC. Siendo las más importantes la tecnología HVDC Plus diseñada por Siemens y la tecnología HVDC Light desarrollada por ABB. Igual que en la tecnología LCC, las estaciones con VSC requieren filtros en el lado de continua como en alterna para minimizar el efecto de los armónicos. A diferencia que la tecnología anterior, la VSC no requiere fuente de reactiva ya que el propio convertidor es capaz de controlarla.

PROYECTOS EMBLEMÁTICOS EN HVDC



INTERCONEXIÓN CON LARGAS LÍNEAS AÉREAS - Distancias que se adoptan entre conductores y estructuras: en las transmisiones en corriente continua.

- Línea de fuga: Es la distancia entre las fuerzas conductoras de las que está provisto el aislador, medida sobre la superficie del aislador.

INTERCONEXIÓN CON LARGAS LÍNEAS AÉREAS Distancia mínima: Para la distancia al suelo (en el punto y condición de flecha máxima) se utiliza la siguiente fórmula:

INTERCONEXIÓN CON LARGAS LÍNEAS AÉREAS Ejemplo: calcule la distancia de separación entre conductores y estructuras para un sistema de 256000V en CC su línea de fuga y su distancia mínima de separación del suelo.



Resistividad (r) • La resistividad eléctrica ( p) p) se mide en (Ω*m), • La resistividad depende de las características del material y de la temperatura, Para la

mayoría de los metales, la resistividad del material varía linealmente con la temperatura:

Resistencia eléctrica (R) • Se denomina resistencia eléctrica a la propiedad de los materiales de oponerse al paso de

la corriente eléctrica, y depende de la resistividad y de las propiedades geométricas del material. Si, r – – resistividad l – – longitud del conductor A – área del conductor • La resistencia eléctrica depende En conductores a temperatura constante se cumple que la resistencia es constante, R = constante oh m (Ω):ç • La unidad de resistencia eléctrica en el SI es el ohm



CONDUCTORES DE ALUMINIO A.C.S.R Los conductores de aluminio desnudo reforzados con acero tipo A.C.S.R. (Aluminum conductor steel reinforced) son utilizados para líneas de transmisión y distribución de energía eléctrica. Estos conductores ofrecen una resistencia a la tracción o esfuerzo de tensión mecánico óptimo para el diseño de estas líneas. El alma de acero de estos conductores está disponible en diversas formaciones, de acuerdo al esfuerzo de tensión deseado, sin sacrificar la capacidad de corriente del conductor. Los conductores de aluminio desnudo tipo A.C.S.R. son cableados concéntricamente con alambres de aleación, sobre un alma de acero, que puede ser un alambre o un cable de acero con galvanizado. Su forma de embalaje son carretes en longitudes de acuerdo a las necesidades.

A.C.S.R



A.S.C. - A.A.C. Los conductores de aluminio desnudo del tipo A.S.C. (Aluminum strand conductor) ó A.A.C. (All Aluminum conductor) trenzados clases AA y A son utilizados para líneas de transmisión y distribución de energía eléctrica, cuando por razones de diseño de la línea, la capacidad de corriente debe ser mantenida y se desea un conductor más liviano que el A.C.S.R. y la resistencia a la tracción o esfuerzo de tensión mecánico máximo no es un factor crítico; conductores trenzados de mayor flexibilidad (clases B y C) son usados en otras aplicaciones para conexiones o puentes de equipos eléctricos, en subestaciones, etc.



A.S.C. - A.A.C.

A.A.A.C 5005-H19 Los conductores de aleación de aluminio desnudo del tipo A.A.A.C. (All Aluminum alloy conductor) 5005-H19 trenzados son utilizados para líneas de transmisión y distribución de energía eléctrica, cuando por razones de diseño de la línea, se necesita un esfuerzo de tensión elevado y una elevada relación esfuerzo mecánico-peso para la optimización de las flechas en vanos largos. Estos conductores son especialmente útiles para instalaciones en zonas costeras o de alta corrosión ambiental, donde los A.C.S.R no pueden ser utilizados.



A.A.A.C 6201-T81 Los conductores de aleación de aluminio desnudo del tipo A.A.A.C. (All Aluminum alloy conductor), son utilizados para líneas de transmisión y distribución de energía eléctrica, cuando por razones de diseño de la línea, se necesita un esfuerzo de tensión elevado (incluso mayor que le que se obtiene con 5005-H19) y una elevada relación esfuerzo mecánico-peso para la optimización de las flechas en vanos largos. Estos conductores son especialmente útiles para instalaciones en zonas costeras o de alta corrosión ambiental, donde los A.C.S.R no pueden ser utilizados.



A.C.A.R Los conductores de aluminio desnudo reforzados con aleación de aluminio tipo A.C.A.R. (Aluminum conductor alloy reinforced) son utilizados para líneas de transmisión y distribución de energía eléctrica. Estos conductores ofrecen una buena resistencia a la tracción y una excelente relación esfuerzo de tensión - peso, para el diseño de estas líneas cuando tanto la capacidad de corriente como la resistencia mecánica son factores críticos a ser considerados en el mismo. El alma de aleación de aluminio de estos conductores está disponible en diversas formaciones, de acuerdo al esfuerzo de tensión deseado. Además a igual peso, los conductores A.C.A.R. ofrecen mayor resistencia mecánica y capacidad de corriente que el A.C.S.R.

A.C.A.R

Multiplex A.C.S.R. Los conductores de aluminio tipo MULTIPLEX A.C.S.R. son utilizados para acometidas eléctricas soportadas por un neutro mensajero desnudo desde la red pública secundaria que pasa por el sector hasta el medidor o tablero de medidores, en circuitos de alumbrado público, como red secundaria tipo cerrada, para evitar pérdidas "negras", etc. Este tipo de conductor puede ser usado en lugares secos y húmedos, su temperatura máxima de operación es 75 ºC y la tensión de servicio es de 300 V. para fase-neutro y de 600 V. para fase-fase.



U.D. Los conductores de aluminio aislado son utilizados para acometidas y cargas domiciliarias, además en el área de distribución en casos especiales. Su aislante es de material termoestable, XLPE de 600 v. - 90ºc, antillama.



MULTIPLEX XLPE URD Los conductores de aluminio aislado son utilizados para acometidas y cargas domiciliarias, además en el área de distribución en casos especiales; posee aislante de material termoplástico, xlpe 600 v. - 90 ºc.

SER Es un conductor de aluminio serie que posee aislante de material termoestable, xlpe 600 v. 90 ºc, es utilizado para conductor de tierra, contiene una cinta de poliester con fibra de vidrio y una chaqueta de material termoplástico, pvc gris resistente a la luz solar.



CONDUCTORES DE COBRE Cobre Desnudo Los conductores de cobre desnudo del tipo sólido y trenzado clases AA y A son utilizados para líneas de transmisión y distribución de energía eléctrica; conductores trenzados de mayor flexibilidad (clases B y C) son usados en sistemas de puesta a tierra de equipos eléctricos, subestaciones, etc.

TW Los conductores de cobre tipo TW son utilizados para circuitos de fuerza y alumbrado en edificaciones industriales, comerciales y residenciales, tal como se especifica en el National Electrical Code. Este tipo de conductor puede ser usado en lugares secos y húmedos, su temperatura máxima de operación es 60 ºC y su tensión de servicio para todas las aplicaciones es 600 V.



¿Cuál es la longitud y calibre de un tramo de alambre de cobre de 4,11 mm de diámetro que tiene una resistencia de 1,00 W? Datos: D = 4,62 mm R = 1,00W 1,00W p cobre = 1,72 x 10-8 Ω.m Calibre= 6AWG POR TABLA

EJEMPLO 2: Una línea de transmisión de 100 Km. suele utilizar cable de aluminio de 8,2513 mm de diámetro [1/0 AWG], (a) Encuentre la resistencia de la línea r = r = 2,75 * 1010-8Ω.m, (b) Si se mantiene una diferencia de potencial de 20 KV a través del cable, ¿cuál es la corriente de la línea? (c) Soporte la I el conductor.



No soporte el calibre 1/0 la corriente para lo cual se s e debe colocar una dupla de conductores conductor es calibre 1/0.

EJEMPLO 3: Una línea de transmisión de 20 Km. suele utilizar cable de aluminio de 6,5436 de diámetro [2 AWG], (a) Encuentre la resistencia de la línea r = r = 2,75 *1010-8Ω.m, (b) Si se mantiene una diferencia de potencial de 40 40 KV a través del cable, ¿cuál es la corriente de la línea?

EJEMPLO 4: Una línea de transmisión de CC de 5MVA y 11 Km trabaja con una tensión de 30KV calcule la sección, determine el calibre y la resistencia del conductor de aluminio.

De acuerdo a la Corriente calculada la sección que necesito es de 53,49mm^2 que corresponde al calibre 1/0 AWG [ de acuerdo a la tabla]

CAIDA DE TENSIÓN EN CC. Caída de tensión es la diferencia de potencial existente entre el punto inicial de la línea y el punto final de la misma.



CALCULO DE CAÍDA DE TENSIÓN EN CC

FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE CAÍDA DE TENSIÓN EN CC.

EJEMPLO 5: Una línea de transmisión de Al de C.C. de 220KV, pasa una corriente 210A y posee una longitud 32 Km. La caída de tensión no debe sobrepasar el 3%. Calcule: a) La sección considerando la corriente. b) La sección mínima considerando la caída de tensión. tens ión.



a) De acuerdo a la tabla para una corriente de 210A se necesita un calibre 1/0AWG b) De acuerdo a la tabla para una sección de 58,58mm corresponde el calibre AWG 2/0

EJEMPLO 6: Una línea de transmisión de Cu de C.C. de 69KV, transporta una potencia de 20MW. Si la caída de tensión no debe sobrepasar el 1,5%. Calcule: a) La sección en función de la corriente en la línea de alimentación b) La longitud máxima admisible en la línea.

Para la I calculada la sección en mm es de 53,49 mm^2 correspondiente a un calibre 1/0 AWG.

EJEMPLO 7: En el punto inicial de una línea de transmisión de C.C. con conductor de Aluminio de 100 Km de longitud se mide una tensión de 255010V, si en la línea fluye 350 A calcule: a) La caída de tensión en la línea b) La caída de tensión en % c) la tensión al final de la línea

Para la I que circula por la línea la sección es de 107,2 mm2 correspondiente a un calibre 4/0 AWG [tabla]

CAIDA DE TENSIÓN EN CA Fórmulas para el cálculo de caída de tensión en ca en líneas sin derivación (no inductivo).



Fórmulas para el cálculo de caída de tensión en ca en líneas sin derivación (con carga inductiva).

Fórmulas para el cálculo de caída de tensión en CA en líneas con derivación (no inductivo).



Fórmulas para el cálculo de caída de tensión en CA en líneas con derivación (con carga inductiva).

LA SECCIÓN ES SOLAMENTE CALCULABLE EN APROXIMACIÓN.

Fórmulas para el cálculo de caída de tensión en CA trifásica en líneas sin derivación (con carga inductiva).

LA SECCIÓN ES SOLAMENTE CALCULABLE EN APROXIMACIÓN APROXIMACIÓN

Fórmulas para el cálculo de caída de tensión en CA trifásica en líneas con derivación (con carga inductiva).

LA SECCIÓN ES SOLAMENTE CALCULABLE EN APROXIMACIÓN.



EJEMPLO 8: La línea de alimentación Paute – Daule de CA de 140KV/40MW, tiene una longitud de 80 Km. El factor de potencia es de 0,92 la caída de tensión no debe sobrepasar el 7%. Determine: a) la sección mínima considerando la corriente, b) la sección mínima considerando la caída de tensión, c) la sección a colocar, d) la pérdida de potencia porcentual, en la línea de alimentación Desarrollo:

a) La sección mínima considerando consider ando la I es 85,01 mm2 [ Pigeon Pigeon ] correspondiente a un calibre 3/0 AWG que soporta una I de 315ª.

b) La sección mínima considerando la Caída de tensión es de 135,70 mm2 [Waxwing] correspondiente a un calibre 266,80Mcm que soporta una I de 449ª c) La sección a colocar es de es de 135,70 mm2 [Waxwing] correspondiente a un calibre 266,80Mcm que soporta una I de 449ª, por problema de caída de tensión debida a la gran longitud de la línea.

d) La pérdida de potencia porcentual es de 8,122% equivalente e quivalente a 3,2488mW. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 58


DETERMINE: a) La sección mínima de la línea principal, considerando la caída de tensión máxima admisible. b) La sección mínima de la línea principal, considerando la Corriente. Cor riente. c) La sección a colocar d) La sección de los tramos de línea considerando la caída de tensión máxima admisible. e) La sección mínima de los tramos de línea, considerando la Corriente. a)

La sección mínima aproximada, considerando la Caída de tensión es de 241,317 mm2 [pelikan] correspondiente a un calibre 477Mcm que soporta una I de 646a.

b) La sección mínima considerando la corriente de la línea es de 85,01 mm2 [Pigeon] correspondiente a un calibre 3/0 AWG que soporta una I de 315a. c) La sección a colocar es de es de 241,317 mm2 [pelikan] correspondiente a un calibre 477Mcm que soporta una I de 646a.



d) La sección mínima considerando la caída de tensión en el tramo 1 de la línea es de 107,20 mm2 [Penguin] correspondiente a un calibre 4/0 awg que soporta una I de 357A. e) La sección mínima considerando la corriente es de 4 AWG que soporta 140a. f) la sección a colocar es de 07,20 mm2 [Penguin] [Penguin ] correspondiente a un calibre 4/0 AWG.

d) La sección mínima considerando la caída de tensión en el tramo 2 de la línea es de 107,20 mm2 [penguin] correspondiente a un calibre 4/0 AWG que soporta una I de 357A. e) La sección mínima considerando la corriente es de 6 AWG que soporta 100A. f) La sección a colocar es de 07,20 mm2 [penguin] [pengu in] correspondiente a un calibre ca libre 4/0 AWG.

d) La sección mínima considerando la caída de tensión en el tramo 3 de la línea es de 153,49 mm2 [raven] correspondiente a un calibre 1/0 awg que soporta una I de 242A. e) La sección mínima considerando la corriente es de 6 AWG que soporta 105A. f) La sección a colocar es de 53,49 mm2 [raven] [r aven] correspondiente a un calibre 1/0 AWG.



CAPITULO 3 CAMPOS ELÉCTRICOS INTRODUCCIÓN El transporte de energía eléctrica ocasiona, inevitablemente, una alteración del ambiente en el cual se desarrolla. Entre las perturbaciones más importantes a considerar podemos citar: Los campos eléctricos Los campos magnéticos que generan las instalaciones eléctricas, El impacto visual, El efecto corona Ruido audible y Radio interferencia. Entre estos efectos, son los campos eléctricos y magnéticos, los que han despertado la preocupación del público debido a su posible vinculación con aspectos aspe ctos de salud. En cuanto a esta problemática, actualmente no hay evidencia científica convincente de que los campos electromagnéticos produzcan efectos de largo término, particularmente cáncer.

LOS CAMPOS NATURALES Campo eléctrico.

Campo magnético.



Ejemplo de un campo eléctrico y magnético simulado por software

CAMPO ELÉCTRICO CARACTERÍSTICAS: • La carga eléctrica es un atributo de las partículas elementales que la poseen, caracterizado por la fuerza electrostática que entre ellas se ejerce. ejerc e. • La fuerza es atractiva si las cargas respectivas son de signo contrario, y repulsiva si son

del mismo signo.

DEFINICIÓN: El campo eléctrico es un espacio en el que actúan fuerzas sobre cargas eléctricas. • Las cargas dan lugar a campos c ampos eléctricos. • Los campos eléctricos se presentan siempre que existen tensiónes. •

• El estudio del campo eléctrico es de mucha im portancia cuando se encaran los problemas

de alta tensión, la mayoría de los fenómenos de interés están muy ligados al campo eléctrico. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 62


• El campo eléctrico, entre dos cargas eléctricas se representa:

Siendo: F: fuerza en (N) r1: vector unitario (versor) en dirección de la recta que une las cargas, y que da sentido a la fuerza Q1, Q2: cargas eléctricas puntuales (Culomb) e0: permitividad del vacío = 8.859 * 10-12 (F/m) r: distancia entre las cargas (m) Los campos eléctricos. Su intensidad se mide en voltios por metro (V/m) o en kilovoltios por metro (kV/m). Cuando un objeto acumula carga eléctrica, ésta hace que otras cargas de su mismo signo o de signo opuesto experimenten una repulsión o una atracción. La intensidad de estas fuerzas se denomina tensión eléctrica o voltaje y se mide en voltios (V). Todo aparato conectado a una red eléctrica, aunque no esté encendido, está sometido a un campo eléctrico que es proporcional al voltaje de la fuente a la que está conectado. Los campos eléctricos son más intensos cuanto más cerca están del aparato, y se debilitan con la distancia. Algunos materiales comunes, como la madera o el metal, bloquean sus efectos. Los campos magnéticos. La existencia de cargas eléctricas en movimiento (corriente eléctrica) produce un campo magnético, quedando éste delimitado por la región del espacio en la que se manifiestan los fenómenos magnéticos. La actuación de estos fenómenos sigue unas líneas imaginarias llamadas líneas de fuerza, que son el camino que sigue la fuerza magnética. Para hacerse una idea de cómo actúan estas líneas de fuerza, basta con colocar un imán bajo un papel sobre el que se ha espolvoreado con virutas de hierro; estas se dispondrán siguiendo las líneas de fuerza del campo magnético generado por el imán. En los campos magnéticos no existen fuentes ni sumideros de cargas, cerrándose el campo sobre sí mismo. Cualquier corriente alterna generará a su alrededor un campo magnético que tendrá un potencial proporcional a la carga eléctrica que lo origina. Los campos magnéticos no pueden apantallarse y atraviesan casi todos los materiales conocidos. Las unidades de campo magnético son las Teslas o mTeslas (1 tesla=1millón de mTeslas). Campo electromagnético Es una modificación del espacio debida a la interacción de fuerzas eléctricas y magnéticas simultáneamente, producidas por un campo eléctrico y uno magnético que varían en el tiempo, por lo que se le conoce como campo electromagnético variable. El campo electromagnético es producido por cargas eléctricas en movimiento (corriente alterna) y tiene la misma frecuencia de la corriente eléctrica que lo produce. Por lo tanto, un campo electromagnético puede ser originado a bajas frecuencias (0 a 300 Hz) o a más altas ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 63


frecuencias. Los campos electromagnéticos de baja frecuencia son cuasiestacionarios (casi estacionarios) y pueden tratarse por separado como si fueran estáticos, tanto para medición como para modelamiento. Las instalaciones del sistema eléctrico de energía producen campos electromagnéticos a 50 o 60Hz. Este comportamiento permite medir o calcular el campo eléctrico y el campo magnético en forma independiente mediante la teoría cuasiestática, es decir, que el campo magnético no se considera acoplado al campo eléctrico.

El Espectro Electromagnético.

Valores límites de exposición a campos electromagnéticos para seres humanos. Para efectos de los Reglamentos Técnicos se deben tener en cuenta el tiempo y tipo de personas que son expuestas a campos electromagnéticos generados en la instalación eléctrica y la frecuencia de la señal eléctrica. Para el caso de las instalaciones de alta tensión, las personas que por sus actividades están expuestas a campos electromagnéticos o el público en general, no debe ser sometido a campos que superen los valores establecidos en la siguiente Tabla. Valores límites de exposición a campos electromagnéticos para seres humanos.



Para líneas de transmisión los valores de exposición ocupacional no deben ser superados a 1 m de altura dentro de la zona de servidumbre y el valor de exposición al público en general en el límite exterior de la servidumbre. Para circuitos de distribución, el valor de exposición al público debe medirse a partir de las distancias de seguridad o donde se tenga la posibilidad de permanencia prolongada (Hasta 8 horas) de personas, que no puedan tomar medidas para contrarrestar posibles efectos.

FUENTES CONTAMINANTES DE CAMPOS ELÉCTRICOS Dentro de las fuentes contaminantes se tienen: - Líneas de alta tensión. - Estaciones y subestaciones generadoras de electricidad. Líneas de alta tensión: Son elementos generadores de campos magnéticos de baja frecuencia (hasta 60hercios). El paso de la corriente eléctrica por el tendido produce la aparición de un campo eléctrico y de un campo magnético. Líneas de alta tensión: Son elementos generadores de campos magnéticos de baja frecuencia (hasta 60 hercios). El paso de la corriente eléctrica por el tendido produce la aparición de un campo eléctrico y de un campo magnético. La intensidad de campo magnético mayor se produce bajo los cables, a un metro de altura del suelo se generan valores de 3 a 5 kV/m en el caso del campo eléctrico y de 1 a 20 teslas para el campo magnético. La intensidad de ambos disminuye con la distancia al tendido, reduciéndose a 0,1 kV/m y a 0,1 m Teslas a los 100 metros. Todo ello para una línea de alta tensión que transporte 400 kV. Estaciones y subestaciones generadoras de electricidad: En sus proximidades los valores de campos eléctricos y magnéticos pueden alcanzar los 16kV/m y las 270 mTeslas. EFECTO CORONA Definición: Las líneas de alta tensión producen la ionización del aire situado alrededor del cable de la línea. Este fenómeno se denomina efecto corona. Este efecto aumenta con la humedad y tiene múltiples consecuencias entre ellas podemos citar a: - Emisión de ruido, - Interferencias de radiofrecuencia o - La generación de ozono - Provoca la atracción y concentración de aerosoles contaminantes y gas radón, sobre todo en las inmediaciones de zonas industriales. CAUSAS El efecto corona se presenta cuando el potencial de un conductor en el aire se eleva hasta valores tales que sobrepasan la rigidez dieléctrica del aire que rodea al conductor. El efecto corona se manifiesta por luminiscencias o penachos azulados que aparecen alrededor del conductor, más o menos concentrados en las irregularidades de su superficie. La descarga va acompañada de un sonido silbante y de olor de ozono. Si hay humedad apreciable, se produce ácido nitroso. La corona se debe a la ionización del aire. Los iones son repelidos y atraídos por el conductor a grandes velocidades, produciéndose nuevos ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 65


iones por colisión. El aire ionizado resulta conductor (si bien de alta resistencia) y aumenta el diámetro eficaz del conductor metálico. Provoca la atracción y concentración de aerosoles contaminantes y gas radón, sobre todo en las inmediaciones de zonas industriales. Las mediciones llevadas a cabo en líneas de alta tensión de 132 kilovoltios señalan que, a 1,80 m. de altura, hay un 20% de aerosoles contaminantes que están cargados o llevan exceso de carga. Como media, este efecto se extiende a unos 200m de la línea en dirección del viento y en líneas de 275 kV, hasta 500m.

Radio Interferencia y Ruido Audible El nivel de radio interferencia (RI) bajo “lluvia intensa” se define como el valor medio de la

RI en condiciones de lluvia estacionaria con una intensidad de precipitación superior a 1 mm/h. Este nivel es marcadamente estable y reproducible, razón por la cual es considerado como un nivel característico de la línea. Mediante la aplicación del modelo de cálculo, se obtienen los perfiles transversales de RI (expresados en dB en relación a 1mV/m) para “lluvia intensa” y mínima altura de conductores, graficados en la siguiente FIGURA.

La presencia de efecto corona en conductores de líneas de transmisión puede dar origen a sonidos audibles (RA: ruido audible). Al igual que en el caso de RI, la intensidad de dicho ruido depende del gradiente superficial de campo eléctrico en los conductores, de su estado superficial y de las condiciones atmosféricas. La condición climática que produce la máxima intensidad de RA es la de "lluvia intensa". No obstante, no es ésta la más adversa desde el punto de vista del público. La condición más desfavorable, es la posterior a la lluvia, cuando el ruido de la misma ha cesado y el conductor se encuentra húmedo, situación en que la generación de RA es aún muy intensa. Por lo tanto la condición climática adoptada como referencia es la de "conductor húmedo". El perfil transversal de RA se muestra en la FIGURA 5.



Un efecto curioso: En este caso, las torres están en campo abierto y unos artistas de la ingeniería eléctrica han creado este bonito espectáculo con más de 1300 tubos fluorescentes.

Este curioso efecto se consigue de esta forma: “La energía electromagnética justo debajo de las líneas de alta tensión es muy alta y

consigue ionizar el gas Argón que contienen dichos tubos, y los fotones de luz ultravioleta liberados impactan sobre la capa fluorescente que recubre la pared interior del tubo de cristal, produciendo que los tubos “se enciendan”. Este proceso es el mismo que ocurre cuando se conectan a electricidad, pero aquí su intensidad es menor, este efecto también se podría conseguir acercando una bombilla de bajo consumo (también fluorescente) a un microondas microo ndas o un motor de coche.

EXPOSICIÓN A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS DE BAJA FRECUENCIA (EXCEPTO RADIOFRECUENCIAS). La exposición profesional a los campos electromagnéticos no está reglamentada ni a escala nacional ni a escala internacional. Se han llevado a cabo numerosos estudios epidemiológicos que no han aportado conclusiones que demuestren los efectos de los campos electromagnéticos en sujetos humanos. Por lo tanto, la evaluación de este posible riesgo sigue siendo objeto de numerosas investigaciones.



Campos eléctricos de baja frecuencia Expuestas al cuerpo humano (en V/m). El campo eléctrico en la superficie del cuerpo humano se modifica en función de la conductividad de éste. La intensidad del campo es máxima al nivel de la cabeza. El campo eléctrico induce corrientes especialmente en el eje del cuerpo. Los valores medidos más elevados (hasta varios kV/m) se sitúan cerca de las líneas de energía y de los transformadores de alta tensión, de las soldadoras y de los hornos de inducción. El campo eléctrico disminuye con el cuadrado de la distancia.



CAPITULO 4 SOBRETENSIÓNES Introducción En toda industria moderna, los sistemas de transmisión y distribución eléctrica están sujetos a tensiónes mucho mayores que la normal de servicio. Por eso las líneas y los aparatos del sistema tienen que estar construidos de manera que puedan soportar éstas sin afectar su funcionamiento, y es importante que el personal operario de mantenimiento tenga conocimientos de los conceptos de sobretensiónes. Definición Se denomina sobretensión a todo aumento de tensión capaz de poner en peligro el material o el buen servicio de una instalación eléctrica. La relación entre la sobretensión Us, y la tensión de servicio se llama factor de sobretensión que viene expresado por: Ks=Us/U Ejemplo:

• Una línea cuya tensión nominal es de 6 kV, y aumenta la tensión hasta 15 kV, calcule el

factor de sobretensión. Ks=Us/U Ks=15KV/6KV Ks=2.5

SOBRETENSIÓNES • CAUSAS DE LAS SOBRETENSIÓNES: • Factores externos a la red, • Características de componentes de la red, y • Características de diseño de la red. • EFECTOS DE LAS SOBRETENSIÓNES: • Colapsos de la aislación a través de descargas que destruyen o averían seriamente el

material aislante de los dispositivos, • Daños en equipamientos, y/o • Pérdida del servicio.

Los peligros de las sobretensiónes se deben a: – A la magnitud de la tensión, – A la forma de onda de la tensión. Tips para evitar sobretensiónes: • Instalaciones y estudios correctamente realizados • Líneas de conexión en buenas condiciones. • Utilización de dispositivos de protección denominados,

descargadores de sobretensión. Los cuales procuran que descargue a tierra lo más rápidamente posible, la sobretensión producida. ESTUDIOS ELÉCTRICOS Con los estudios se trata de representar: ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 69


– El funcionamiento normal del sistema eléctrico (flujo de potencia que determina las

corrientes nominales), – Las condiciones de corrientes de falla (estudios de cortocircuito para determinar la capacidad de interrupción y los esfuerzos), – Los estados de sobretensión (estudios transitorios para determinar los niveles de aislamiento).

CONSIDERACIONES SOBRETENSIÓNES

PARA

MINIMIZAR

LOS

EFECTOS

DE

LAS

• Evitar configuraciones de la red que puedan causar sobretensiónes, • Elegir componentes adecuados por sus parámetros y formas de operación, • Previniendo y proyectando las protecciones oportunas.

ELECCIÓN DE LA AISLACIÓN Esta debe ser elegida económicamente, ya que sobredimensionarla implica: • Aumentos de tamaño y peso de los cables y equipos, • Aumento de la resistencia • Mayores costos del sistema.

Descargadores de sobretensión:

• Dispositivos de protección que permite drenar las sobretensiónes producidas en el

sistema. • Los descargadores de sobretensión deben regularse a un factor de sobretensión que sea

menor que el grado de seguridad de la instalación pero que, por otra parte, no se aproxime demasiado al valor de la tensión de servicio ya que de lo contrario entraría muchas veces en funcionamiento haciendo inestables las condiciones de la instalación.

CLASIFICACIÓN DE LAS SOBRETENSIÓNES • Las sobretensiónes se puede clasificar por: – Su origen • Internas – Sobretensiónes Sobretensiónes de maniobra – Sobretensiónes Sobretensiónes de servicio • Externas – Descargas Descargas atmosféricas (rayos) ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 70


– Cargas Cargas estáticas de las líneas – Sobretensiónes de resonancia

SOBRETENSIÓNES INTERNAS CAUSAS DE LAS SOBRETENSIÓNES INTERNAS – Energización y reconexión de líneas de transmisión, – Ocurrencia de fallas con desplazamiento del neutro y eliminación de fallas, – Energización de transformadores y reconexión de carga. – Arco intermitente consecuencia de las oscilaciones entre las energías de los campos magnético y eléctrico, es decir arcos que se apagan al pasar la corriente alterna por cero, pero se vuelven a encender cuando la l a sinusoide de la tensión toma mayores valores. valores . – Variación de las condiciones de servicio de la instalación. Esto se produce por arqueo de aisladores y en los interruptores cuando desconectan altas intensidades. • A este grupo pertenecen: – Oscilaciones de intensidad de corriente, – Variaciones de carga, – Descargas a tierra, etc. • En todos estos procesos, la energía acumulada en los elementos inductivos y capacitivos

de los circuitos que comprenden una instalación, pueden llegar a descargar de tal modo que originen perjudiciales aumentos de la tensión. Esta clase de sobretensiónes pueden preverse en gran parte y, por lo tanto, evitarse.

TIPOS Las sobretensiónes de origen interno pueden, a su vez, clasificarse en dos categorías: • Sobretensiónes de maniobra • Sobretensiónes de servicio SOBRETENSIÓNES DE MANIOBRA • Ocasionan fenómenos transitorios producidos por los bruscos cambios de estado de una

red, por ejemplo: • Maniobras de disyuntores, • Descargas a tierra, etc.

SOBRETENSIÓNES DE SERVICIO • Comprenden los estados que pueden resultar de: • Las sobretensiónes que resultan durante la puesta en servicio o fuera de servicio de una carga, sobre todo, cuando la red comprende líneas de gran longitud; ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 71


• Las sobretensiónes permanentes provocadas por los defectos a tierra.

FRECUENCIA DE LAS SOBRETENSIÓNES INTERNAS:

Donde Csis y Lsis, indican la capacitancia correspondiente a la inductancia de todo el sistema de transmisión, y fsis, resulta del orden de 10^3Hz.

AMPLITUD DE LAS SOBRETENSIÓNES INTERNAS: La amplitud de las oscilaciones depende principalmente de: • La conexión del punto neutro del sistema y • De la distribución de las inductancias y capacitancias. • En sistemas con punto neutro aislado se midieron, sobretensiónes internas hasta cinco

veces mayores que la tensión normal, mientras en sistemas con punto neutro conectado directamente a tierra no se registraron valores mayores de dos hasta tres veces la tensión normal.

TRANSITORIOS: Es, casi siempre, una oscilación amortiguada de fr ecue cuencia ncia me media dia y . Por el contrario, la forma de onda de las sobretensiónes escas escasa a du r ació aci ón (maniobra) n (maniobra) producidas por fenómenos estacionarios tienen una ampli ampl i tud tu d constante constante o casi casi constante (servicio) ; estas sobretensiónes se desplazan por las líneas y aparatos en forma de ondas de choque, llamadas también ondas errantes.

SOBRETENSIÓNES EXTERNAS. SOBRETENSIÓNES POR DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

SOBRETENSIÓNES EXTERNAS Son producidas por: 1) inducción electrostática 2) carga progresiva de los conductores por rozamiento del aire circundante ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 72


3) carga producida por cortar diferentes superficies de nivel eléctrico 4) descargas directas (rayos) 5) inducción producida por descargas atmosféricas cercanas. SOBRETENSIÓNES EXTERNAS PRODUCIDAS POR ELECTROSTÁTICA.

INDUCCIÓN

Efecto de una nube cargada positivamente sobre una línea aérea.

-

Sabemos que elementos cargados con electricidad de cierto signo atraen a los del signo contrario. Por lo tanto, si tal como se representa en la figura anterior, una nube cargada positivamente se aproxima a una línea eléctrica induce en ésta, cargas eléctricas de signo contrario, es decir, en nuestro caso de signo negativo. - Por el momento todavía no hay sobretensiónes, ya que la nube se acerca lentamente a la línea y la carga eléctrica del mismo nombre, sobre la línea, queda repelida, evacuándose a tierra por medio. De transformadores de tensión puestos a tierra, de bobinas de contacto a tierra, etc. - Pero si por causas tales a la caída de un rayo entre la nube y otra nube de carga contraria o entre esta misma nube y tierra, desaparece la carga de la nube repentinamente, entonces las cargas de la línea quedan libres, puesto que ya no son atraídas por las de la nube. Esto provoca en la línea la aparición de sobretensiónes proporcionales a la carga, que se propagan a ambos lados de la línea en forma de ondas errantes y con velocidad de la luz, que pueden provocar descargas eléctricas, de naturaleza ondulatoria en los puntos mal aislados de la línea.

SOBRETENSIÓNES EXTERNAS PRODUCIDAS POR CARGA POR CARGA PROGRESIVA DE LOS CONDUCTORES POR ROZAMIENTO POR ROZAMIENTO DEL AIRE CIRCUNDANTE.



-

Cuando el aire está cargado de electricidad, las partículas electrizadas contenidas en el aire (polvo, moléculas de agua, etc. ), por rozamiento comunican su carga a los conductores. La cantidad de electricidad así aportada es proporcional a la longitud del conductor. - Las sobretensiónes producidas por estas causas son de carácter muy parecido a las provocadas por la inducción electrostática.

SOBRETENSIÓNES EXTERNAS PRODUCIDAS POR CARGA PRODUCIDA POR CORTAR DIFERENTES SUPERFICIES DE NIVEL ELÉCTRICO. • Como la Tierra puede considerarse un cuerpo cargado, emite líneas de fuerza que terminan en nubes cargadas con potencial opuesto. • Las superficies perpendiculares a estas líneas, que tienen todos sus puntos al mismo potencial, son las superficies equipotenciales, llamadas también superficies de nivel. Si un conductor corta una de estas superficies, en dicho conductor se induce una carga eléctrica. Si cerca de los conductores se desplazan nubes tempestuosas o si el aire está fuertemente cargado de electricidad, las superficies de nivel se deforman y las cargas inducidas en los conductores pueden alcanzar valores importantes. Se han observado diferencias de tensión de 50 a 250 V por metro de altura.

SOBRETENSIÓNES EXTERNAS PRODUCIDAS POR CARGA PRODUCIDA POR CORTAR DIFERENTES SUPERFICIES DE NIVEL ELÉCTRICO.

SOBRETENSIÓNES POR DESCARGAS ATMOSFÉRICAS CARACTERÍSTICAS: • Son las más peligrosas por ser mucho más altas que las internas y las debidas a influencia electroestática de las nubes. • Sus amplitudes no están en relación con la tensión de servicio de la instalación. • Comprenden, sobre todo, las sobretensiónes de origen atmosférico, tales como rayos, cargas estáticas de las líneas, etc. • Los golpes de rayo directos pueden producir tensiónes del orden de 105 hasta 106 voltios, y corrientes del orden de 104 hasta 105 amperios. • La tensión y la corriente son impulsos de muy breve duración; en intervalos de 5 hasta 100μs (microsegundos, siendo 1μs = 10^-6 segundos) ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 74


• Los aisladores no soportan estas sobretensiónes y producen descargas y se forman arcos

sobre los aisladores que perduran aun cuando la sobretensión desaparece. El arco con su alta temperatura destroza a los aisladores si no se interrumpe pronto. • La interrupción del arco en sistemas con el punto neutro conectado a tierra, se efectúa mediante los interruptores, ya que el arco sobre los aisladores produce un corto circuito monofásico.

PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIÓNES PRODUCIDAS POR DESCARGAS ATMOSFÉRICAS. • La mejor solución para proteger líneas aéreas contra sobretensiónes atmosféricas sería impedir que éstas entren en los conductores de líneas aéreas para ello se utilizan los denominados hi los de de guardi a o hil os de tierr a. HILOS DE GUARDA INTRODUCCIÓN • Normalmente las líneas incluyen como protección una cuerda de acero denominada Hilo

de Guardia, cuya sección se determina de acuerdo a los requerimientos de la corriente de falla de la línea y/o por el nivel de actividad isoceráunico de esa área. vel I soceráu ni co de un lugar es el número promedio de días al cabo del año en los “ El ni vel que hay tormenta. Se considera día con tormenta a aquel en el que al menos se oye un trueno.” • Muchas líneas construidas en los últimos años incluyen fibras ópticas en al menos uno de los hilos de Guardia. • Este conductor, denominado OPGW (Optical Groundwire), protege a la línea y agrega capacidad de comunicación y control, permitiendo la posibilidad de ingresos adicionales a las operadoras a través del cobro de cánones por el uso de la fibra.

CARACTERÍSTICAS • Sirven para proteger la línea contra con tra descargas atmosféricas. • Se colocan en el extremo más alto de los soportes y se conectan mediante la misma

estructura del soporte a tierra. • Generalmente se utilizan como hilos de guardia cables de acero con secciones de 25 hasta

50 mm2. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 75


• La probabilidad de golpes de rayo directos en los conductores disminuye en líneas

protegidas con dos hilos de guardia hasta un valor v alor casi despreciable. • La eficiencia de la protección con hilos de guardia depende de la posición de los hilos respecto de los conductores. • Existen varios criterios sobre la mejor posición de los hilos de guardia. • Según Schwaiger , la zona protegida por los hilos de guardia, está determinada por círculos de radios iguales a la altura sobre el suelo del hilo de protección.

Zonas de protección formadas por 1, 2 y 3 hilos de guardia (Schwaiger).

Se puede definir la posición de los hilos de guardia, mediante el ángulo de protección. Se considera que un ángulo menor de 40° ó 30°, entre el hilo de protección y conductores, asegura la línea contra los golpes directos. Las alturas de los soportes construidos de acuerdo con este criterio, resultan menores que las exigidas por la teoría de Schwaiger.

-

Los hilos de guardia colocados sobre los conductores de línea, aún si soportan el golpe de rayo, no garantizan por sí mismos una eficaz protección del sistema. - El rayo da origen a corrientes del orden hasta 105A. Esta corriente que fluye hacia tierra se distribuye sobre varios soportes de línea si esta, está provista de hilos de guardia pero los soportes próximos al lugar pueden ser recorridos por intensidades de hasta 10^4A. - El producto Irayo*Rtierra resulta del orden de 105 hasta 106 voltios, ya que, las puestas a tierra en los demás casos representan rep resentan resistencias de 10 hasta 102 1 02 ohmios.



-

En consecuencia el soporte de línea toma un potencial muy alto, que puede producir una descarga secundaria entre soporte y conductor, si la aislación de los conductores de fase no soporta tal diferencia de potencial. En el momento de la descarga, el potencial de los conductores no será el correspondiente a la tensión normal de la línea, porque antes la caída del rayo las nubes influenciaron también en éstos una carga electroestática. Al caer el rayo ésta se vuelve libre y produce ondas migratorias llamadas también ondas errantes en los conductores.

Distribución de la corriente de un rayo en una línea con hilos de guardia.

TENDIDO DE LOS HILOS DE GUARDIA.

• La instalación de los conductores desnudos se realiza fijándolos a los aisladores por

medio de retenciones, realizadas con hilos o alambres recocidos o similares del mismo metal que el conductor o de otra naturaleza, siempre que aseguren perfecta y permanentemente la posición correcta del conductor sobre e aislador y no ocasionen un debilitamiento apreciable de la resistencia mecánica del mismo, ni produzcan efectos de corrosión. • Se recomienda que la fijación de los conductores al aislador se efectúe en la garganta lateral del mismo por la parte próxima al apoyo, y en los ángulos, de manera que el esfuerzo mecánico del conductor esté dirigido hacia el aislador. • La instalación de los conductores desnudos se realiza fijándolos a los aisladores por medio de retenciones, realizadas con hilos o alambres recocidos o similares del mismo metal que el conductor o de otra naturaleza, siempre que aseguren perfecta y permanentemente la posición correcta del conductor sobre el aislador y no ocasionen un debilitamiento apreciable de la resistencia mecánica del mismo, ni produzcan efectos de corrosión. • Se recomienda que la fijación de los conductores al aislador se efectúe en la garganta lateral del mismo por la parte próxima al apoyo, y en los ángulos, de manera que el esfuerzo mecánico del conductor esté dirigido hacia el aislador. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 77


• Cuando se establezcan derivaciones, y salvo que se utilicen aisladores especialmente

concebidos para ellas, se debe colocar un sólo conductor por aislador. • Los conductores se instalarán de forma que la tracción máxima de los mismos sea tal que el coeficiente de seguridad no sea inferior a 3, considerándolos sometidos a las hipótesis de sobrecarga que corresponda. Cuando las líneas se encuentren por encima de edificaciones o sobre apoyos fijados a las fachadas, el coeficiente de seguridad deberá ser superior en un 25% a los valores señalados anteriormente, o bien el que fije los códigos o reglamentos de la zona donde se encuentre ubicada la instalación. • Durante el tendido de los conductores se debe tener un cuidado extremo para prevenir el aflojamiento de los alambres y la inclusión de elementos extraños entre los hilos, tales como tierra. • Un aflojamiento extremo de los alambres puede ocasionar la condición conocida como “jaula de pájaro” (birdcaging); este problema se puede deber a alguna de las siguientes causas: - Control inadecuado de la tensión durante el desenrollado. - Doblado brusco del conductor debido al empleo de roldadas de pequeño diámetro. - Desenrollado del conductor con la cola firmemente adherida a la bobina. - Empleo incorrecto del tensiónador.

ONDAS ERRANTES DEFINICIÓN: Se llaman así las ondas de tensión que se desplazan con gran velocidad a lo largo de los conductores. • Estas ondas pueden provocar elevadas sobretensiónes, unas veces porque su propia amplitud sea mayor que la tensión de servicio, otras veces porque el valor de su amplitud se incremente por reflexión o por cualquier otra causa. • Generalmente, estas ondas tienen forma periódica, con crecimiento rápido hasta el valor de cresta, que después decrece lentamente. FORMACIÓN DE LAS ONDAS ERRANTES: • Cuando se aplica instantáneamente una tensión a un conductor, se produce una corriente

de carga en dicho conductor; al mismo tiempo, progresa la tensión a lo largo del conductor, es decir, que en el conductor se origina una onda de tensión. • Una onda de esta clase puede producirse, por ejemplo, a causa del efecto de un rayo descargado en la proximidad de la línea. • Para el estudio simplificado de las ondas errantes se supone que, en toda la longitud del conductor, existen las mismas condiciones, es decir, que la capacidad y la inductividad están uniformemente repartida en toda su longitud.



NORMATIVIDAD ELÉCTRICA. NORMALIZACION. Se entiende el conjunto de aquellos criterios de índole general en base a los cuales deben ser proyectadas, construidas y ensayadas las instalaciones, las máquinas, los aparatos o los materiales, a fin de garantizar la eficiencia técnica y la seguridad de funcionamiento. UNIFICACION. Se entiende el conjunto de prescripciones que fijan para la máquina, el aparato o el material entre sus diversos tipos constructivos y dimensiones entre los infinitos posibles a fin de reducir los costos, de facilitar el aprovisionamiento de los repuestos y de permitir la reducción de las reservas en almacén. NORMALIZACIÓN EN EL CAMPO ELÉCTRICO Comité Electrotécnico Internacional (IEC International Electrotechnical Commission). En campo internacional los trabajos de normalización electrotécnica son competencia del IEC. Este publica recomendaciones internacionales las cuales reciben el nombre de Normas Internacionales; tales recomendaciones están destinadas a ayudar a los Comités Nacionales en la elaboración de las normas del propio país, de manera de armonizar las prescripciones técnicas de las distintas naciones y facilitar los intercambios de material eléctrico. Commission International de Reglamentation Eléctrica (CEEI). Este organismo está limitado a países europeos y ha asumido la función de formular prescripciones precisas para la construcción del material eléctrico de uso común generalmente adquirido y utilizado por usuarios inexpertos, a fin de proteger personas y cosas de los riesgos que puedan derivar del uso de material eléctrico de calidad deficiente. La normalización y unificación tiene los siguientes objetivos: – Técnicos: aligerar el trabajo de las oficinas de proyecto de las fábricas, mayor rapidez de construcción de los materiales. – Organizativos: una más racional producción y en consecuencia un notable ahorro de tiempo en la ejecución de los trabajos. – Económicos: perfeccionamiento del proceso productivo, consiguiente reducción red ucción de costos, mejoramiento de la calidad de los materiales, expansión de las ventas.

Consejo Nacional de Electricidad CENACE: Centro Nacional de Control de Energía IRAM: Instituto Argentino de Racionalización de Materiales. CEA: Comité Electrotécnico Argentino CEI: Comité Electrotécnico Italiano AEI: Asociación Electrotecnica Italiana UNEL: (Unificazione Elettrotecnica) en Italia CESI: Centro Electrotécnico Sperimentale Italiano

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COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO. DEFINICIÓN. Se denomina coordinación del aislamiento al conjunto de procedimientos, utilizados principalmente para la especificación de los equipamientos, que tiene por objetivo fundamental la reducción, a nivel económico y operacional aceptable, de la probabilidad de fallas en los equipamientos y falta de suministro de energía, teniendo en cuenta las solicitaciones que pueden ocurrir en el sistema y las características de los dispositivos de protección. OBJETIVOS: - Las máquinas y los aparatos se construyen de manera que sean capaces de soportar sin daños las solicitaciones provocadas por las sobretensiónes de tipo atmosférico o de origen interno (maniobra) contenidas dentro de ciertos niveles, - Colocación de aparatos de protección (descargadores) y adoptando criterios de construcción de las instalaciones, se trata de contener las sobretensiónes dentro de los niveles tolerables para las máquinas y los equipos. RELACIÓN ENTRE VALORES • Con esto se trata de seleccionar la capacidad de soportar las solicitaciones dieléctricas que

deben tener materiales, equipos e instalación en función de las tensiónes que pueden aparecer en las redes considerando también las características de los dispositivos de protección disponibles. • El enfoque de este problema consiste en evaluar la sobretensión máxima que se presenta en un punto de la red y elegir, con carácter ampliamente empírico, una tensión de ensayo que presente un margen de seguridad conveniente. • En muchos casos la elección del nivel de aislación es hecha simplemente en base a experiencia adquirida en redes similares. • No es económico diseñar equipos y sistemas con grados de seguridad tales que permitan soportar sobretensiónes excepcionales. • Se admite que aún en un material bien dimensionado puedan producirse fallas y el problema es entonces limitar su frecuencia teniendo en cuenta un criterio económico basado en costo y continuidad del servicio. • La coordinación de la aislación está esencialmente basada en limitar el riesgo de falla , en lugar de fijar a priori un margen de seguridad.

TIPOS DE AISLAMIENTO. • Aislación Externa: Puede ser en aire atmosférico o de superficies en contacto con la atmósfera sometidas a la influencia de condiciones atmosféricas, polución, humedad, etc., interna, sólida, líquida o gaseosa, protegida de la influencia atmosférica. • Aislación Interna: Es cuando está protegida de los agentes atmosféricos (polución, humedad, etc.) CARACTERÍSTICAS DE AISLACIÓN. Las características de aislación de un aparato están ligadas a: – Tensión nominal de la red, ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 80


– Tensión más elevada de la red, que aparece en un instante cualquiera y en cualquier punto

de la red en condiciones de explotación normales. El material se elige entonces teniendo en cuenta que su tensión más elevada sea mayor o igual a la tensión más elevada de la red en la cual se utilizará el material.



CAPITULO 5 AISLADORES MATERIALES ELÉCTRICOS • Los materiales se pueden clasificar según su conductividad eléctrica, en: – conductores, – semiconductores y – aislantes eléctricos.

CONDUCTORES • Un conductor es cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad. • La diferencia entre un conductor y un aislante, es que este último es un mal conductor de electricidad, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. • Un buen conductor de electricidad como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. • El fenómeno conocido como superconductividad se produce cuando al enfriar ciertas sustancias a una temperatura cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve prácticamente infinita. En los conductores sólidos la corriente corr iente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones. CONDUCTORES CARACTERÍSTICAS FÍSICAS – Estado sólido a temperatura normal, excepto el mercurio que es liquido. – Buenos conductores eléctricos y térmicos. – Brillantes, una vez pulidos, y estructura cristalina en estado sólido. – Dureza o resistencia a ser rayados; – Resistencia longitudinal o resistencia a la rotura; – Elasticidad o capacidad de volver a su forma original después de sufrir deformación; – Maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por la acción del martillo; (puede batirse o extenderse en planchas o láminas) – Resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza o presión continuadas – Ductilidad: permite su deformación forzada, en hilos, sin que se rompa o astille. CONDUCTORES CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS – Valencias positivas: Tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. – Tienden a formar óxidos básicos. – Energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. CONDUCTORES CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS – Baja resistencia al flujo de electricidad. – Todo átomo de metal tiene únicamente un número limitado de electrones de valencia con los que puede unirse a los átomos vecinos. – Ejemplos de metales conductores: Cobre. Este material es un excelente conductor y soporta los problemas de corrosión causados por la exposición a la intemperie, por eso se ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 82


usa para los cables. También el aluminio es un buen conductor. La más baja conductividad eléctrica la tiene el bismuto, y la más alta (a temperatura ordinaria) la plata.

SEMICONDUCTORES • Material capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. • La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente corr iente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial o voltaje. • Ciertos metales, como el cobre, oro, plata y aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. • A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. • Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. • Entre los semiconductores comunes se encuentran elementos químicos y compuestos, como: el silicio, el germanio, el selenio, el arseniuro de galio, el seleniuro de cinc y el telururo de plomo. • Para incrementar el nivel de la conductividad se provocan cambios de temperatura, de la luz o se integran impurezas en su estructura molecular. AISLANTES Un material aislante es aquel que, debido a que los electrones de sus átomos están fuertemente atraídos a sus núcleos, prácticamente no permite sus desplazamientos, o bien, los átomos del material se encuentren aislados o muy separados entre sí y, por ende, el paso de la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de tensión o voltaje entre dos puntos del mismo. Ejemplos: – los plásticos, – vidrio, – diamante. Definición: Es toda sustancia de tan baja conductividad eléctrica que el paso de corriente a través de ella puede ser despreciada. Conceptos generales: • Corriente de fuga: Es una pequeña corriente que pasa a través del aislante. • Descarga disrruptiva: Es cuando el potencial entre el conductor y el aislante es nula y por ende la conducción es franca. Funciones fundamentales de los Aislantes. • Permiten aislar eléctricamente los conductores entre si y estos mismos conductores

respecto a tierra. • Modificar el campo eléctrico en gran proporción que los atraviesa.



TIPOS DE DIELÉCTRICOS. • DIELÉCTRICO PERFECTO: Es aquel que tiene conductancia nula. único). Ej: el vacio (es (es el único). • DIELÉCTRICO IMPERFECTO: Todos 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 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN AISLANTE Consta de dos ramas en paralelo que representa respectivamente, las componentes capaci capaci tiva ti va y óhm hmii ca de la corriente de fuga. C = Permitancia R1 = Perdida por absorción de corriente del dieléctrico. R2 = Perdida por componente óhmica de la corriente de fuga. If = Corriente de fuga.

• En un dieléctrico perfecto R1=0 y R2= infinito • Los valores de C, R1 y R2 dependen de: – Temperatura – Frecuencia – Tensión del dieléctrico

PROPIEDADES DE LOS AISLANTES Existen 5 tipos de propiedades de los dieléctricos y estas son: 1. Eléctricas 2. Mecánicas 3. Físico 4. Térmicas 5. Químicas



PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS AISLANTES 1.- Resistencia de aislamiento: Es la resistencia que opone al aislante al paso de la corriente eléctrica; existen 2 tipos que son: 1.1.- Resistencia de asilamiento transversal: Es la que ofrece la superficie del material al paso de la corriente cuando se aplica una tensión ten sión entre dos zonas de dicha superficie superf icie 1.2.- Resistividad transversal: Es el valor de la resistencia referida a la superficie comprendida entre las dos caras sometidas a tensión se mide en: MΩ*cm/cm^2

2.- Rigidez dieléctrica: Es la propiedad de un aislante de oponerse a ser perforado por la corriente eléctrica. 3.- Tensión de perforación: Es la tensión máxima que puede soportar un aislante sin perforarse. RD=VP/Esp, donde: RD= Rigidez dieléctrica VP = Voltaje de perforación Esp = Espesor 4.- Temperatura límite: La rigidez dieléctrica es independiente a la temperatura y de la tensión hasta cierto valor; por encima de ese valor la RD disminuye rápidamente; el valor en su punto de inflexión se denomina temperatura límite.

5.- Constante dieléctrica de un aislante: Es la relación entre la capacidad de un condensador que emplea como dieléctrico el material considerado y la capacidad del mismo condensador empleando como dieléctrico el vacio. C: Capacidad (μF)

S: Superficie (cm^2) n: Numero de placas ε: Constante dieléctrica d: Distancia entre placas (espesor del dieléctrico en cm)

6.- Factor de pérdidas dieléctricas: Perdida Dieléctrica: Es la potencia eléctrica perdida a través de los aislantes, produciéndose un calentamiento del material .aislante Factor de pérdidas dieléctricas: Este constituye un elemento para medir la pérdida de potencia por calentamiento de los aislamientos; la potencia perdida en el aislante debe ser mínima o nula. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 85


P V * V * I * I *Cos Entonces es preciso que Cosф = 0, este es el caso de un aislamiento ideal; en la práctica se

producen perdidas cuyo valor generalmente gene ralmente es muy reducido. 7.- Factor de perdidas dieléctricas: Es el coseno del ángulo de desfase entre la tensión y la componente de la corriente que atraviesa dicho aislante. En un aislante ideal Cosф=0, o sea FP=Cosф

8.- Resistencia al arco: Es el tiempo que un material es capaz de resistir los efectos destructivos de un arco. En los aislantes líquidos y gaseosos el arco eléctrico es una conducción iónica por lo que luego se vaporiza; en los aislantes sólidos cuando se produce un arco eléctrico estos se carbonizan. El tiempo que es capaz de resistir depende de la tensión aplicada y de la corriente de arco. Para controlar, extinguir o desviar el arco se utilizan dispositivos como cámaras apaga chispas. PROPIEDADES MECANICAS DE LOS AISLANTES 1.- Resistencia a la tracción: Es la propiedad de resistir esfuerzos mecánicos que tienden a estirar o alargar un material, su valor en los aislantes es relativamente bajo. 2.- Resistencia a la compresión: Es la propiedad de resistir esfuerzos mecánicos que tienden a acortar o comprimir un material, sus valores suelen ser más elevados que los de tracción. 3.- Resistencia a la flexión: Es la capacidad de resistir esfuerzos que tiendan a doblar el aislante. Todas estas propiedades están influenciadas por la humedad y temperatura. 4.- Resistencia a la cortadura: Es la propiedad de resistir esfuerzos mecánicos que tienden a hacer deslizar una parte del material sobre la otra. 5.- Resistencia al choque: Es la capacidad de resistir un choque o golpe. 6.- Dureza: Es la resistencia que opone un material a ser penetrado. 7.- Limite elástico de un material: Es el máximo esfuerzo que puede aplicarse al mismo, sin que experimente deformaciones permanentes. 8.- Maquinabilidad de un material: Es la facilidad con que puede ser mecanizado con herramientas cortantes.

PROPIEDADES FISICO – QUIMICAS DE LOS AISLANTES 1.- Peso especifico: Es el peso por unidad de volumen del material [gr/cm^3] 2.- Porosidad: Es la propiedad que tienen todos los cuerpos de dejar espacios vacios entre sus moléculas. La porosidad constituye un grave inconveniente en los aislantes que contribuye a: - En los poros se acumula humedad y polvo ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 86


- El aire que llene los poros por acción del campo eléctrico se ioniza, lo que disminuye la resistencia dieléctrica del aislante. 3.- Higroscopicidad: Es la capacidad de absorber humedad que tiene un material. La humedad en los aislantes disminuye la rigidez dieléctrica y la resistencia de aislación; para reducir el efecto de la humedad en los aislantes sólidos se los reviste con una sustancia impermeable.

PROPIEDADES TERMICAS DE LOS AISLANTES 1.- Calor especifico: Es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo de dicho material. Un buen aislante tiene un calor específico elevado. 2.- Conductividad térmica: Es la facilidad que un material presenta al paso del calor. Un buen aislante debe tener baja conductividad térmica, o lo que es lo mismo buen aislante térmico. (desprender gases y vapores sin la 3.- Inflamabilidad: Es la facilidad para inflamarse (desprender producción de llamas). llamas). Existen tres tipos de aislantes: muy inflamables, menos inflamables y los ininflamables. Se prefiere los menos inflamables, principalmente en aplicaciones de alta temperatura o en atmosferas explosivas. 4.- Temperatura de Seguridad: Es la temperatura límite a la que pueden estar sometidos los aislantes sin que se produzca la degradación de sus propiedades mecánicas y luego eléctricas, que lo conduzcan a su destrucción. La destrucción del dieléctrico no se produce inmediatamente que se llego a la temperatura crítica, sino que se produce por la acción prolongada de la temperatura. .- Temperatura de reblandecimiento: Antes de su destrucción, muchos aislantes, al .5 alcanzar cierta temperatura se ablandan y se deforman, se dice entonces que se ha alcanzado su “punto de reblandecimiento” -

PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS AISLANTES En general los aislantes se caracterizan por su buena resistencia química. Los aislantes están sometidos a la acción de agentes y ambientes que contienen líquidos, gases y vapores corrosivos que ocasionan su lento y continuo envejecimiento, acabando en su destrucción. El campo eléctrico se visualiza en las descargas, que se producen por las elevadas tensiónes, de esta forma parte del oxigeno del aire se ioniza, formando ozono de un gran poder oxidante, muy perjudicial para los materiales aislantes.

1.- Resistencia al ozono: El ozono se produce al ionizarse el aire por acción del campo eléctrico, es un poderoso oxidante y se produce en presencia de tensiónes de servicio muy elevadas; para contrarrestar sus efectos se utilizan sustancias antioxidantes. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 87


2.- Resistencia a la luz solar: Los rayos ultravioletas producen decoloración y fragilidad en los aislantes que están a la intemperie. 3.- Resistencia a los ácidos: La acción perjudicial de estos agentes químicos sobre los aislantes es lenta; en general, la resistencia química es buena. PROPIEDADES DE LOS AISLANTES.

CLASIFICACION DE LOS AISLANTES SEGUN LA TEMPERATURA DE SERVICIO. - La destrucción de un aislante no se realiza de forma inmediata sino en forma progresiva con el tiempo, ayudado por la temperatura temperat ura que produce un deterioro en la resistencia mecánica y en su estructura. - La disminución de las propiedades mecánicas va acompañado de la disminución paulatina de su vida útil. - Cuando la temperatura ataca a los aislantes no solo modifica el dieléctrico sino que también lo hace con la resistencia dieléctrica del mismo. La vida útil de un aislante depende de: - Medio ambiente, fundamentalmente porque modifica sus propiedades - Del oxigeno - De las cargas mecánicas a las que está sometido - De la temperatura de trabajo - De la temperatura del ambiente - Tiempo que trabaja - Productos químicos El tiempo en que un aislante conserva sus propiedades dieléctricas depende de: - El material utilizado - Sus propiedades mecánicas - El valor de los esfuerzos mecánicos a los que está sometido Los materiales aislantes se agrupan en: CLASE Y (temperatura limite de trabajo 90 C) CLASE A (temperatura limite de trabajo 105 C) CLASE E (temperatura limite de trabajo 120 C) ⁰

⁰

⁰



CLASE B (temperatura limite de trabajo 130 C) CLASE F (temperatura limite de trabajo 155 C) CLASE H (temperatura limite de trabajo 180 C) CLASE C (más de 180 C) ⁰

⁰

⁰

⁰

CLASE Y (temperatura limite de trabajo 90 C) - Algodón - Seda - Papel sin impregnación - Polietileno reticulado - Cartones sin impregnar - Fibra vulcanizada - Madera

CLASE A (temperatura limite de trabajo 105 C) - Asociaciones de algodón seda y papel cuando están impregnados o sumergidos en un dieléctrico como el aceite - Materiales moldeados o estratificados [Cada [Cada una de las capas de un tejido orgánico que se sobreponen a otras o se extienden por debajo de ellas] (micarta, pertinax) - Fibra vulcanizada y madera impregnada - Laminas y hojas de acetato de celulosa - PVC (Policloruro de vinilo) - Barnices aislantes a base de resinas naturales, asfaltos naturales. CLASE E (temperatura limite de trabajo 120 C) - Papel baquelizado o resinas de características semejantes - Esmaltes a base de acetato de polivinilo - Moldeados y estratificados a base de algodón o papel y resinas - Barnices de resinas



CLASE B (temperatura limite de trabajo 130 C) - Mica, fibra de vidrio - Esmaltes a base de resinas - Tejido de vidrio impregnado con aceite - Mica y papel de mica aglomerada con laca - Caucho etileno, propileno - Barnices de resinas de melamina

CLASE F (temperatura limite de trabajo 155 C) - Mica, fibra de vidrio con aglomerantes - Tejido de fibra de vidrio tratado con resinas de poliester - Mica y papel de mica con resinas de poliester

CLASE H (temperatura limite de trabajo 180 C) - Silicona - Asociación de materiales con mica y fibra de vidrio - Tejidos de fibra de vidrio aglomerados con resinas de silicona - Mica y papel de mica aglomerados con resinas de silicona - Barnices aislantes a base de resinas de silicona CLASE C (temperatura más de 180 C) - Mica - Porcelana - Vidrio - Cuarzo - Materiales cerámicos



PRINCIPALES MATERIALES PLÁSTICOS



CLASIFICACIÓN DE LOS AISLANTES SEGÚN SU ESTADO EN LA NATURALEZA. Se clasifican en: - Sólidos - Líquidos - Gaseosos AISLANTES SÓLIDOS. Los materiales aislantes sólidos se clasifican en dos principales categorías: Inorgánicos: • Alumina • Titanio de bario • Porcelana • Oxido de Magnesio • Cristales de grado Eléctrico • Mica • Oxido de silicio

Orgánicos: • Polietileno • Etilo Propileno • Polipropileno • Politetrafluoroetileno • Poliester • Polyimides (kapton) y Polyamides (Nylon). • Policarbonatos • Resinas epoxy • Goma de silicona



RUPTURA DIELÉCTRICA EN AISLANTES SÓLIDOS. En un dieléctrico solido la ruptura depende: - Estructura molecular y la morfología del material - Geometría del material, la temperatura y el entorno ambiental. - Área y el espesor del material. - Forma de onda de la tensión aplicada. - Resistencia dieléctrica es mayor en continua o con pulso que en alterna (Efectos térmicos). AISLANTES SÓLIDOS INORGÁNICOS Alumina (Al2O3). Es ampliamente usado como relleno para aislamiento cerámico. También como substrato dieléctrico en microcircuitos. Titanio de bario (BaTiO3). Es un dieléctrico extraordinario por debajo de 120oC y su comportamiento es ferroeléctrico. Posee histéresis dieléctrica. La constante dieléctrica. Porcelana. Es un material cerámico multifase, obtenido por el calentamiento de los silicatos de aluminio (3AL2O3 2SiO2). Barnizado con un cristal con el punto de ebullición alto se usa como aislante en líneas de alta tensión. Para aplicaciones de alta frecuencia, se usan cerámicas de fase simple y bajas perdidas como la esteatita. ・

Oxido de Magnesio (MgO). Debido a su relativamente alta conductividad térmica se usa como aislamiento para el dispositivo de calentamiento en hornos (resistencia). La resistencia de calentamiento se coloca concéntricamente dentro de tubos de acero inoxidable con oxido de magnesio alrededor para dar aislamiento. Cristales de grado eléctrico (SiO2, B2O3 y P2O3). Estos cristales tienen tendencia a tener pérdidas a altas temperaturas, sin embargo a bajas temperaturas se pueden utilizar como aislantes de líneas de alta tensión y en transformadores, condensadores y circuitos pasacables con interruptor. A alta temperatura su principal aplicación se encuentra en las lámparas incandescentes y fluorescentes así como recubrimiento de tubos de rayos catódicos. Mica (muscovita KAl2 (OH)2 Si3AlO10). Dieléctrico del tipo laminado. Su carácter laminado prevé la formación de caminos conductores a través de la mica, dando lugar a una gran resistencia dieléctrica. Tiene una excelente estabilidad térmica y debido a su naturaleza inorgánica es altamente resistente a las descargas parciales. Es usado en carretes en motores y transformadores en forma de hojas, laminas y cinta.



Oxido de silicio. SiO2 Es usado en los MOS como aislante, junto con una capa de Si3 N4 (Silicon nitride). Este último se caracteriza por sus bajas perdidas y su relativamente estructura cerrada lo produce una completa pasivación del dispositivo semiconductor. La alta resistencia dieléctrica de ambos compuestos da efectividad dieléctrica en aplicaciones con FET. En circuitos integrados, una variedad de materiales son útiles para aplicaciones de condensadores de capa fina. Junto con la alumina (Al2O3) el pentoxido de tantalo (Ta2O5) se ha utilizado de forma extensa. Se caracteriza por su estabilidad a altas temperaturas y por ser resistente ser resistente a los ácidos excepto al acido hidrofluorico (HF). También se ha usado en condensadores de película fina el material hafnia (HfO2) que tiene una alta constante dieléctrica. AISLANTES SÓLIDOS ORGÁNICOS Son materiales dieléctricos orgánicos obtenidos sintéticamente, salvo el papel que consiste de celulosa que consta de una serie de unidades de glucosa. Polietileno (PE). Es quizás uno de los dieléctricos sólidos más comunes, y es ampliamente usado como aislante solido en potencia y en cables de comunicaciones. PE lineal se clasifica como polímero de densidad baja, media o alta. Mediante enlaces covalentes del PE se produce un un polímero termoestable con una temperatura de funcionamiento mayor, una mejora a la resistencia a la tensión y una resistencia mejorada a las descargas parciales. Muchos de los PE utilizados cables conformados son del tipo polietileno con enlaces covalentes (XLPE). Etileno-propileno rubber (EPR). Es un elastómero amorfo sintetizado del etileno y del propileno. Como aislante en cables su composición tiene un contenido de hasta un 50%, siendo el resto arcilla con pequeñas cantidades de silicato y carbón negro. Las perdidas dieléctricas son incrementadas por la presencia del relleno por lo que no es utilizable en aplicaciones de muy alta tensión. Se utiliza en media baja tensión (<138kV) donde es necesario cables de alta flexibilidad. Polipropileno. Es un material termoplástico con propiedades similares a las del PE de alta densidad, por lo que debido a su baja densidad tiene también baja constante dieléctrica. Tiene muchas aplicaciones en forma de molde o en bloque, así mismo como en forma de película en aislantes para condensadores con tomas, transformadores y cables. Politetrafluoroetileno (PTFE). También llamado teflón. Se caracteriza por su baja constante dieléctrica, bajas perdidas, excelente estabilidad térmica y resistencia a la degradación térmica. Ha sido usado de forma extensa en aislamiento, hilos cables, transformadores, motores y generadores. Su relativamente alto costo se debe a sus compuestos y proceso de fabricación. Poliésteres. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 94


Pueden ser termoestables o termoplásticos. La forma de empleo más usual es en lámina de vidrio y moldes reforzados de fibra de vidrio, mientras que los poliésteres termoplásticos son usados para aplicaciones con moldes de inyección. Se usan en pequeños como en grandes aparatos eléctricos y en aplicaciones electrónicas.

Polyimides (kapton) y Polyamides (Nylon). Están constituidas por un vidrio de termoplástico a alta temperatura y se puede exponer a temperaturas de 480ºF (249ºC). Cuando se refuerza con vidrio su temperatura puede alcanzar los 700ºF (371ºC). Se usa en forma de moldes, hilos estirados y película. Policarbonatos: Son termoplásticos que tienen una relación muy cercana a los poliésteres. Se emplean principalmente en el aislamiento de herramientas eléctricas y en carcasa de aplicaciones eléctricas. Los policarbonatos pueden ser moldeados por compresión o inyección. Resinas epoxy: Se caracterizan por tener alta resistencia mecánica y baja capacidad de contracción. Puede ser reforzado con fibra de vidrio y mezclado con copos de mica. Las aplicaciones que tiene son, por ejemplo, los aislamientos de barras en estator maquinas rotatorias (motores), transformadores de estado sólido. Goma de silicona. Es clasificado como un elastómero inorgánico – orgánico. Diferentes rellenos son añadidos para obtener el compuesto gomoso de silicona deseado; los enlaces covalentes son obtenidos con peróxidos. Ya que no son necesarios suavizantes ni flexibilizantes, las gomas de siliconas son menos quebradizas y puede ser empleados en aplicaciones a bajas temperaturas -120ºC. Se puede usar de forma continua hasta 500ºF, y de forma intermitente hasta 700ºF. TABLA DE AISLANTES SÓLIDOS.



AISLANTES SÓLIDOS – LÍQUIDOS • Los aislantes de papel impregnados constituyen uno de los sistemas de aislamiento más antiguos utilizados en aparatos eléctricos de potencia y cables. • Aunque en algunas aplicaciones en las que se pueden alternar el uso de aislamiento solido o gases a presión, el uso de papel impregnando sigue constituyendo uno de los métodos más seguros de aislamiento disponibles. • Una adecuada impregnación del papel posibilita la eliminación de las cavidades del aislante, por lo tanto elimina la posibilidad de las descargas parciales que inevitablemente llevan al deterioro y rotura del sistema de aislamiento. • Por lo tanto papel basado en celulosa impregnada se caracterizan por valores del orden de 2 10-3 a 30kV. • El líquido impregnante empleado es aceite mineral o fluido sintético. Ya que la constante dieléctrica de estos fluidos es más o menos 2,2 y la de la celulosa seca 6,5 a 10, la constante dieléctrica resultante es de 3,1 a 3,5 aproximadamente. ・



• En un intento por reducir las perdidas dieléctricas en los sistemas solido-líquidos, los

papeles de celulosa han sido sustituidos en algunas aplicaciones por papel sintético. • Por ejemplo en cables de extra alta tensión, se han utilizado cintas compuestas por papel de celulosa y polipropileno. Un cierto contenido de papel es necesario en la cinta para mantener algo de la capacidad de impregnación de un medio de papel de celulosa poroso y de mantener la fácil capacidad de deslizamiento de las cintas de celulosa. • En transformadores, el nylon sintético o papel de poliamida (nomex) ha sido usado en forma de película y en forma de bloque. Puede funcionar de forma continua a temperaturas de hasta 220ºC.

AISLANTES GASEOSOS. Aire: A 60Hz la resistencia de ruptura con 1cm de distancia de entre los electrodos, 25oC de temperatura es de 31,7 KV. El aire es usado como aislante en las líneas de alta tensión; su ventaja principal es que no tiene costo. Nitrógeno: Tiene una resistencia de ruptura de 33,4KV. Es usado comprimido en condensadores con aislante de gas de bajas perdidas. Hexafloruro de Sulfuro (SF6). Comprimido sustituye al aire en circuitos de ruptura (interruptores) ya que tiene una resistencia de ruptura de 79,3 KV cm^-1.



Diagrama de Conductividad Eléctrica en algunos Materiales comparados con el (SF6).

Monitoreo del (SF6). ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 98


Contribución al Efecto Invernadero del (SF6).

Toxicidad del (SF6). El SF6 es incoloro, inodoro, no venenoso, no tóxico y no se acumula biológicamente. En caso de un arco interno, se producen algunos gases de descomposición, algunos son inertes como el CF4 y algunos otros tóxicos como el SO2, SOF2, HF y SF4. Como siempre, con fuertes olores (HF: ácido, SO2: picante, SOF2: huevos podridos), causan un olor el cual se detecta en muy bajas concentraciones en las cuales no hay riesgo para la salud. EL OLFATO GARANTIZA UNA PRUEBA VERDADERA DE ALTA SEGURIDAD, RASGO INDEPENDIENTE DE LAS MEDICIONES DEL EQUIPO. En los casos estudiados de situaciones de fallas de arco interno, involucrando arcos descontrolados, en el interior de compartimentos en SF6, produciendo llamas, demostraron que la concentración de los productos de descomposición por arco del SF6, permaneció por debajo de los límites admisibles para exposición momentánea.

AISLANTES LÍQUIDOS. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 99


• Los aislantes líquidos son raramente utilizados por sí mismos, son usados principalmente

para empapar o impregnar materiales como la celulosa o papeles sintéticos. • A una frecuencia de 60Hz la resistencia de ruptura de líquidos aislantes prácticos es

mayor que la de los gases. • Los valores de la resistencia de ruptura están más influenciados por la humedad y el contenido de las partículas que por su estructura molecular.

RUPTURA DIELÉCTRICA EN LOS AISLANTES LÍQUIDOS. La ruptura en los líquidos se ve afectada por: - Impurezas electrolíticas - Por el contenido en agua y oxigeno - Partículas microscópicas pueden formar un puente entre los electrodos y favorecer la rotura de aislamiento. - Área y el espesor del material. - La viscosidad. Se incrementa ligeramente. Tanto en los sólidos como en los líquidos, la resistencia dieléctrica es mayor en CC que en CA. Esto sugiere que bajo condiciones de CA la ruptura puede ser debida parcialmente a efectos de naturaleza térmica. Aceites minerales: Altamente usados en aparatos eléctricos de alta tensión. Son hidrocarburos líquidos obtenidos refinados del crudo del petróleo. Se usan principalmente en cables y transformadores. Su composición consiste en parafinas, naftalinas y constituyentes aromáticos y es dependiente de la fuente del crudo así como del proceso de refinado. Los aceites se deterioran en servicio debido a la oxidación y a la absorción de humedad. (Alkyl benzenes) Alquil benzenos. Son usados como impregnante en cables de alta tensión, a veces son sustitutos de aceites minerales de baja viscosidad en cables llenos de aceite auto-contenidos. Sus características son comparables a las del los aceites minerales, además poseen una buena características de absorción de gas. Debido a su carácter detergente, tienden a ser más susceptibles a la contaminación que los aceites minerales. (Polybutenes) Polibutenos. Son aceites sintéticos. Sus características eléctricas son comparables a las de los aceites minerales; debido a su bajo costo se usan en tubos de cables llenos de aceite. Polibutenos de alta viscosidad se han usado como impregnante en condensadores. Mezclas de polibutenos y alquil benzenos han sido usadas para obtener alta resistencia de ruptura en CA con sistemas con papel impregnado en aceite (Halogenated aliphatic hydrocarbons) Hidrocarbonos alifáticos halogenados. El rango de su constante dieléctrica va desde 1,8 a 3. Tiene mejores propiedades térmicas que el aceite mineral y es altamente resistente a la llama. Fluorcarburos. Han sido usados en transformadores de gran potencia, donde la inflamabilidad y la evacuación de calor es lo primordial. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 100


Líquidos de silicona: Fluidos de silicona se usan para aplicaciones eléctricas, primariamente para transformadores. La viscosidad de los fluidos de silicona tienen poca variación con la temperatura y por tanto la resistencia de ruptura. Aceite Castor: Tiene aplicaciones especializadas en condensadores de almacenamiento de energía debido a su excepcional resistencia a descargas parciales. Las constantes dieléctricas de los estrés son sustancialmente mayores que la de los aceites minerales. TABLA DE AISLANTES LÍQUIDOS.

RUPTURA DIELÉCTRICA En aislamientos de líneas aéreas de alta tensión o en pasamuros de equipos eléctricos, la ruptura del aislamiento puede producirse en la superficie del aislamiento y no solo en el material. Las superficies de las aislantes suelen ser de porcelana, cristal, o materiales poliméricos (elastómeros). Existen 4 tipos de ruptura dielectrica y estos son: Paso de corriente en un aislador por conductividad de masa (corriente de fuga) Paso de corriente en un aislador por conductividad superficial Paso de corriente en un aislador por perforación de la masa del aislador Paso de corriente en un aislador por descarga disruptiva a través del aire



Paso de corriente en un aislador por conductividad de masa (corriente de fuga)

Paso de corriente en un aislador por conductividad superficial

Paso de corriente en un aislador por perforación de la masa del aislador

Paso de corriente en un aislador por conductividad superficial



Paso de corriente en un aislador por perforación de la masa del aislador

Paso de corriente en un aislador por descarga disruptiva a través del aire

ENVEJECIMIENTO DEL AISLANTE Todos los materiales aislantes sufren diferentes grados de envejecimiento bajo condiciones normales de funcionamiento. El grado de envejecimiento depende: 1. La magnitud del estres eléctrico, térmico y mecánico al que el material está sujeto; 2. La composición y estructura molecular del material en si mismo, 3. El entorno físico, químico y de radiación bajo el que el material debe funcionar. ENVEJECIMIENTO DEL AISLANTE POR EL ESTRÉS ELÉCTRICO El envejecimiento mediante la aplicación del estres eléctrico depende de: 1. Valor medio y valores máximos de tensión aplicados, 2. Su frecuencia y 3. El grado de repetición de impulsos superpuestos o transitorios de sobretensión. El envejecimiento eléctrico implica los mecanismos de treeing , descargas parciales y calentamiento dieléctrico. (Treenig (Treenig : degradación interna irreversible por la formación de caminos carbonizados conductores).

ENVEJECIMIENTO DEL AISLANTE POR EL ESTRÉS TÉRMICO El envejecimiento mediante la aplicación del estres térmicos depende de: 1. Temperatura ambiente 2. El gradiente de temperatura en el aislante 3. La máxima temperatura permitida de funcionamiento ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 103


ENVEJECIMIENTO DEL AISLANTE POR EL ESTRÉS MECÁNICO El envejecimiento mediante la aplicación del estrés mecánico depende de las siguientes variables: 1. torsión, 2. compresión, 3. tensión o doblado del material. El grado de envejecimiento afectara de forma diferente si todos los estres (eléctrico, mecánico y térmico) actúan simultáneamente, separadamente o en alguna determinada secuencia.

ENVEJECIMIENTO DEL AISLANTE POR EL ENTORNO La influencia ejercida por el entorno dependerá de: 1. Si el sistema de aislamiento está sujeto a corrosión química, 2. Fluidos derivados del petróleo, 3. Agua o humedad alta, 4. Aire u oxigeno, 5. Radiación ultravioleta del sol y 6. Radiación nuclear. PASOS PARA LA SELECCION DEL MATERIAL AISLANTE Determinar las condiciones del entorno en las que el material va a trabajar incluyendo: Temperatura, humedad, elementos químicos y radiación. - Eliminar de la lista de materiales candidatos aquellos que no sean suficientemente resistentes a las condiciones de trabajo, por ejemplo de temperatura. - Considerar solamente aquellos materiales que posean las requeridas cualidades dieléctricas y mecánicas como: – Maleabilidad, – Deformabilidad y – Dureza ante impactos). PASOS PARA LA SELECCION DEL MATERIAL AISLANTE – Compatibilidad con otros componentes en un sistema aislante. – Fácil fabricación, tanto en tiempo y costo del sistema aislante. – Construcción y prueba del prototipo. Este es el paso final a realizar, con rediseño y nuevas pruebas si fuese necesario. Las propiedades listadas en las hojas de características deben servir solo de comparación entre los materiales candidatos y mostrar donde las diferencias son significantes.



AISLADORES AISLADORES PARA MEDIA Y BAJA TENSIÓN De acuerdo a su uso se pueden clasificar en: – Aisladores de porcelana – Aisladores de vidrio – Apartarrayos – Cortacircuitos – Cuchillas desconectadoras – Boquillas – Aisladores poliméricos AISLADORES DE PORCELANA

AISLADORES DE PORCELANA TIPO ALFILER O PIN DEFINICIÓN: Es un aislador formado por uno o varios faldones que se montan rígidamente en un vástago roscado llamado alfiler, con el cual forma un conjunto desmontable. Uso: Aislar conductores eléctricos en líneas aéreas de redes de distribución.

AISLADORES DE PORCELANA TIPO POSTE LÍNEA DEFINICIÓN: Es un aislador formado por una pieza de porcelana unida con una base metálica, formando un ensamble rígido con el cual se forma un conjunto desmontable. Uso: Aislar conductores eléctricos en líneas aéreas de redes de distribución en zonas de alta incidencia de descargas atmosféricas. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 105


AISLADORES DE PORCELANA TIPO POSTE LÍNEA TIPO CONTAMINACIÓN DEFINICIÓN: Es un aislador formado por una pieza de porcelana unida con una base metálica, formando un ensamble rígido con el cual se forma un conjunto desmontable. Uso: Aislar conductores eléctricos en líneas aéreas de redes de distribución en zonas de alta contaminación. Puede usarse en zonas de alta incidencia de descargas atmosféricas.

AISLADORES DE PORCELANA TIPO COLUMNA DEFINICIÓN: Aislador de porcelana de forma cilíndrica con faldones y con herrajes que permiten su instalación rígida por ambos extremos. Uso: Como componente de cuchillas desconectadoras y como soporte de buses y equipo en subestaciones.

AISLADORES DE PORCELANA TIPO CARRETE DEFINICIÓN: Aislador de forma cilíndrica con una o varias ranuras circunferenciales externas y perforado axialmente para su montaje. Uso: Soportan y aíslan las líneas de baja tensión, montados sobre bastidores.



AISLADORES DE PORCELANA TIPO RETENIDA DEFINICIÓN: Aislador de porcelana de forma cilíndrica con dos perforaciones y ranuras transversales. Uso: Como soporte aislante en los cables tensores entre el poste y el suelo y para tensar líneas aéreas y estructuras de distribución.

AISLADORES DE VIDRIO TIPO SUSPENSIÓN Función: su función es la de soportar mecánicamente y aislar eléctricamente los conductores de las líneas de transmisión y distribución.

PARARRAYOS TIPO DISTRIBUCION Función: La función básica del pararrayos es proteger las instalaciones eléctricas de media tensión principalmente los transformadores, cuando en la línea se produce una sobre tensión que puede ser debida a la incidencia de descargas atmosféricas. Los pararrayos son a base de óxidos metálicos con envolvente de porcelana para aplicación en zonas normales y de alta contaminación.



AISLADORES POLÍMEROS Función: Se utiliza para aislar los circuitos de media tensión de en los sistemas de distribución de energía eléctrica. Existen para los siguientes valores de tensiónes: – 13,2, – 23 y – 34,5 kV Este aislador sustituye a los aisladores de vidrio templado.

AISLADORES SEGÚN LA NORMATIVA ANSI AISLADORES TIPO ALFILER O PIN ANSI 56-1 A 33KV AISLADORES DE PORCELANA TIPO ALFILER O PIN ANSI 56-1 A 33KV

AISLADORES DE PORCELANA TIPO ALFILER O PIN ANSI 56-2 A 33KV



AISLADORES DE PORCELANA TIPO ALFILER O PIN ANSI 56-3 A 33KV

TABLA DE AISLADORES DE PORCELANA TIPO ALFILER O PIN A 33KV

AISLADORES DE PORCELANA TIPO ALFILER O PIN ANSI 55-4 A 13,2KV





TABLA DE AISLADORES DE PORCELANA TIPO ALFILER O PIN A 13,2KV



AISLADORES DE PLATO O SUSPENSIÓN AISLADORES DE PLATO O SUSPENSION ANSI 52-4 52-6 A 33KV

TABLA DE AISLADORES DE PLATO O SUSPENSIÓN ANSI 52-4 52-6 A 33KV

AISLADORES DE PLATO O SUSPENSIÓN ANSI 52-1 A 13,2KV



AISLADORES DE PLATO O SUSPENSIÓN ANSI 52-4 A 13,2KV

TABLA DE AISLADORES DE PLATO O SUSPENSIÓN ANSI 52-4 52-6 A 33KV

AISLADORES CARRETE O ROLLO AISLADORES CARRETE ANSI 53-3



AISLADORES CARRETE ANSI 53-4

TABLA DE AISLADORES CARRETE ANSI 53-3 53-4

AISLADORES TENSOR AISLADORES TENSOR ANSI 54-1 54-2 54-3 54-4



TABLA DE AISLADORES TENSOR ANSI 54-1, 54-2, 54-3 y 54-4

AISLADORES TIPO AISLADORES TIPO POSTE ANSI 57-1 57-2 57-3

TABLA DE AISLADORES TIPO POSTE ANSI 57-1, 57-2, 57-3



AISLADORES POLÍMEROS



CAPÍTULO 6 CONDUCTORES CONSIDERACIONES GENERALES El cable no es un elemento independiente, pero forma parte de un sistema eléctrico. La selección del cable involucra básicamente tres etapas: a) Definir, entre las posibles alternativas, aquellos que a principio se presentan como los más indicados. b) Dimensionamiento del cable con respecto a cada cad a alternativa escogida. c) El análisis de los resultados, para la definición final de mejor alternativa entre las consideradas. DETERMINACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS La definición de las alternativas a ser analizadas, debe ser hecha a partir de una serie de condiciones que son establecidas por el proyectista mediante consideraciones operacion operaci onal ales es y económi económi cas: cas:

1 Tipo y proyecto del sistema: El tipo de sistema (transmisión, distribución, iluminación publica, etc.), pueden ser determinantes en la elección elec ción del tipo de cable. 2 Tensión y potencia: Los varios tipos de cables presentan limitaciones de tensión y potencia en las que puede operar. 3 Longitud del circuito: Particularmente en baja tensión, la longitud del circuito debe ser considerada principalmente para que este en el margen del valor aceptable de caída de tensión. 4 Tipo de carga: Las cargas inductivas, capacitivas o puramente resistivas, pueden exigir cables con los detalles de construcción diferente. 5 Condiciones ambientales: Los cables deben ser dotados de protección mecánicas, conveniente con las condiciones ambientales del lugar de instalación del circuito. 6 Trayecto: Los eventuales desniveles o curvas a lo largo del trayecto del cable, son importantes en la opción de los materiales de aislamiento y protecciones. 7 Confiabilidad deseada: El tipo de aislamiento deberá presentar confiabilidad compatible, con la deseada para los sistemas a corto, medio y largo plazo. CONSIDERACIONES PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL AISLAMIENTO El dimensionamiento de cables referente a cada alternativa consiste en calcular: - la sección y - el espesor aislante necesario. La sección depende: - del material conductor, - de la corriente a transportar y -el tipo de la instalación. El espesor del material dieléctrico depende de: - la sección del conductor y - la tensión eficaz



ANÁLISIS DE RESULTADOS PARA LA ELECCIÓN DEL CONDUCTOR El análisis de los resultados, consiste en comparar el costo de cada alternativa en base de las restricciones del presupuesto del proyecto. En el caso de inviabilidad, será necesario redefinir las condiciones iniciales del proyecto implicando en escoger nuevas alternativas y reinicio del proceso. El diagrama de flujo para proceder ilustra el proceso de escogitamiento del cable. ANÁLISIS DE RESULTADOS PARA LA ELECCIÓN DEL CONDUCTOR

DAÑOS QUE GENERA EL MAL DIMENSIONAMIENTO DE LOS CONDUCTORES EN UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA - Cortes de Suministro - Riesgos de incendio - Perdidas de Energía - Sobre calentamiento de los conductores - Corto circuitos - Caídas de tensión - Fallas de aislación a tierra



CAÍDA DE TENSIÓN

SOBRECALENTAMIENTO DE LOS CONDUCTORES

CORTOCIRCUITOS

FALLAS DE LA AISLACIÓN A TIERRA



CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE LOS CONDUCTORES La corriente eléctrica origina calentamiento en los conductores (efecto Joule: I2 x R). El exceso de temperatura genera dos efectos negativos en los aislantes: – Disminución de la resistencia de aislación. – Disminución de la resistencia mecánica. El servicio operativo de la energía eléctrica y su seguridad dependen directamente de la calidad e integridad de las aislaciones de los conductores. Las aislaciones deben ser calculadas en relación a la carga de energía eléctrica que transporten los conductores y a la sección o diámetro de los mismos. PROPIEDADES DE LOS CONDUCTORES

• ELÉCTRICAS – Resistencia – Resistividad – Conductividad • MECÁNICAS – Coeficiente de trabajo a la tracción – Coeficiente de trabajo a la compresión – Coeficiente de trabajo a la flexión – Coeficiente de trabajo a la cortadura • FÍSICO – QUÍMICAS – Peso especifico – Calor especifico – Conductividad térmica – Calor y temperatura de fusión – Coeficiente de dilatación

PROPIEDADES ELÉCTRICAS RESISTENCIA ELÉCTRICA Para un material: “Es el grado de oposición que ofrece el material al paso de la corriente” y es: R=V/I Para un conductor: “la resistencia es independiente del V e I y más bien depende de la naturaleza de sus componentes y de sus dimensiones físicas ” R=p*l/S Su unidad es el ohmio Ω y su inversa es la conductancia y su unidad es el Siemens. Es la constante característica de cada material. Para un material determinado la resistividad eléctrica será igual a la resistencia de un conductor de un metro de largo y de un milímetro cuadrado de sección.



CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA Es la constante característica de cada material inversa a la resistividad. X=1/p X=l/R*S Su uso es indistinto; por ejemplo para el Cu p = 0,017241 X = 58 PROPIEDADES MECÁNICAS Los materiales conductores deben tener un comportamiento mecánico, que haga posible su uso en los sistemas y circuitos. Para cada elemento conductor se definen coeficientes o límites de trabajo, que permiten adecuarlos a las solicitaciones mecánicas. Coeficiente de trabajo a la tracción. Coeficiente de trabajo a la compresión

También se consideran: Coeficiente de trabajo a la flexión. Coeficiente de trabajo al corte. Modulo elástico (Modulo de Young) que es la relación entre el esfuerzo de tracción y el alargamiento producido.

F: Esfuerzo (Kg) l: longitud inicial (mm) S: Sección (mm^2) Δl: alargamiento (mm) PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS

CALOR ESPECÍFICO Es la cantidad de calor necesaria para elevar 1 grado ºC su unidad de masa Su unidad es: J / (Kg*Cº) CALOR Y TEMPERATURA DE FUSIÓN CALOR DE FUSIÓN: Es la cantidad de calor que se ha de transmitir a la unidad de masa de este cuerpo para que pase del estado sólido a líquido. Esta característica es muy importante; ya que representa un límite para el empleo, tanto como conductor en situación de componente del circuito y especialmente para el empleo como fusible. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 120


CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Es la capacidad de permitir el paso de un flujo calórico y se mide en función de la cantidad de calor que atraviesa en una unidad de tiempo. COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL La dilatación lineal es el aumento de longitud en una determinada dirección. Y el coeficiente de dilatación lineal es el aumento que experimenta la unidad de longitud de un determinado material al aumentar un grado centígrado su temperatura. COMPONENTES DEL CABLE O CONDUCTOR CONSTRUCCIÓN DEL CABLE Los diversos componentes de los cables de energía en el mismo orden de fabricación, o sea, de conductor a capa externa son: Componentes del cable: - Conductor - Blindaje sobre el conductor - Aislamiento - Blindaje sobre los aislamientos - Protección

Conductor: Al considerar el conductor como componente del cable deben ser analizados dos aspectos: – El materiales a ser utilizado y – La forma geométrica del conductor.



Materiales Los materiales utilizados actualmente en la fabricación de conductores de cables eléctricos son de cobre y/o aluminio. El cobre: es un material tradicional, debe ser electrolítico, o sea refinado por electrolisis, de pureza mínima 99.9%, de conductibilidad 100% Solamente en aplicaciones especiales, se pone necesaria la utilización de cobre duro y semiduro.

-

El aluminio: normalmente se obtiene por laminación continua, viene siendo ampliamente empleado como conductor eléctrico, en virtud principalmente de: facilidad de trabajarlo, menor peso especifico y conveniencia económica.

Para una comparación entre ambos materiales, relacionaremos las secciones necesarias de cada una para el transporte de una misma corriente. Esta condición equivale aproximadamente a igualar las resistencias óhmicas, o sea:

Como la conductibilidad del aluminio es 61% de la del cobre, podemos escribir, en base a la p AL SCU = Pcu Sal Para el transporte, el aluminio pesara cerca de la mitad que del cobre para un mismo trabajo eléctrico y el conductor de aluminio tendrá un diámetro 28% mayor que el del cobre. La mayor limitación al uso de aluminio viene siendo la fabricación de accesorios por la rápida oxidación del metal cuando en contacto con el aire. Con el desarrollo de nuevas técnicas de trabajo y líneas de accesorios especiales estos problemas están hoy resueltos y los cables de aluminio han encontrado amplia aplicación.

Forma (Tipos de construcción): Varias alternativas de construcción de conductores de cobre o aluminio son posibles; entre ellas puedo citar a: - Redondo solido - Redondo normal - Redondo compacto - Sectorial Compacto - Flexibles y extraflexibles - Conci



Forma (Redondo Sólido): Solución ideal desde el punto de vista económico; su limitación está en el aspecto dimensional y la flexibilidad, siendo utilizado, por tanto apenas en secciones menores (hasta 6 AWG = 4.11mm). Su uso en el ámbito de cables de energía está limitado a hilos para construcciones, o en aplicaciones especiales.

Forma (Redondo normal): También llamados conductores de formación concéntrica; o de formación regular. Se caracterizan por: - Son ampliamente utilizados en cables de energía monopolares o multipolares, con cualquier tipo de aislamiento. - Presentan mejor flexibilidad. - Están constituidos de un hilo longitudinal, en torno del cual son colocadas, en forma de espiral una o más coronas de hilos del mismo diámetro del hilo central.

Forma (Redondo compacto): La construcción es semejante al tipo redondo normal, se puede después del enrollado, aplicar un proceso de compactación. La ventaja se traduce en la reducción del diámetro externo, eliminación de los espacios vacios en el interior del conductor y superficie externa más uniforme (menor área externa), Su desventaja que tiene menor flexibilidad.

Forma (Sectorial compacto): Es fabricado análogamente al redondo compacto. Se fabrican en cables multipolares (tripolares y cuadripolares) trae la ventaja de reducción del diámetro externo del cable y consecuente economía de materiales de relleno y protección.



Forma (Flexibles y Extraflexibles): Utilizadas en cables alimentadores de maquinas móviles (excavadoras, dragas, puentes rodantes, etc.) o aparatos portátiles (maquinas de soldar, aparatos electrodomésticos, etc.). Se obtienen a través de encordonamiento de gran número de hilos de diámetro reducido.

Forma (Conci): Se trata de un conductor anular cuyo núcleo es hueco, formando un canal para el aceite impregnante. Es formado por una o varias coronas anulares, que a su vez son formadas por sectores anulares (hilos Conci) encordonados helicoidalmente. Son también usados en cables de alta tensión con sección de 1000MCM.

COMPONENTES DEL CABLE (BLINDAJE DEL CONDUCTOR) Conductor sin Blindaje: Al no poseer blindaje tan solo posee una capa aislante. Con esta construcción simple el campo eléctrico debido a la energización, asume una forma distorsionada, provocando concentración de esfuerzos eléctricos en determinados puntos. En estas condiciones, las solicitaciones eléctricas pueden exceder los límites permisibles por el aislamiento, ocasionando una depreciación en la vida del cable.

Conductor con Blindaje: Con la interposición de una capa semiconductora, el campo eléctrico se torna uniforme y los problemas son minimizados o totalmente eliminados. Para un perfecto desempeño de esta función, el blindaje interno, está constituido por una capa semiconductora, la cual debe estar en íntimo contacto con la superficie interna del aislamiento. El blindaje está constituido por cintas de papel semiconductor aplicadas helicoidalmente.



COMPONENTES DEL CABLE (AISLAMIENTO).

COMPONENTES DEL CABLE (TIPOS DE AISLAMIENTO). La variedad de aislamientos empleados en los conductores eléctricos es amplia, a manera de resumen se cita lo siguiente: A Aislamiento de asbesto MI Aislamiento mineral R Aislamiento de hule SA Aislamiento de silicio-asbesto T Aislamiento termoplástico V Aislamiento de cambray con barniz X Aislamiento de polímero sintético con barniz FEP Etileno Propileno Fluorado RHW Polímero sintético o de cadena cruzada resistente al calor y a la flama THW-LS Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de incendio BLINDAJE SOBRE EL AISLAMIENTO Consiste en una capa de material semiconductor en la mayoría de los casos, también de una capa de material conductor aplicado sobre la superficie del aislamiento. Su principal finalidad es confinar el campo eléctrico dentro de los cables aislados.



PROTECCIONES Se distinguen dos tipos: No metálicas y metálicas. Protecciones no metálicas: Los cables de energía son normalmente protegidos con una capa no metálica. Estas capas externas son normalmente hechas con PVC Polietileno o Neoprene y su selección se basa en la resistencia a acciones de naturaleza mecánica o química. La mayoría de los casos, la capa de los cables con aislamiento seco y de PVC, son mas económicos y con resistencia suficiente para el uso corriente. El polietileno (pigmentado con negro para tornarlo resistente a la luz solar) es utilizado para instalaciones en ambientes con alto contenido de ácidos, bases o solventes orgánicos.

Protecciones metálicas: Las protecciones metálicas adicionales son empleadas en las instalaciones sujetas a danos mecánicos. Los tipos más usados son: 1.- Ar mazó mazón de cintas cin tas plan as de ace acerr o, apli cadas heli coidal mente

2.-Armazón de cintas de acero o aluminio, aplicada transversalmente, corrugada e in tert tertrabada rabada (in terl terl ocked) ocked)

Es el tipo más moderno de que además de garantizar mayor resistencia a los esfuerzos que el tipo tradicional a cintas planas, confiere una buena flexibilidad al cable.

3.- Ar mazó mazón de cinta cin ta de ace acerr o impr im pre egnada

En casos en que se desea atribuir al cable resistencia a los esfuerzos de tracción (cables submarinos, por ejemplo)



CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTORES. CLASIFICACIÓN DE LOS CABLES POR SU TENSIÓN DE SERVICIO. Se clasifican en: - Cables de muy baja tensión (menos de 50V) - Cables de Baja tensión (entre 50V y 1,1KV) - Cables de Media tensión (entre 1,1 y 35KV) - Cables de Alta Tensión (entre 35 y 150KV) - Cables de Muy Alta Tensióna (por encima de 150KV) CLASIFICACIÓN DE LOS CABLES POR EL TIPO DE MATERIAL Se clasifican en: - Cobre - Aleaciones de cobre - Aluminio - Aleaciones de aluminio - Plata - Níquel - Hierro - Conductores para fusibles COBRE - Mecánicamente es muy dúctil y maleable - Elevada resistencia a la tracción y al corte - No es atacado por el agua - Sometido a agentes atmosféricos (humedad, calor) forma en su superficie una película verdosa que avanza muy lentamente (1umm/año) - Existen los siguientes tipos de cobre: - electrolítico (por procesos electrolíticos), - recocido (no soportan grandes esfuerzos mecánicos, y se usan para conductores eléctricos), - semiduro (se utiliza en líneas aéreas), - duro (se usa en líneas eléctricas que deben soportar grandes esfuerzos mecánicos) ALEACIONES DE COBRE [LATONES] - Son aleaciones de cobre y de zinc en diferentes proporciones que como máximo puede alcanzar el 50% de zinc - Se usan especialmente para elevar el valor de la resistencia mecánica pero sufre un aumento considerable de su resistividad, razón por la cual debe aumentarse su sección - Se usa principalmente en piezas de: - interruptores, seccionadores, etc., por las exigencias mecánicas ALEACIONES DE COBRE [BRONCES] - Son aleaciones de cobre con estaño, haciéndose extensiva también a la incorporación de fosforo, silicio, manganeso y níquel ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 127


- Existen tipos como: - Bronces silicosos - Bronces fosforosos - Broces al manganeso - Bronces al níquel (llamado alpaca) - Bronces al berilio (llamado constantan) - Se usan especialmente para: - Portaescobillas - Fabricación de resistencias por su buen comportamiento mecánico - Construcción de resortes conductores

ALUMINIO - Es tres veces más liviano que el cobre - Posee menos conductibilidad que el cobre - Es un metal blanco y brillante - Posee muy baja resistencia mecánica - Tiene gran ductibilidad y maleabilidad - Químicamente tiene una propiedad mecánica muy importante de formar una película sobre su superficie lo que hace que tenga una autoprotección importante contra los agentes atmosféricos - Se utiliza para devanados de transformadores, motores y conductores en general - Es más barato que el Cobre por lo que en la actualidad es más usado en líneas aéreas ALEACIONES DE ALUMINIO - Las aleaciones de aluminio se realizan para mejorar sus propiedades mecánicas - En todos los casos se utiliza una proporción de aluminio por encima del 90% - Se emplea en las aleaciones materiales como: Cu, Mn, Mg y Zn - Las aleaciones favorece la fabricación de cables auto soportados (aéreos, desnudos o aislados) PLATA - Es el mejor conductor - El punto de fusión es casi constante por lo que es usado para fusibles - Fácil de soldar - Tiene bajas cualidades mecánicas - Se usa principalmente en: - Fusible - Construcción de contactos - Construcción de aparatos de medida de alta precisión - Para recubrir metales conductores - Para realizar aleaciones conductoras NÍQUEL - Elevada resistencia mecánica (14% más que el Cobre) - Sus principales aplicaciones están en: - Fabricación de baterías alcalinas (níquel – cadmio, o hierro – níquel) ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 128


- Como material de recubrimiento protector - Aleaciones con otros materiales conductores para mejorar sus características mecánicas - Fabricación de resistencias eléctricas

CARBONO - Elevada resistencia mecánica - Muy blando - Gran variación de la resistividad con la temperatura - Sus principales aplicaciones están: - Electrodos de pilas - Micrófonos - Electrodos para arco eléctrico en hornos - Fabricación de escobillas en maquinas eléctricas - Como electrodos de soldadura - Construcción de resistencias de calefacción HIERRO - Elevadísima resistencia mecánica por lo que tiene múltiples aplicaciones como material estructural - Facilidad para soldarlo - Alta resistividad por lo que su uso eléctrico no es de gran difusión - Su uso principal en la parte eléctrica esta en: - Construcción de herrajes y estructuras de soporte de otros componentes eléctricos - Redes equipotenciales de protección contra descargas eléctricas (hilos de guardia) - Puesta a tierra de instalaciones (COOPERWELD) CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTORES DE ACUERDO A LA FORMA QUE ESTÁ CONSTITUIDA LA ALMA CONDUCTORA De la forma como esta constituida esta alma depende la clasificación de los conductores eléctricos. Así tenemos: - Alambre - Cable ALAMBRE Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por un solo elemento o hilo conductor. Se emplea en líneas aéreas, como conductor desnudo o aislado, en instalaciones eléctricas a la intemperie, en ductos o directamente sobre aisladores.

CABLES Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja sección, lo que le otorga una gran flexibilidad.



CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTORES SEGÚN EL NÚMERO DE CONDUCTORES De acuerdo a la cantidad de conductores que este posea se clasifican en: - Monoconductor - Unipolar - Multiconductor - Bipolar - Tripolar - Tetrapolar MONOCONDUCTOR Conductor eléctrico con una sola alma conductora, con aislación y con o sin cubierta protectora.

MULTICONDUCTOR Conductor de dos o más almas conductoras aisladas entre si, envueltas cada una por su respectiva capa de aislación y con una o más cubiertas protectoras comunes.

CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTORES POR SU FORMA DE INSTALACIÓN Conductor de dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envueltas cada una por su respectiva capa de aislación y con una o más cubiertas protectoras comunes. MULTICONDUCTOR - Subterránea - Directamente enterrado - Directamente sumergido - Intemperie - Aéreos - Sobre bandejas portacables - En conductos - En instalaciones móviles CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTORES POR EL SISTEMA SI STEMA QUE SIRVEN 1. Generacion (alta tensión) 2. Transporte (alta tensión) ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 130


3. Interconexión (alta tensión) 4. Distribución (media tensión) 5. Alimentación (baja tensión) 6. Utilización (baja tensión)

CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTORES SEGÚN SU TIPO Y USO. Se clasifican en: - Conductores para distribución y poder - Cables armados - Conductores para control e instrumentación - Cordones - Cables portátiles - Cables submarinos - Cables navales Conductores para distribución y poder - Alambres y cables (No de hebras: 7 a 61). - Tensiones de servicio: 0,6 a 35 kV (MT) y 46 a 65 kV (AT). - Uso: Instalaciones de fuerza y alumbrado (líneas aéreas, subterráneas e interiores). - Tendido fijo. Cables armados - Cable (No de hebras: 7 a 37). - Tensión de servicio: 600 a 35 000 volts. - Uso: Instalaciones en minas líneas subterráneas para (ductos, bandejas, aéreas y subterráneas) - Tendido fijo

Conductores para control e instrumentación - Cable (No de hebras: 2 a 27). -Tensión de servicio: 600 volts. - Uso: Operación e interconexión en zonas de hornos y altas temperaturas, (ductos, bandejas, aérea o directamente bajo tierra). - Tendido fijo. Cordones - Cables (No de hebras: 26 a 104). - Tensión de servicio: 300 volts. Uso: Para servicio liviano, alimentación a: radios, lámparas, aspiradoras, jugueras, etc. Alimentación a maquinas y equipos eléctricos industriales, aparatos electrodomésticos y calefactores (lavadoras, enceradoras, refrigeradores, estufas, planchas, cocinillas y hornos, etc.).



Cables portátiles - Cables (No de hebras: 266 a 2107). - Tensión de servicio: 1 000 a 5 000 volts - Uso: en soldadoras eléctricas, locomotoras y maquinas de tracción de minas subterráneas. Grúas, palas y perforadoras de uso minero. - Resistente a: intemperie, agentes químicos, a la llama y grandes solicitaciones mecánicas como arrastres, cortes e impactos. - Tendido portátil. Cables submarinos - Cables (No de hebras: 7 a 37). - Tensión de servicio: 5 y 15 kV. - Uso: en zonas bajo agua o totalmente sumergidos, con protección mecánica que los hacen resistentes a corrientes y fondos marinos. - Tendido fijo. Cables navales - Cables (No de hebras: 3 a 37). - Tensión de servicio: 750 volts. - Uso: diseñados para ser instalados en barcos en circuitos de poder, distribución y alumbrado. - Tendido fijo. CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTORES CONDICIONES DE EMPLEO. Se clasifican en: - Conductores desnudos - Conductores o Cables con aislación

DE

ACUERDO

A

LAS

Cables desnudos Estos son alambres o cables y son utilizados para: – Líneas aéreas de redes urbanas y suburbanas. – Tendidos aéreos de alta tensión a la intemperie. – Líneas aéreas de contacto para ferrocarriles y trole y buses. Alambres y Cables con aislación Estos son utilizados en: – Líneas aéreas de distribución y poder, empalmes, etc. – Instalaciones interiores de fuerza, motriz y alumbrado, ubicadas en ambientes de distintas naturaleza y con diferentes tipos de canalización. – Tendidos aéreos en faenas mineras. – Tendidos directamente bajo tierra, bandejas o ductos. – Minas subterráneas. Alambres y Cables con aislación Estos son utilizados en: ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 132


– Control y comando de circuitos eléctricos (subestaciones, industriales, etc.). – Tendidos eléctricos en zonas de hornos y altas temperaturas. – Tendidos eléctricos bajo el agua (cable submarino) y en barcos (conductores navales). – Otros que requieren condiciones de seguridad.

MATERIALES USADOS EN LÍNEAS ELÉCTRICAS Los materiales que se utilizan en las líneas ya sea de distribución o transmision dependen de las necesidades de la línea. Por ejemplo el cobre duro es utilizado en las líneas aéreas donde se requiere más propiedades mecánicas mecánic as ya que si se pone cobre suave la línea tendera a balancearse debido d ebido a la gravedad y a su propio peso. Y en líneas subterráneas se utiliza el cobre suave, debido a que si utilizamos el cobre duro le quitara la flexibilidad que estas requieren para su instalación y manejo. USO DE LOS MATERIALES EN LA TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCÓN ELÉCTRICA

TIPOS DE CABLES CABLES UNIPOLARES CON CONDUCTORES DE ALUMINIO Y AISLAMIENTO SECO Y CUBIERTA ESPECIAL PARA REDES SUBTERRÁNEAS DE AT HASTA 26/45 kV.



UTILIZACIÓN - En líneas subterráneas de alta tensión - En los enlaces entre celdas y transformador, en centros de transformación. CABLES PARA ALTA TENSIÓN EPR 69 kV. CON PANTALLA METÁLICA Y CUBIERTA

CABLES PARA ALTA TENSIÓN EPR 69 kV. CON PANTALLA METÁLICA Y CUBIERTA CARACTERÍSCTICAS: Cables de energía con pantalla metálica, aislados con polietileno a base de etileno propileno. Principales aplicaciones. Redes subterráneas de distribución donde la carga es muy elevada. Alimentación y distribución de energía eléctrica en plantas industriales en general.



CABLES PARA MEDIA TENSIÓN XLPE 5 KV SIN PANTALLA Y SIN CUBIERTA

CARACTERÍSTICAS: Cable monoconductor formado por un conductor de cobre suave o de aluminio duro, con pantalla semiconductora sobre el conductor y aislamiento de polietileno (XLPE). Principales aplicaciones. •Estos cables se utilizan en la alimentación y distribución de energía eléctrica en edificios

con subestaciones localizadas en varios niveles. •Circuitos de alumbrado en serie, empleados frecuentemente en pistas de aeropuerto. •Instalaciones que requieren de cables ligeros, tales como instalaciones en puentes o barcos,

redes aéreas e instalaciones verticales.

CABLES PARA MEDIA TENSIÓN XLPE 5 KV SIN PANTALLA CON CUBIERTA



CARACTERÍSTICAS •Cable monoconductor formado por un conductor de cobre suave o aluminio duro, con

pantalla semiconductora sobre el conductor y aislamiento de polietileno (XLPE) o etileno propileno (EPR) y cubierta de policloruro de vinilo (PVC). •La cubierta es de policloruro de vinilo (PVC), resistente a la propagación de la flama. •Excelentes características eléctricas y mecánicas.

APLICACIONES •Principales aplicaciones. •Estos cables se utilizan en la alimentación y distribución de energía eléctrica en edificios

con subestaciones localizadas en varios niveles. •Circuitos de alumbrado en serie, empleados frecuentemente en pistas de aeropuerto. •Instalaciones que requieren de cables ligeros para redes aéreas e instalaciones verticales.

CABLES PARA MEDIA TENSIÓN XLPE O EPR 5, 8, 15, 25 Y 35KV CON PANTALLA METÁLICA Y CON CUBIERTA





CABLES PARA MEDIA TENSIÓN XLPE O EPR 5, 8, 15, 25 Y 35 PANTALLA CON CUBIERTA CARACTERISTICAS. •Cable monoconductor formado por un conductor de cobre suave o aluminio duro, con pantalla semiconductora sobre el conductor y aislamiento de polietileno (XLPE) o etileno propileno (EPR), pantalla metálica a base de alambres de cobre y cubierta de policloruro de vinilo (PVC). Principales aplicaciones. •Redes subterráneas de distribución primaria en zonas comerciales donde la carga es muy

elevada. •Alimentación y distribución primaria de energía eléctrica en plantas industriales en

general. •Redes de distribución primaria en zonas residenciales



•En la alimentación y distribución de energía eléctrica en edificios con subestaciones

localizadas en varios niveles.

CABLES PARA MEDIA TENSIÓN XLPE 5, 15 Y 35KV CON PANTALLA DE PLOMO Y CUBIERTA



CARACTERISTICAS •Cable de energía formado por un conductor de cobre suave en cableado concéntrico •Posee pantalla semiconductora, tiene aislamiento termo fijo de polietileno (XLPE),

contiene pantalla metálica de plomo aplicada sobre la pantalla semiconductora, tiene cubierta exterior de policloruro de vinilo (PVC). •Pueden instalarse en lugares húmedos •La pantalla de plomo proporciona una barrera contra el ingreso de agua, humedad u otros

contaminantes, además de ser resistente a la corrosión y al ataque de los agentes químicos presentes en instalaciones industriales.

Principales aplicaciones. •Se utilizan principalmente en la alimentación y distribución primarias de energía eléctrica, •En plantas industriales donde las características ambientales son particularmente agresivas

(refinerías, plantas químicas, etc.), o donde se requiera la protección contra el ingreso de humedad o agentes externos.

INSTALACIÓN DE CABLES ENTERRADOS Porque se deben realizar acometidas subterráneas: - En zonas urbanas o de alta densidad de población no es aconsejable el tendido de líneas aéreas de media tensión, por razones de seguridad para los habitantes. Si a esto unimos el impacto medioambiental y estético que suponen los apoyos y las líneas, resulta aconsejable y preceptiva la instalación de líneas subterráneas en dichas zonas. TOPOLOGÍA DE LA INSTALACIÓN DE CABLES ENTERRADOS En estas condiciones, los centros de transformación están situados en diversos puntos de los núcleos de población y son alimentados por líneas subterráneas de media tensión.



En menor escala, también empiezan a instalarse dichas líneas en zonas rurales e industriales. Los conductores empleados para este fin han de estar aislados, e instalarse enterrados

INCONVENIENTES DE LA INSTALACIÓN DE CABLES ENTERRADOS El problema principal radica en la adecuada protección de estos conductores, tanto respecto a: - su aislamiento eléctrico, - a las agresiones mecánicas o - a las agresiones químicas que pueden proceder del subsuelo. - Las líneas subterráneas son más costosas que las aéreas. - La ejecución de zanjas y galerías adecuadas resulta más cara que la instalación de apoyos y, sobre todo, - Los cables son mucho más complicados (y caros) que los simples conductores desnudos empleados en las líneas aéreas. VENTAJAS DE LA INSTALACIÓN DE CABLES ENTERRADOS El incremento de los tendidos subterráneos de media y alta tensión se debe: - Al desarrollo y nuevos diseños de cables de alta calidad con materiales aislantes que garantizan unos suministros fiables y duraderos. - Menor probabilidad de pérdidas de servicio - Menor grado de probabilidad de fallas de manipulación humana Elección de los conductores de una línea subterránea de media tensión. Para la elección del tipo de conductores en estas líneas hay que tener presente: - Las especificaciones de las Normas Particulares de las empresas distribuidoras. En ellas se hace un listado de los tipos preferentes de cables a instalar, tanto para líneas aéreas como subterráneas, ya sea en media tensión o en baja en baja tensión. De este modo se normalizan y simplifican los criterios de elección. Prescripciones: •Material de los conductores •Las tensiones nominales •Las secciones nominales de los cables

Una vez decidido el trazado de la línea, se ha de escoger: •El material del aislamiento de los cables. •La sección nominal de sus conductores.

Elección de la sección de los cables. Para obtener la sección de los cables el dato fundamental de partida es: la i ntensidad ntensidad previsible previsible de la corr iente que va a cir cular por ell ell os. os.

Obtenemos dicha intensidad a partir de: -La potencia previsible a transmitir. -La tensión nominal de la línea. -El factor de potencia estimado. Salvo casos muy específicos se toma el valor de 0,93 Conocido el valor de la intensidad previsible se escoge como valor inicial de la sección:



El que, cumpliendo la condición anterior, proporciona una caída de tensión entre la subestación de suministro y el centro de transformación que alimenta, no superior al 5% de la tensión nominal. Salvo en casos muy concretos, las caídas de tensión en líneas de M. T. son pequeñas, por lo que el criterio de elección se basa prácticamente en el valor de la intensidad previsible. DISTANCIAS DE SEGURIDAD

Montaje de los cables. La elevada tecnología que presentan los cables, obliga a que el manejo y la instalación de estos, se tenga que realizar de una forma adecuada para que no puedan ser dañadas sus características técnicas. Si estos cables son tratados de forma inadecuada pueden ocasionarles danos, que, si no son detectados de forma inmediata y son instalados, pudieran disminuir su vida útil de forma considerable. Transporte de los cables. El transporte puede ser en distintas formas de embalar, como pueden ser: -cajas, -rollos o - bobinas estas, se realizaran de tal forma, que, deban ir siempre de pie y nunca apoyadas por una de sus caras, deberán disponer de los elementos adecuados de anclaje para que estas no rueden. Transporte y Almacenamiento de los cables. Nunca deberán arrojarse ni las bobinas ni los rollos desde los vehículos al suelo, aunque tanto sus dimensiones como su peso sean pequeños, pues el golpe o impacto podrían dañar a los cables. En el almacenamiento, nunca deberán almacenarse los rollos o las cajas a la intemperie, y siempre que sea posible, también las bobinas, pues la presencia del Sol y de la humedad pueden llegar a deteriorarlos.



Cuando los cables alojados en las bobinas tengan que permanecer a la intemperie, deberán ser instalados capuchones que le cubran por completo, esto es, a todos los conductores ya la cubierta exterior del propio cable. Durante el traslado de los cables desde el almacén hasta el punto de tendido, tendremos que tomar las mismas precauciones que cuando los trasladamos desde la fabrica hasta el almacén.

Tendido de los cables. Los preparativos que se realizan para el tendido de los cables son: 1.- Colocar la bobina sobre un apoyo cuyo eje deberá estar situado a una altura tal, que no impida girar libremente a la bobina para un correcto tendido de los cables, 2.- Deberemos instalar un freno, que nos permita frenar la bobina en el caso de que se produzcan curvaturas peligrosas en el cable, así como la inercia propia del giro de la bobina Cuando se está tendiendo el cable que pueda poner en peligro o cause un accidente al personal que allí trabaja. 3.- Es importante que el fabricante indique cuál es el radio mínimo de curvatura con los que deben tenderse los cables para que estos no sufran ni cambien las características técnicas para lo que han sido fabricados. 4.- Soltar de la bobina el inicio del cable, instalándole un cabezal que nos sirva para poder tirar de él. El cable puede tenderse de una de estas formas: - Tendido a mano. - Tendido desde un vehículo en marcha. - Tendido con rodillos accionados por motor. - Tendido por medio de un torno. Precauciones para el Tendido de los cables. 1) Controlaremos de forma constante con un dinamómetro el esfuerzo de tracción, con el fin de no pasarnos de los esfuerzos máximos permitidos. 2) Tendremos que colocar un pasador calibrado de protección por ruptura, de tal forma que se interrumpa la tracción en el momento que se superen los esfuerzos indicados. 3) Mantendremos los rodillos en los puntos previstos para que el cable no toque ni roce el suelo ni las paredes de la zanja. La unión entre conductores se realiza por medio de empalmes premoldeados. Una vez instalados los cables tendremos que realizar las siguientes comprobaciones: - Aislamiento. - Cortocircuito. - Interrupción. - Sucesión de fases. Mantenimiento de Redes Subterráneas Causas de averías: - El paso del tiempo, - Acciones provocadas por excavaciones próximas a los mismos, - Corrimientos de tierra, - Fallos de aislamiento, ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 143


- Sobrecargas o - Cortocircuitos. La avería se localiza cuando se disparan las protecciones. Muchas veces esas protecciones se disparan de forma accidental, por lo que es aconsejable el comprobar dicho circuito antes de rearmar la protección con el fin de asegurarnos que no existe dicha avería. Podemos distinguir, principalmente, dos tipos de averías: a) Interrupción de la continuidad de la línea. a) Deterioros del aislamiento.

CONECTORES Los dispositivos mecánicos de unión que evitan las soldaduras se denominan conectores y pueden ser de 3 tipos: 1. Conectores de prolongación 2. Conectores de derivación 3. Conectores de empalme 1. Conectores de prolongación: Como su nombre lo indican prolongan las líneas eléctricas y están formado por un cuerpo de porcelana o baquelita dentro del cual se alojan los contactos y tornillos.

CONECTORES Conectores de derivación: Son empleados para realizar Derivaciones

Conectores de empalme: Pueden ser de dos tipos: a) Tuercas ciegas: Tienen la ventaja de no requerir cintas aislantes b) Anillos de compresión: Son estructuras metálicas que requieren una herramienta especial para su remachado.

TERMINALES TERMORRETRACTILES OBTENCIÓN: ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 144


La obtención de un material plástico termorretráctil se realiza mediante una radiación electrónica previa, expandiendo ese material una vez irradiado, a una cierta temperatura, con enfriamiento posterior y manteniendo la deformación, se consigue el efecto de memoria elástica≫, de tal forma que el material recobra su forma primitiva tras una simple ≪ aportación de calor.

CARACTERÍSTICAS: - Debido a su contracción, un mismo material puede adaptarse a diferentes tamaños de cables. -El aparejamiento confiere al material una estabilidad frente a agentes externos. - Facilidad de instalación, ya que quedan perfectamente adaptados con un simple aporte de calor. - Su facilidad de instalación les hace ser utilizados en todo el mundo - Se contraen con la aplicación de calor por medio de un soplete o aire caliente, consiguiendo una adaptación perfecta del cable. TERMINALES TERMORRETRACTILES ENCHUFABLES CARACTERÍSTICAS: •Tienen su mayor aplicación en las cabinas de los centros de transformación. •Es de diseño compacto y no incrementa la longitud total del terminal •Posibilidad de instalación interna o externa así como en posición vertical, o en ángulo •Para su montaje no son necesarias herramientas he rramientas especiales ni materiales de relleno. •No se precisa mantener distancias mínimas entre fases. •Los terminales pueden aplicarse sobre cables de cualquier tipo como: polietileno,

polietileno reticulado, etileno-.propileno y cables de papel impregnado. •Se utilizan en conductores de cobre y aluminio. •La tensión máxima de funcionamiento es de 24 kV, con intensidades de 250-400 A.

TIPOS: Existen tres tipos de terminaciones enchufables, que son: 1. rectos, 2. acodados y 3. en T.

TERMINALES RETRACTILES EN FRÍO CARACTERÍSTICAS: •Se basa en una sola pieza que une aislamiento y control del campo eléctrico •Permite su utilización en cualquier situación de forma fácil, rápida y segura, sin ningún

equipo y herramienta. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 145


•El sistema se ha diseñado para cables de aislamiento seco y de papel impregnado hasta

tensiones de 45 kV, instalados bien en exterior o en interior. •El aislamiento de los terminales esta realizado de un caucho de silicona •Proporciona un mejor funcionamiento en atmosferas húmedas y de alta contaminación •Se adapta a cualquier curvatura del cable, proporcionando un efecto de sellado de alta

fiabilidad. PROCESO DE INSTALACIÓN El procedimiento de realización de este termina! consiste en, una vez preparado el cable, situar la pieza sin ningún esfuerzo y retirar manualmente la cinta que compone el núcleo interior, con lo que se retrae en frio adaptándose perfectamente al cable, sin dejar huecos intermedios y garantizando un cierre estanco.

EMPALMES Para los empalmes y derivaciones de cables de hasta 2,5mm2 inclusive puede recurrirse a los métodos de: • intercalar las hebras, • retorcer las hebras.

Para secciones mayores se debe recurrir a: •Manguitos •Borneras, •Soldar

TABLA DE CONDUCTORES



EJEMPLO DE CÁLCULO

DETERMINE: a) La sección mínima de la línea principal, considerando la caída de tensión máxima admisible. b) La sección mínima de la línea principal, considerando la Corriente. Cor riente. c) La sección a colocar d) La sección de los tramos de línea considerando la caída de tensión máxima admisible. e) La sección mínima de los tramos de línea, considerando la Corriente. f) Especificación de ducto distancias de seccionamiento, etc. LITERAL a):



a) La sección mínima aproximada, considerando la Caída de tensión es de 105,97 mm^2 [pelikan] correspondiente a un calibre 477Mcm que soporta una I de 646a.

LITERAL b) y c):

b) La sección mínima considerando la CORRIENTE DE LA LÍNEA ES DE 85,01 mm^2 [Pigeon] correspondiente a un calibre 250MCMque soporta una I de 315a. c) La sección a colocar es de es de 241,317 mm^2 [pelikan] correspondiente a un calibre 477Mcm que soporta una I de 646a. 646a.

LITERAL d), e) y f):

d) La sección mínima considerando la caída de tensión en el tramo 1 de la línea es de 107,20 mm2 [penguin] correspondiente a un calibre 4/0 awg que soporta una i de 357a. e) La sección mínima considerando la corriente es de 4awg que soporta 140a. f) La sección a colocar es de 07,20 mm2 [penguin] [pengu in] correspondiente a un calibre ca libre 4/0 awg.


d) La sección mínima considerando la caída de tensión en el tramo 2 de la línea es de 107,20 mm2 [penguin] correspondiente a un calibre 4/0 awg que soporta una i de 357a. e) La sección mínima considerando la corriente es de 6 awg que soporta 100a. f) La sección a colocar es de 07,20 mm2 [penguin] [pengu in] correspondiente a un calibre ca libre 4/0 awg.




d) La sección mínima considerando la caída de tensión en el tramo 3 de la línea es de 153,49 mm2 [raven] correspondiente a un calibre 1/0 awg que soporta una i de 242a. e) La sección mínima considerando la corriente es de 6 awg que soporta 105a. f) La sección a colocar es de 53,49 mm2 [raven] [r aven] correspondiente a un calibre 1/0 awg.

DISEÑO ELÉCTRICO Una Línea de Transmisión está constituida por tres elementos: 1. Conductores 2. Aisladores 3. Soportes Es posible considerar otra serie de elementos adicionales para una LT pero solo realizan funciones complementarias. Los conductores y aisladores poseen funciones específicas de la que se deriva una serie de características que se relacionan de modo que el análisis de uno de ellos está relacionado con otros.

INTRODUCCIÓN Durante el diseño eléctrico de la línea de transmision se suelen tomar en cuenta 4 parámetros eléctricos básicos: 1. Resistencia 2. Inductancia 3. Capacitancia 4. Conductancia Fundamentalmente el diseño del Sistema de Transmision, es la selección de los equipos necesarios para manejar el valor requerido de potencia con la calidad del servicio demandada por el más bajo costo global sobre el periodo de tiempo para el cual el servicio puede ser requerido o para la vida del equipo. equ ipo. Al mismo tiempo, el sistema debe ser capaz de expandirse con un mínimo cambio de los recursos existentes. El diseño de la línea considera fundamentalmente cuatro aspectos: 1. Diseño Eléctrico 2. Diseño Mecánico ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 149


3. Diseño Estructural 4. Especificaciones Misceláneas

DISEÑO ELÉCTRICO: Este diseño en líneas de Corriente Alterna involucra los siguientes cálculos: 1. Selección del Voltaje 2. Tamaño del Conductor 3. Regulación de la línea 4. Pérdidas 5. Efecto Corona 6. Control de Voltaje 7. Estabilidad del Sistema 8. Sistema de Protección: el cual incluye: 1. Capacidad de Interruptores 2. Arreglo de Interruptores 3. Relés 4. Coordinación de Aislamiento 5. Pararrayos 6. Aterramiento del Neutro, Subestaciones y de los Cables de Guarda DISEÑO MECÁNICO: Esta etapa del estudio involucra: 1. Composición del conductor (tipo y longitud) 2. Espaciamiento entre conductores (es determinado por el estudio eléctrico) 3. Clase y tipo de aislamiento 4. Cálculo de esfuerzos: 1. Flecha 2. Catenaria 3. Saeta 4. Ubicación cartesiana de las torres DISEÑO ESTRUCTURAL: Esto implica: 1. Selección del tipo de estructuras a ser usadas 2. Calculo de los esfuerzos 3. Fundaciones



ESPECIFICACIONES MISCELÁNEAS: Estos aspectos incluyen: 1. Localización de la línea, 2. Adquisición del derecho de paso, 3. Localización de las estructuras 4. Coordinación con otras líneas inmersas en el trazado 5. Medios de comunicación 6. Voltaje de radio influencia 7. Ruido audible 8. Impacto Ambiental PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LAS LT y LD Desde el punto de vista eléctrico, existen cuatro parámetros básicos, que permiten modelar y simular una línea de transmisión, siendo estos factores lo que afectan la habilidad de transportar potencia de la línea de transmisión, estos son: 1. Resistencia 2. Capacitancia 3. Inductancia 4. Conductancia RESISTENCIA Es el efecto más importante en las pérdidas de las LT, es originado por la resistencia de los materiales conductores que conforman las LT. La resistencia eléctrica de los conductores, desencadena una disipación térmica sobre los mismos como consecuencia del Ef ecto Joule, además de provocar una caída de tensión.

CAPACITANCIA Se define como la carga sobre los conductores por unidad de diferencia de potencia entre los mismos, la capacitancia es una propiedad eléctrica que surge cuando cargas eléctricas de signos opuestos se encuentran separadas por una distancia y poseen entre si una diferencia de potencial. La capacitancia depende de los siguientes factores: 1. Distancia entre conductores 2. Dimensiones del conductor 3. Dieléctrico entre los conductores Es importante mencionar que el cable de guarda y la tierra influyen en forma apreciable en la capacitancia de la línea de transmisión. INDUCTANCIA ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 151


Este parámetro permite relacionar el campo magnético originado por la corriente que transporta la línea de transmisión mediante un modelo eléctrico sencillo, que se denomina inductancia.

CONDUCTANCIA Es el parámetro eléctrico de la línea de transmisión que toma en cuenta la corriente de fuga a través de los aislantes y los cables, debido a la posible ionización de los medios. Las corrientes de fuga en la línea de transmisión aérea son muy pequeñas por lo general se desprecia, por ello se suele admitir que la conductancia es nula: G=0 G= 0

IMPEDANCIAS Impedancia Serie: Es la impedancia que toma en cuenta la resistencia y la reactancia inductiva uniformemente distribuida a lo largo de la línea. Impedancia Shunt o Paralelo: Está constituida por la inductancia y capacitancia entre los conductores en el caso de la línea monofásica y entre uno de ellos y el conductor del neutro, para el caso de las líneas trifásicas. CONDUCTORES UTILIZADOS EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN. Los conductores en las líneas de transmisión son del tipo multifilar y constan de una serie de alambres (conductores trenzados en forma helicoidal). La intención de que un conductor en las líneas de transmisión, sean del tipo trenzado y no un conductor único sólido, es el hecho de agregar flexibilidad mecánica al conductor, proveyendo propiedades como mejorar su resistencia mecánica. Los conductores trenzados, poseen alambres cilíndricos que son trenzados en forma helicoidal conformando capas. En general un conductor de “n” capas de alambres que posea un centro de conductor único, puede ser determinado mediante la siguiente ecuación: alambres= 3n^ #alambres= 3n^ 2-3n 2-3n +1

CONDUCTORES UTILIZADOS EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN. Ejemplo:



El núcleo de acero es variable de acuerdo a los diseños de esfuerzo, sacrificando la capacidad de conducción de corriente del conductor.

CALIBRE DE CONDUCTORES Para especificar un conductor trenzado multifilar se suele utilizar su calibre como punto de partida, se entiende por calibre, el área de la sección transversal. Existen dos sistemas internacionalmente aceptados, para definir el calibre de los conductores, estos son: 1. Sistema AWG 2. Sistema MCM En el sistema AWG, los calibres de los conductores son definidos por una escala numérica, que cumple con la relación entre los números sucesivos de calibres constantes, entonces obedece a una progresión geométrica (cuya razón es 1,261).

En el sistema AWG, mientras mayor es el número del conductor, menor es su diámetro. En este sistema existen definidos (40) calibres diferentes, partiendo del número 36 (diámetro de 0,005 pulgadas equivalente a 1,27 milímetros) hasta llegar al calibre 4/0 que tiene un (diámetro = 0,46pulgadas equivalente a 11,684 milímetros).



La clasificación de los conductores AWG, resulta bastante acertada para los conductores de aplicación general, residencial e industrial, pero en la transmisión de grandes bloques de energía, en los sistemas de potencia, el calibre de los conductores superó a los valores establecidos por la AWG, siendo necesario implementar un sistema que admitiera calibres mayores, y es en donde nace el concepto de MILS Un MILS es una cantidad de longitud inglesa, que se define como la milésima parte de una pulgada.

En función de esta unidad de longitud se puede definir el área de la sección transversal que especifican los conductores, por lo que se adopta el circular mil, que corresponde al área de una circunferencia cuyo diámetro en un mil de una pulgada.

Entonces debe ser bien comprendido que un circular mil es una unidad de área que relaciona el calibre del conductor con su área. El circular mil es utilizado para especificar alambres sólidos y conductores trenzados, tiene la especial ventaja que las secciones especificadas guardan relación directa con su diámetro. Si se desea conocer el área de un conductor, siendo conocido su diámetro (d) en pulgadas, solo se puede operar por: A[mil]= 1000000 d^2 Se puede hacer un equivalente entre las unidades inglesas y americanas: Los conductores que transmiten grandes bloques de potencia, requieren de secciones transversales grandes, por lo que el cmil es una unidad muy reducida para la definición cotidiana de conductores, en vez de esta se ha definido el mcmil, que corresponde al mil cmil. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 154


1mcmil = 1000 cmil = 1mcm

EJEMPLO DE CÁLCULO Cuantos milímetros cuadrados tiene un conductor “ Osprey” Osprey” que tiene 556,5MCM (282mm^2)

El menor calibre definido en el sistema de circular mil (cmil) es de 250 mcm, siendo crecientes los calibres en pasos de 50mcm.

Tabla de Alambres y Conductores Sólidos

En países como Venezuela, el conductor utilizado es del tipo ACAR (Aluminum Conductor Alloy Reinforced) = (Conductor de Aluminio con Refuerzo de Aleación); distinguiéndose los siguientes calibres:

RESISTENCIA ELÉCTRICA EN LT y LD La resistencia eléctrica es la propiedad de los materiales de oponerse al paso de la corriente eléctrica. En los Sistemas de Transmisión Eléctrica, la resistencia se transforma en un factor a eliminar y erradicar, debido a que la resistencia eléctrica se transforma en la causa principal de pérdidas de la energía transmitida La resistividad eléctrica es una particularidad de cada material pese a que se utilicen los mejores conductores que económicamente sean aceptables. Para tratar de disminuir las pérdidas por Efecto Joule en la resistencia de los conductores, se han elevado los niveles de tensión de transmisión, con el objetivo de reducir apreciablemente la corriente que circula por la línea para un mismo valor de potencia a transmitir.



RESISTENCIA DE CONDUCTORES

La conducción eléctrica se ve afectada por una serie de fenómenos que provocan la distribución no uniforme de la corriente en el conductor (efecto piel, etc.) Por lo que existen dos tipos de resistencias eléctricas: 1. Resistencias de Corriente Continua (Rcc) 2. Resistencias de Corriente Alterna (Rca)

RESISTENCIA EN CC La resistencia eléctrica es una propiedad de los cuerpos que depende de los materiales además de la geometría del mismo. En el caso de la Corriente Continua se logra una distribución uniforme de la corriente en la sección transversal del conductor, lo que permite la máxima conducción a través del material. La resistencia en Corriente Continua Rcc de un cuerpo puede estar estimada por la ecuación:

p: Resistividad del conductor L: Longitud del conductor A: Área del conductor

La ecuación de resistencia eléctrica antes expresada, solo es válida para conductores de tipo sólido, pero en la realidad los conductores están constituidos por alambres de tipo sólido que se trenzan para conformar conductores multifilares, pero debido al trenzado los conductores de este tipo poseen mayor longitud que la aparente, resultando una resistencia mayor. Conductor Trifilar = Rcc + 1% Conductor Trenzado = Rcc + 2%



RESISTENCIA DE CONDUCTORES

VARIACIÓN DE LA R CON LA TEMPERATURA Experimentalmente se ha demostrado que la variación de la resistencia en función de la temperatura corresponde a una relación lineal, esto para márgenes aceptables de operación.

R2 y R1, son las resistencias a las temperaturas t2 y t1 respectivamente. El parámetro T, es un valor constante que depende del material, obtenido del hecho de extrapolar el valor de la resistencia hasta una temperatura de cero grados Celsius.

RESUMEN DE FÓRMULAS



RESISTENCIA DE CONDUCTORES Ejemplo 1: Una línea de cobre que tiene una distancia de 1000m y una sección de 1,5cm^2. Si se sabe que está formado por 19 hilos. Determine la R a CC si se trabaja a 50 grados C.

RESISTENCIA DE CONDUCTORES Ejemplo 2: Determine la R de un conductor ACSR el cual tiene una relación de 54 hilos de aluminio por 7 de acero y una sección transversal de 2,5cm^2, si se sabe que cada uno de los hilos de Al es igual al diámetro de los Acero siendo de 0,01pulg. Una persona se da cuenta que la t = 40gC. Determine la R en CC si el cable es de 10Km



Ejemplo 3: Determine la R de un conductor de CC si esta a 35gC, si se sabe que está formado por 26 hilos de Al con un diámetro de 0,1749 pulg y 7 hilos de acero con un diámetro de 0,136 pulg. El cual tiene una distancia de 2Km,



RESISTENCIA EN CA Rca La resistencia de corriente alterna Rca se diferencia de su homóloga la de corriente continua Rcc, en el hecho que la primera considera la distribución no uniforme de la corriente a lo largo de la sección transversal del conductor, como consecuencia de los fenómenos que se presentan al trabajar con C.A. Los valores de resistencia de C.A. se basan en considerar el efecto piel (Skin (Skin efect) el cual indica que en los conductores con sección transversal circular, aumenta la densidad de corriente del interior al exterior.

VALORES TABULADOS DE R. Aunque existen métodos analíticos para calcular los valores de resistencia de corriente alterna para los distintos tipos de conductores y materiales y su posible variación con la temperatura, la mayoría de los fabricantes suministran junto a su producto una cantidad de tablas donde se incluyen los posibles valores de resistencias en corriente continua Rcc y alterna Rca para ciertas temperaturas.



CAPITULO 7 Ensayos en Alta Tensión Objetivo principal de los Ensayos en Alta Tensión: Demostrar si los equipos son aptos para soportar los requisitos especificados. De esta forma, se tiene una cierta garantía de que los equipamientos podrán operar satisfactoriamente en las condiciones reales del sistema, simuladas durante los ensayos. CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS ENSAYO DE RUTINA Son los ensayos que deben ser realizados en las muestras que representan los equipos comprados, o en una determinada cantidad del total, con el fin de verificar la calidad y la uniformidad de fabricación y de los materiales utilizados en la fabricación. ENSAYO DE TIPO Son los ensayos realizados apenas en uno o dos equipamientos, con el fin de verificar una determinada característica. Se trata en general de ensayos costosos, o de difícil interpretación. ENSAYO ESPECIAL Son los ensayos que la norma pertinente no considera ni de tipo ni de rutina, requiriendo para ser realizados un acuerdo acuerd o previo entre fabricante y comprador. comprador . ENSAYO DE MANTENIMIENTO Son realizados con equipamientos que ya están en servicio, a fin de verificar su estado de conservación después de un cierto período de operación, o a la primera puesta en servicio los posibles daños resultantes del transporte y de la instalación. Estos ensayos se realizan con niveles inferiores de solicitación que corresponden a equipamientos nuevos. ENSAYO DE CAMPO Estos ensayos son realizados para evaluar el desempeño global de un sistema eléctrico, incluyendo la operación y ajuste de los sistemas de protección y control. TÉCNICAS DE ENSAYO EN ALTA TENSIÓN (IEC) En la norma IEC 60-1: "High-Voltage test techniques" Parte 1, se establecen las definiciones, prescripciones y modalidad seguida para los ensayos de materiales cuya tensión máxima Um es superior a 1 kV. El campo de aplicación cubre: – ensayos dieléctricos con tensión continua, – ensayos dieléctricos con tensión alterna, – ensayos dieléctricos con tensión de impulso, – ensayos con impulso de corriente, – ensayos combinados con los indicados arriba. Su objetivo es: – definir los términos de aplicación general y particular, ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 161


– presentar las prescripciones generales referentes al objeto a ensayar y la modalidad de

ensayo, – describir los métodos para producir y medir las tensiones y las corrientes de ensayo, – describir la modalidad de los ensayos, – describir los métodos de interpretación de los resultados de los ensayos e indicar los criterios de aceptación o rechazo.

DESCARGAS DISRUPTIVAS CARACTERÍSTICAS REFERENTES DE LAS DESCARGAS DISRUPTIVAS Descarga disruptiva: (o rotura del dieléctrico), Características: • Es aplicable a los fenómenos asociados con la falla de la aislación bajo condiciones de solicitación eléctrica. • La descarga cortocircuita completamente la aislación ensayada. • Es aplicable a la falla de dieléctricos sólidos, líquidos y gaseosos o sus combinaciones. • Se pueden producir descargas fugaces durante las cuales el objeto en ensayo es momentáneamente cortocircuitado por un encendido o un arco. • La tensión de ensayo puede ser superada. • “Salto de chispa" (sparkover) se utiliza cuando una descarga disruptiva se produce en un medio gaseosos o líquido. • “Contorneo" (flashover) se utiliza cuando una descarga se produce en la superficie de un dieléctrico en un medio gaseoso o líquido. • “Perforación" (puncture): se utiliza cuando una descarga disruptiva se produce a través de un dieléctrico sólido. NOTA: Una descarga disruptiva en un dieléctrico sólido conduce a la pérdida permanente de su característica dieléctrica en cambio en un dieléctrico líquido o gaseoso la pérdida puede ser solamente temporaria. • Las tensiones de descarga disruptivas están sujetas a variaciones aleatorias y, en general,

se deben realizar un cierto número de observaciones para determinar el valor de la tensión que tenga un significado estadístico. • Los procedimientos de ensayos están fundamentados en las condiciones estadísticas, y la información sobre la evaluación estadística de los resultados de los ensayos.

ENSAYOS EN ALTA TENSIÓN PROCEDIMIENTOS GENERALES PARA LOS ENSAYOS Entre los procedimientos de ensayos aplicables para objetos a ensayar podemos citar a: – la polaridad que se aplicará, – el orden preferencial si las dos polaridades son aplicables, – el número de aplicaciones – el lapso entre cada aplicación Todos estos están especificados para cada tipo de Aparato ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 162


FACTORES A TENER EN CUENTA PARA LOS ENSAYOS – Precisión exigida para los resultados de los ensayos, – La naturaleza aleatoria de los fenómenos de descarga – La influencia de la polaridad en las características medidas, – El riesgo de un deterioro progresivo en el caso de aplicación repetida de la tensión. DISPOSICIONES GENERALES DEL OBJETO ENSAYADO • En el momento del ensayo, el objeto a ensayar debe estar completo, con todos sus accesorios, y debe haber sido construido normalmente (para ser representativo) como otros objetos similares. • Las características disruptivas del objeto ensayado pueden afectarse por: – la disposición del montaje del objeto (por ejemplo distancia del objeto con otros elementos con tensión, – la proximidad de estructuras a tierra, por su altura con respecto al suelo, – por la disposición de los conductores que alimentan con tensión. Las condiciones generales deben ser especificadas por cada tipo de aparato. TIPOS DE ENSAYO DE UN OBJETO • Ensayos a seco: El objeto a ensayar debe estar seco y limpio. Si no se especifica lo contrario se debe realizar a temperatura ambiente • Ensayos de polución artificial: Los ensayos de polución artificial suministran información del comportamiento de la aislación externa en condiciones de polución que se tienen en servicio. Las condiciones atmosféricas normales son: – temperatura t0 = 20 ºC – presión b0 = 101,3kPa (1013 mbar) – humedad absoluta h0 = 11 g/m^3 ENSAYOS CON TENSIÓN DE IMPULSO ATMOSFÉRICO FACTORES DE CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA • La descarga disruptiva de una aislación externa depende de las condiciones atmosféricas. • La tensión de contorneo para un intervalo de aire se incrementa con el aumento de la humedad. • Cuando la humedad relativa excede el 80%, la tensión de contorneo se vuelve irregular, especialmente cuando el contorneo se produce a lo largo de una superficie aislante. • Por lo que se deben aplicar factores de corrección. CON TENSIÓN DE IMPULSO ATMOSFÉRICA Impulso (definición): es una tensión o una corriente transitoria aperiódica aplicada intencionalmente que habitualmente crece rápidamente hasta alcanzar un valor de cresta, y después decrece más lentamente hasta cero.



Diferencias entre impulso atmosférico y de maniobra: La distinción entre impulso atmosférico y de maniobra en cuanto a la duración del frente. Los impulsos con una duración de frente de hasta 20μs se los considera como impulsos atmosféricos, y aquellos con una duración mayor impulsos de maniobra. Generalmente, los impulsos de maniobra se caracterizan también por una duración considerablemente mayor que los impulsos atmosféricos. Definición de onda de impulso atmosférico plena: Una onda de impulso plena es aquella que no se interrumpe por una descarga disruptiva. Definición de onda de impulso atmosférico cortada: Es aquella que se interrumpe bruscamente por una descarga disruptiva provocando una brusca caída de tensión, prácticamente a cero. ONDAS DE IMPULSO ATMOSFÉRICAS Onda de impulso Onda de impulso atmosférico plena:

Onda de impulso Onda de impulso atmosférico cortada:



TENSIÓN DE ENSAYO DEL IMPULSO ATMOSFÉRICO PLENO Definición: El impulso atmosférico normalizado es un impulso pleno con una duración de frente de 1,2 m s y una duración hasta de 50ms • No es fácil lograr las duraciones del impulso por lo que se aceptan tolerancias entre los valores especificados y los valores realmente medidos: – Valor de cresta ± 3% – Duración del frente ± 30% – Duración del hemivalor ± 20% • Se debe distinguir estas diferencias de los errores de medición que son las diferencias entre los valores realmente medidos y los valores verdaderos. TENSIÓN DE ENSAYO DEL IMPULSO ATMOSFÉRICO CORTADO Definición: El impulso atmosférico cortado normalizado es un impulso cortado mediante un explosor (gap) exterior, después de 2 a 5 m s. Otros tiempos de corte pueden ser especificados para algunos casos especiales. • En razón de las dificultades prácticas concernientes a las mediciones, la duración de la caída de tensión durante el corte no ha sido normalizada. ENSAYOS CON TENSIÓN DE IMPULSO DE MANIOBRA TENSIÓN DE ENSAYO DEL IMPULSO ATMOSFÉRICO CORTADO



Características: – El tiempo de pico Tp es el lapso entre el origen real y el instante en que la tensión alcanza el valor de cresta. – El tiempo hasta el hemivalor T2 es el lapso entre el origen real y el instante en que la tensión alcanza la mitad de su valor de cresta. – El tiempo por encima del 90% T1 es el lapso durante el cual la tensión excede 90% de su valor de cresta. – El tiempo T0 es el lapso entre el origen real y el instante en el cual la tensión pasa por cero por la primera vez. TENSIÓN DE ENSAYO DEL IMPULSO DE MANIOBRA Definición: El impulso de maniobra normalizado es un impulso con una duración hasta la cresta de 250 m s y una duración hasta el hemivalor de 2500ms. También en este ensayo es difícil lograr las duraciones del impulso, aceptándose las siguientes tolerancias entres los valores especificados y los valores medidos: – Valor de cresta ± 3% – Duración del frente ± 20% – Duración del hemivalor ± 60% COORDINACIÓN DE LA AISLACIÓN COORDINACIÓN DE LA AISLACIÓN – CRITERIO DE COMPORTAMIENTO • El comportamiento del aislamiento de un sistema se juzga en base al número de fallas de la aislación en servicio. • Las fallas pueden tener consecuencias diferentes según el lugar del sistema donde se producen. Por ejemplo: – Un recierre no exitoso de un interruptor de línea debido a una sobretensión. • En consecuencia, el índice de falla admisible en un sistema puede variar de un punto a otro, dependiendo de las consecuencias de la falla en cada uno de esos puntos. • Las estadísticas de fallas en los sistemas eléctricos suministran ejemplos de índice de fallas admisibles. • Para aparatos, el índice de fallas debido a sobretensiones se encuentra entre 0,001/año. • Para líneas aéreas, el índice de fallas admisible, debido a descargas atmosféricas varía entre 0,1/100 km/año y 20/100km/año (el valor mayor se acepta para líneas de distribución). • Las cifras correspondientes para el índice de fallas admisible debido a sobretensiones de maniobra se encuentra entre 0,01 y 0,001 por maniobra. PROCEDIMIENTOS DE COORDINACIÓN DEL AISLAMIENTO • La determinación de los valores de coordinación consiste en establecer los valores más bajos de tensiones soportadas por la aislación, que satisfaga los criterios de d e comportamiento del aislamiento. • Existen dos métodos de coordinación del aislamiento respecto a las sobretensiones transitorias, y estos son: – el determinístico y – el estadístico. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 166


MÉTODO DETERMINÍSTICO • Este método se utiliza generalmente cuando no se dispone de información estadística proveniente de ensayos para determinar el índice de fallas del equipamiento en servicio. • Con este método, no se hace referencia al índice de falla eventual del equipamiento en servicio. MÉTODO ESTADÍSTICO • Este método está basado en: – la frecuencia de ocurrencia de una causa dada, – la distribución de probabilidad de sobretensiones relativa a esta causa y – la probabilidad de descarga de la aislación. • Se puede obtener el índice de indisponibilidad del sistema debido a fallas del aislamiento repitiendo los cálculos para diferentes tipos de aislamientos y diferentes configuraciones del sistema. ENSAYOS DIELÉCTRICOS EN TRANSFORMADORES ENSAYOS DIELÉCTRICOS EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA • Los transformadores son sometidos a distintas pruebas de recepción para verificar su diseño y construcción, mencionaremos a continuación solamente las dieléctricas. Las pruebas que se realizan se clasifican en tres grupos: • Pruebas individuales o de rutina • Pruebas de tipo • Pruebas especiales Dentro de las pruebas individuales se realizan las siguientes pruebas dieléctricas: – Tensión aplicada – Tensión inducida – Medición de descargas parciales – Controles del aceite mineral, por ejemplo, rigidez dieléctrica, factor de pérdidas, resistividad volumétrica, acidez, humedad, etc. El ensayo de impulso atmosférico o de maniobra se encuentra dentro de los ensayos de tipo. Dentro de los ensayos especiales se realizan mediciones, por ejemplo: nivel de ruido, determinación de armónicos de la corriente de vacío. TIPOS DE AISLACIÓN INTERNA EN UN TRANSFORMADOR • Aislación principal: está dada por las distancias dieléctricas a masa (núcleo o cuba), se realiza con papel impregnado, placas impregnadas y distancias en aceite. • Aislación secundaria: está dada por las distancias dieléctricas entre devanados de una misma fase, (BT y AT) y entre fases adyacentes, utilizándose los mismos materiales que para el caso anterior. • Aislación entre espiras: es decir, entre conductores de un mismo devanado, se realiza con papel impregnado. • Aislación longitudinal: está constituida por fronteras dieléctricas papel-aceite, que pueden verse afectadas por componentes co mponentes de campo eléctrico.



ESQUEMA DIELÉCTRICOS DE UN TRANSFORMADORES DE POTENCIA

TIPOS DE ENSAYOS DIELÉCTRICOS EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA 1. Ensayo de tensión aplicada se prueba la aislación principal y secundaria. 2. Ensayo de tensión inducida tiene por finalidad probar la aislación principal, secundaria y entre espiras. 3. Ensayo de descargas parciales se controla el estado microscópico del aislamiento total 4. Ensayo de impulso se prueba la aislación del devanado a este tipo de solicitaciones, este debe realizarse sólo cuando las otras pruebas han sido exitosas, ya que puede constituirse en un ensayo destructivo. INSTALACIONES DE PRUEBA PARA ALTA TENSION OBJETOS DE ENSAYOS – aisladores de suspensión y de soporte – Interruptores – descargadores – transformadores de medida – transformadores de distribución – capacitores – bushings – torres y modelos de torres de líneas – Conductores – Equipos aislados con aceite y asilados con gas – Cables PROCEDIMIEENTOS DE ENSAYOS – ensayos de tensión: • Corriente alterna, • Corriente Continua • Impulsos atmosféricos – En seco – Bajo lluvia – Bajo polución artificial • Impulsos de maniobra – En seco ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 168


– Bajo lluvia – Bajo polución artificial – Medición de descargas parciales – Medición de radio interferencia – Medición de pérdidas en líneas de: • Corriente alterna y • Corriente continua – medición de pérdidas dieléctricas – ensayos de calentamiento – medición de pérdidas en: • Vacío y • En carga de transformadores

ELECCIÓN DE MÉTODOS DE ENSAYOS Y RECURSOS DE INVESTIGACIÓN Los métodos para obtener suficiente y precisa información de ensayos y para realizar investigación, dependen además de los recursos, del tipo de laboratorio. Se pueden considerar básicamente tres tipos de laboratorios: – laboratorios para propósitos generales – laboratorios industriales – laboratorios para propósitos específicos LABORATORIOS PARA PROPÓSITOS GENERALES • A este pertenecen aquellos laboratorios que están equipados para poder realizar prácticamente todo tipo de ensayos requeridos por clientes tales como fabricantes, empresas suministradoras de energía, o usuarios de equipamiento electromecánico que desean realizar pruebas en un laboratorio independiente (no del fabricante del producto). • Se trata de laboratorios de prestigio internacional, y que han ido progresivamente creciendo y adecuándose a las necesidades y requerimientos que el avance tecnológico imponen, desarrollando nuevos métodos de prueba y exigencias que años atrás eran impensables. LABORATORIOS INDUSTRIALES Los laboratorios industriales son aquellos que se encuentran instalados en las empresas y que tienen por finalidad permitir al fabricante resolver sus propias necesidades de pruebas: – control de materiales, – procesos de fabricación, – probar y experimentar nuevos prototipos, y – realizar todos los ensayos de rutina • Control de la fabricación y • Ensayos de tipo del control de los diseños). LABORATORIOS PARA PROPÓSITOS ESPECÍFICOS • A este grupo pertenecen aquellos laboratorios construidos por una universidad para la realización de ensayos de alta tensión y/o potencia que están destinados a satisfacer requerimientos de empresas locales que no disponen de adecuados laboratorios y además el desarrollo de nuevas técnicas. ALTA TENSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN 169


• Es evidente que este tipo de laboratorio está en condiciones óptimas para poder realizar

trabajos de investigación que aunque modestos permiten una mejor formación de los alumnos que tienen acceso al mismo para la realización de cursos de entrenamiento.

FINALIDADES DE LOS LABORATORIOS DE AT En los laboratorios de alta tensión se determinan las características y comportamiento de los distintos aislamientos de los equipamientos electromecánicos a través de los siguientes ensayos dieléctricos: a. Ensayos de frecuencia industrial (onda senoidal) b. Ensayos de impulsos atmosféricos (onda 1.2 x 50μs) c. Ensayos de impulso de maniobra (onda 250 x 2500μs) para todos los equipamientos. ENSAYOS DE AISLACIÓN DE FRECUENCIA INDUSTRIAL • Los ensayos de aislación a frecuencia industrial se realizan normalmente con transformadores especiales, alimentados desde la red eléctrica, o alimentados con un generador dedicado. • La tensión de ensayo puede medirse directa o indirectamente. • Las señales de salida se envían a un sistema electrónico que permite efectuar operaciones para indicar su correspondiente valor en kV eficaces y visualizar la forma f orma de onda con un osciloscopio normal. ENSAYOS DE AISLACIÓN DE IMPULSOS • Los ensayos de aislación a impulso que simulan las solicitaciones de origen atmosférico o de maniobra, se realizan con generadores de impulso. • Debe permitir registrar automáticamente el fenómeno • Para volver a elevar la tensión de descarga se utiliza normalmente un divisor de tensión de tipo resistivo o un divisor de tensión de tipo capacitivo. TRANSDUCTORES DEFINICIÓN: Es un dispositivo que transforma la magnitud física a medir en una señal de tensión compatible con las características de ingreso del instrumento registrador. TRANSMISIÓN DE SEÑALES DEFINICIÓN: Es transportar la señal de datos o eléctrica desde un elemento a otro; la transmisión de señales en un laboratorio de alta tensión es muy crítica a causa de las fuertes perturbaciones existentes. Las soluciones adoptadas para reducir tales disturbios pueden clasificarse en: •transmisión mediante cables coaxiales •transmisión mediante sistemas electro - Ópticos La siguiente tabla muestra las mayores ventajas e inconvenientes de cada solución.



Libro Alta Tension

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