Aisladores para Subestaciones
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Teoría, análisis y ejemplo
El aislamiento en las subestaciones
Enero 2016Prof. Juan Bautista R.
La presentación es para uso estrictamente académico de los alumnos
de la Universidad Nacional de Ingeniería, Facultad de Ingeniería
Eléctrica y Electrónica. No se vende ni se comercializa.
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Aislamiento
Selección de cadenas de aisladores para subestaciones
Prof. Juan Bautista R.
(FIEE - UNI)
Documento Base: Estudios de Pre-Operatividad y Operatividad del Sistema e Ingeniería Básica y de Detalle de las SSEE 220 kV y 500 kV.
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Introducción
Función de los aisladores:
1. Razón eléctrica: proveer el aislamiento para las líneasy equipos;
2. Razón mecánica: proveer la retención mecánica de losconductores, cables o barras rígidas de la subestación.
Estos equipos están sometidos a condiciones de viento,contaminación, esfuerzos de cortocircuito y sismos quegeneran esfuerzos y tensiones sobre ellos.
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Objetivo
Definir el tipo y característicastécnicas de las cadenas deaisladores a instalarse en las
subestaciones.
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CRITERIOS GENERALES
Los materiales de uso común son la
1. porcelana,
2. el vidrio
3. y materiales compuestos.
Cada uno de éstos tiene sus ventajas y
desventajas.
Su elección depende de los criterios de
aceptación de las mismas.
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Desde el punto de vista de resistencia mecánica, eléctrica y de sucomportamiento a la intemperie la porcelana presenta buenas características
y representa un material confiable para la construcción de aisladores.
Para la fabricación de aisladores de porcelana se emplea arcilla sílice,feldespato y cuarzo o alúmina que permiten obtener características tales
como: baja porosidad, no absorción de agua, dureza, alta resistenciamecánica, resistencia al calor y alta temperatura de combustión.
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Los aisladores de vidrio son fabricadoscon sílice óxido de calcio y óxido de
sodio, lo que da como resultado uncomportamiento eléctrico excelente,similar al de la porcelana, pero es másfrágil, con una resistencia mecánicabaja, por lo que debe someterse a
procesos de endurecimiento.
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En áreas de alta contaminación ambientalen donde pueden presentarse corrientes defuga altas en la superficie de los aisladores,
los álcalis que conforman el materialpueden reaccionar con la humedaderosionando la superficie del aislador, locual podría producir astillamiento delmismo.
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Para impactos, no es muyrecomendable el uso deaisladores de vidrio en zonas
de alta contaminaciónambiental y vandalismo.
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L a t e c n o l o g ía d e g om a s d e s i l i cón fue introducida al mercado como unproducto de aplicación específica en la solución de los problemas de
aislamiento en zonas de vandalismo o en donde los aisladores cerámicos o devidrio experimentaban descargas eléctricas debido al alto grado decontaminación.
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Los aisladores de suspensión y anclaje deporcelana, vidrio o compuestos, sonfabricados de diferentes formas, lo cual se
ve reflejado en la distancia de fuga y en elnúmero de elementos que conforman lacadena, para así acomodarse a lascondiciones ambientales del sitio de lainstalación.
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Entre todas las formas utilizadas, la unidad normalizada en vidrio o porcelanatiene:
254 mm (10") de diámetro, 146 mm (5 3/4 ") de espaciamiento y 292 mm(11 1/2") de distancia de fuga.
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Aisladores de anclaje
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Aisladores de anclaje
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Aisladores de suspensión
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Procedimiento del Cálculo
La norma IEC 60815 (1986) serefiere a la selección de los
aisladores para trabajo bajocondiciones de contaminación y es
aplicable a los aisladores desuspensión, anclaje y tipo poste.
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Por línea de fuga
La norma define cuatro niveles decontaminación y para cada nivel decontaminación se especifica lacorrespondiente distancia de fuganominal en mm/kV (fase-fase), se
presenta la tabla siguiente:
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Nota: Obtenido de la Norma IEC 60071-2 3ra Edición
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En los ejemplos todas las subestacioneshan sido clasificadas con nivel deContaminación H e a v y (2 5 m m / k V ),
sustentados en análisis y/o estudios, de lasLíneas:
• Mantaro-Caravelí-Montalvo 500 kV y • Machupicchu-Cotaruse 220 kV.
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En la zonas de Montalvo y Caravelí.(Ampliación Subestación Montalvo 220kV, Subestación Montalvo 500/220 kV y Subestación Caravelí), seconsiderará 31 mm/kV por ser zona de
alta polución.
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Distancia de fuga mínima nominal:
De un aislador situado entre fase y tierra se determina de acuerdo con el
nivel de contaminación del sitio por la siguiente relación:
min f f m d D K U K
Factor de corrección debido al diámetro;
puede tomar los siguientes valores
dependiendo del diámetro promedio.
Tensión más elevada del material, valor fase-
fase, kV.
Distancia de fuga específica mínima, tomada de la tabla IECDistancia de fuga
mínima nominal, mm.
1.0 300
1.1 300 500
1.2 500
m
d m
m
Si D m
K Si m D m
Si D m
El diámetro promedio se calcula teniendo en cuenta la forma
constructiva del aislador.
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Número de aisladores
A partir del valor de distancia de fuga nominal (D f m i n ) se define
min1.15 f
f
D N
D
Distancia de fugamínima nominal,
mm.
Distancia de
fuga de una
unidad, mm
número de unidadesde cadena
min f f m d D K U K
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Distancia crítica
La longitud de la cadena debe ser, por lo menos, igual a la distancia críticafase tierra, conductor- estructura requerida por el nivel de aislamiento de lasubestación.
La longitud de las cadenas de aisladores se calcula mediante la siguienterelación:
cm.
Distancia crítica (cm).
Número de unidades de la cadena
14.6 1 20a
L N
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Aislador standard
Si N=10 entonces,
longitud de la cadena es
10*14.6=1460mm =146cm
14.6 1 20 14.6 10 1 20 151.4a L N cm
Por longitud crítica:
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Sabiendo que se puede hacer uso de los tipos de aisladoressiguientes:
Aislador de porcelana con larga línea de fuga (Antineblina):D f = 4 4 0 m m
Aislador de porcelana estándar: D f = 2 9 5 m m
El factor K d = 1 porque la unidad normalizada de aisladores tiene254 mm de diámetro.
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Número de aisladores obtenidos por Distancia de fuga
Um (kV) Subestación Kf (mm/kV) Kd Dfmin (mm) Tipo Aislador Df (mm) N (unid.) La (m.)
550
Todas a excepción de
Montalvo 500 kV y
Caravelí 500 kV 25 1 13750 Estándar 295 53,60 7,88
550
Todas a excepción de
Montalvo 500 kV y
Caravelí 500 kV 25 1 13750 Antifog 440 35,94 5,30
550
Montalvo 500 kV y
Caravelí 500 kV 31 1 17050 Estándar 295 66,47 9,76
550
Montalvo 500 kV y
Caravelí 500 kV 31 1 17050 Super Fog 550 35,65 5,26
245
Todas a excepción de
Montalvo 220 kV 25 1 6125 Estándar 295 23,88 3,54
245 Montalvo Nueva 220 kV 31 1 7595 Antifog 440 19,85 2,95
145 Machupicchu 138 kV 25 1 3625 Estándar 295 14,13 2,12
x x =
14.6 1 20a L N
f
fmin
D
D N 15.1
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Po r n i v e l e s d e a i s l a m i e n t o
Debido a esfuerzos eléctricos:
En Extra Alta Tensión en zonas nocontaminadas se tienepredominantemente el diseño porsobretensiones de maniobra y enzonas contaminadas porfrecuencia industrial.
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Po r So b r e t e n s i o n e s a f r e c u e n c ia in d u s t r i a l
Para zonas contaminadas debido a sobretensiones de frecuenciaindustrial:
'3
f sv LLs
w
K K V N K E
Número de aisladores
necesarios
Tensión entre fases
Incremento de tensión en
caso de fallas para
cortocircuito monofásico
1.2 a 1.3
Sobretensión a frecuencia industrial
Factor de seguridad = 1.02
Densidad relativa del aire
Tensión de sostenimiento a la frecuencia inducida/unidad
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Depósito de sal
equivalente(mg/cm2)
Aislador Suspensión Antifog 21 Tnls.
Aislador SuspensiónStandar 21 Tnls.
0,01 - 17,8
0,02 18,6 14,40,03 17 12,8
0,04 15,8 12,2
0,05 15 11,6
0,075 13,7 10,7
0,1 12,9 9,9
0,2 11,4 8,8
0,3 10,4 8
0,4 9,9 7,6
0,5 9,5 7,2
Tabla Nº 03 E'w kV/Unidad
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Los aisladores eléctricos de las líneas aéreas de
media y alta tensión sufren un elevadoensuciamiento superficial que obliga a lascompañías eléctricas a realizar frecuentes
limpiezas de los mismos.
Para optimizar estas operaciones de limpieza se
hace imprescindible el disponer de un sistemaque caracterice y cuantifique el nivel deensuciamiento de los aisladores.
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Depósito equivalente de sal
Es la cantidad de sal disuelta en aguaque posee la misma conductividad quelos depósitos reales una vez disueltosen la misma cantidad de agua.
La Densidad de Deposito de SalEquivalente “ESDD”, se expresa enmg/cm2
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Densidad relativa del aire ( )
Por tanto:
En 500 kV:
= 0.73
Para t= 34,4 ºC - Temperatura máxima SE Montalvo 500 kV - Planilla Condicione
Ambientales y Sísmicas Versión 3.Para h=2100 msnm - Altitud estandarizada Subestaciones en 500 kV y 220 kV.
= 0.59
En 220 kV (4200 msnm):Para t= 20,9 ºC - Temperatura máxima SE Cotaruse 220 kV - Planilla Condicione
Ambientales y Sísmicas Versión 3.
Para h=4200 msnm - Altitud estandarizada SE Cotaruse 220 kV.
De la siguiente tabla se obtienen los valores para E'w (considerando depósito de sal
equivalente = 0.05 mg/cm2)
*0.0036
18400
3.86 76
2.7310
t ht
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De donde se obtienen las siguientes cantidades de aisladores:
Tabla Nº 04 Número de aisladores obtenidos por Sobretensiones a frecuencia Industrial.
Factor de
seguridad
Sobretensión a
frecuenciaindustrial
*0.0036
18400
3.86 76
2.7310
t ht
Incremento de tensión encaso de fallas para
cortocircuito monofásico
1.2 a 1.3'
3
f sv LLs
w
K K V N K
E
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Po r So b r e t e n s io n e s d e m a n i o b r a :
Para zonas contaminadas debido a sobretensiones de maniobra:
** 2
* ( )*3
m s LL
w
S K V
N E
Número de aisladoresnecesarios
Tensión entre fases
Factor de seguridad = 1.02
Sobretensión de maniobra en pu
Tensión de sostenimiento al impulso
de maniobra unidad
Densidad relativa del aire
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Se utilizan las densidades para el aire, halladas en el caso anterior.
Se asume S m = 2 .0 p .u . e n 5 0 0 k V ( V a l o r t íp i c o ) .
S m = 4 .5 p .u . e n 2 2 0 k V y 1 3 8 k V ( Va l o r t íp i c o ) .
De la siguiente tabla se obtienen los valores para E w (considerando depósito
de sal equivalente = 0 .0 5 m g / cm 2
).
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Depósito de salequivalente
(mg/cm2) Aislador Suspensión
Antifog 21 Tnls.
AisladorSuspensión
Standar 21 Tnls .
0,02 60 470,03 52 39
0,04 48 36
0,05 46 33
0,075 42,5 300,1 40 27,5
0,2 36,5 23,5
0,3 34 22
0,4 33 21
0,5 32 20
Tabla Nº 05 Ew kV/Unidad
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De donde se obtienen las siguientes cantidades de aisladores
Tabla Nº 06 Número de aisladores obtenidos por Sobretensiones de maniobra.
Sobretensión de
maniobra en pu
Sm = 2.0 para 500kV
Sm = 4.5 para 220kV
y 138kV
Factor de
seguridad =
1.02
Tensión de sostenimiento al
impulso de maniobra unidad
Depósi to de sa l
equivalente(mg/cm2) Ais lad o r Su sp ens ió n An t ifo g 21 Tn ls .
A is lad o r
Suspens iónStandar 21 Tnls.
0,02 60 47
0,03 52 39
0,04 48 36
0,05 46 33
0,075 42,5 30
0,1 40 27,5
0,2 36,5 23,5
0,3 34 22
0,4 33 21
0,5 32 20
Tabla Nº 05 Ew kV/Unidad** 2
*( )*3
m s LL
w
S K V N
E
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Verificación por efecto corona
No deberá producirse corona visual a la siguiente tensión.
Del informe de cálculo de conductores y flechas, se deberá obtener lossiguientes niveles de gradiente disruptivo del aire (Eo ) para cadasubestación:
3sK V E
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Tabla Nº 07 Gradiente del aire.
SubestaciónTensión
kV máx
Sección de la
Barra(MCM)
h
(msnm)
Eo
(kV/cm)
Emáx
(kV/cm)
SE Mantaro 550 2x1200 2050 48,23 24,24
SE Mantaro 245 2x1750 2050 45,28 11,19
SE Caravelí 550 2x1200 1800 49,08 24,24
SE Montalvo 550 2x1200 1300 50,82 24,24
SE Montalvo 245 2x1750 1300 47,75 11,19
SE Machupicchu 245 2x1200 1820 49,01 16,00
SE Cotaruse 245 2x1200 4110 41,88 12,89
Estos valores de Eo se comparan a los obtenidos por las cadenas de aisladores (E
).
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Tabla Nº 08 Comparación gradiente de cadenas de aisladores y
gradiente del aire.
Debido a que el nivel de E > Eo, en todos los casos se deberá de instalar anillos para efecto
corona en todas las cadenas de las subestaciones.
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Por esfuerzos mecánicos:
Cadenas de suspensión
Para cada cadena de suspensión deberá cumplirse la siguiente relación:
² ²s tt vt
CR f C C
Consideramos una carga de rotura para un aislador CR = 120 kN
Carga de rotura de la
cadena de aisladores (a
verificar)
Factor de seguridad = 3
Carga transversal total (daN)
Carga vertical total (daN)
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Por ejemplo, fabricante:
Del Brasil
Consideramos una carga
de rotura para un aislador
CR = 120 kN
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Del Informe de cálculo de conductores y flechas, obtenemos los siguientesvalores de conductores:
Tabla Nº 09 - Conductores definidos paralas Subestaciones del Proyecto.
S.E. Machupicchu Nueva 220 kV
220 kV
138 kV
AAAC 1x1200 MCM
AAAC 1x1200 MCM Ampliación Subestación Cotaruse Nueva 220 kV
220 kV AAAC 2x1200 MCM
Ampliación Subestación Campo Armiño 220 kV
220 kV AAAC 2x1750 MCM
S.E. Mantaro Nueva 500/220 kV
500 kV AAAC 2x1750 MCM
220 kV AAAC 2x 1750 MCM
S.E. Caraveli
500 kV AAAC 2 x 1750 MCM
S.E. Montalvo Nueva 500/220 kV
500 kV AAAC 2 x 1750 MCM
220 kV AAAC 2 x 1750 MCM
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De donde se obtienen las siguientes cargas para cada subestación.
CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE MACHUPICCHU NUEVA 220 KV
TABLA Nº 10 PÓRTICO 220 KV
CARGAS DESCRIPCION Unid. Kg Kg
F1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg 748 <> 800
F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg 44 <> 50
F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg 48 <> 50
F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg 54 <> 60
F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg 134 <> 150
F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg 298 <> 300F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C. GUARDA Kg 7 <> 10
F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg 7 <> 10
F9 PESO DEL PERSONAL Kg 150 <> 150
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TABLA Nº 11 PÓRTICO 138 KV
CARGAS DESCRIPCION Unid. Kg Kg
F1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg 748 <> 800
F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg 30 <> 40
F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg 28 <> 30F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg 37 <> 40
F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg 78 <> 100
F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg 297 <> 300
F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA Kg 5 <> 10
F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg 5 <> 10F9 PESO DEL PERSONAL Kg 150 <> 150
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TABLA Nº 12 CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE
COTARUSE NUEVA 220 KV
CARGAS DESCRIPCION Unid. Kg Kg
F1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg 1630 <> 1650
F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg 130 <> 140
F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg 51 <> 55
F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg 295 <> 300
F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg 134 <> 150
F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg 410 <> 420
F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA Kg 44 <> 45F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg 41 <> 45
F9 PESO DEL PERSONAL Kg 150 <> 150
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TABLA Nº 13 CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA
SE MANTARO NUEVA 220 KV
CARGAS DESCRIPCION Unid. Kg Kg
F1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg 1774 <> 1800
F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg 52 <> 55
F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg 48 <> 50
F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg 152 <> 155
F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg 134 <> 150
F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg 370 <> 400
F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA Kg 33 <> 40F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg 33 <> 40
F9 PESO DEL PERSONAL Kg 150 <> 150
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CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE MANTARO NUEVA 500 KV
TABLA Nº 14 PÓRTICO 500 KV
CARGAS DESCRIPCION Unid. Kg (Kg)
F1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg 1508 <> 1550
F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg 131 <> 150F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg 72 <> 75
F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg 319 <> 320
F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg 236 <> 240
F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg 377 <> 400
F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C. GUARDA Kg 39 <> 45
F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg 39 <> 45F9 PESO DEL PERSONAL Kg 150 <> 150
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TABLA Nº 15 PÓRTICO 220 KV
CARGAS DESCRIPCION Unid. Kg KgF1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg 1810 <> 1850
F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg 110 <> 150
F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg 48 <> 50
F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg 318 <> 320F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg 134 <> 150
F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg 377 <> 400
F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA Kg 39 <> 45
F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg 39 <> 45
F9 PESO DEL PERSONAL Kg 150 <> 150
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TABLA Nº 16 CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE
LA SE CARAVELI 500 KV
CARGAS DESCRIPCION Unid. Kg Kg
F1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg 1508 <> 1550
F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg 131 <> 150
F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg 72 <> 80F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg 319 <> 320
F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg 236 <> 240
F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg 377 <> 400
F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA Kg 39 <> 45
F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg 39 <> 45
F9 PESO DEL PERSONAL Kg 150 <> 150
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CUADRO DE CARGAS PARA EL PORTICO DE LA SE MONTALVO 500 KV
TABLA Nº 17 PÓRTICO 500 KV
CARGAS DESCRIPCION Unid. Kg (Kg)
F1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg 1508 <> 1550
F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg 131 <> 150
F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg 72 <> 75F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg 319 <> 320
F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg 236 <> 240
F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg 377 <> 400
F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C. GUARDA Kg 39 <> 45
F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg 39 <> 45F9 PESO DEL PERSONAL Kg 150 <> 150
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TABLA Nº 18 PÓRTICO 220 KVCARGAS DESCRIPCION Unid. Kg Kg
F1 TIRO DE LOS CONDUCTORES Kg 1810 <> 1850
F2 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS CONDUCTORES Kg 105 <> 110
F3 FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS AISLADORES Kg 48 <> 50
F4 PESO DE LOS CONDUCTORES Kg 304 <> 310
F5 PESO DE LOS AISLADORES Kg 134 <> 150
F6 TIRO DEL CABLE DE GUARDA Kg 377 <> 400
F7 FUERZA DEL VIENTO SOBRE EL C.GUARDA Kg 39 <> 45
F8 PESO DEL CABLE DE GUARDA Kg 39 <> 45F9 PESO DEL PERSONAL Kg 150 <> 150
De cada cuadro anterior se obtiene:
Ctt=F1+F2+F3.
Cvt=F4+F5.Por tanto, se hallan los factores de seguridad para cada subestación y se comprueba que resultan mayores
que 3, para todos los casos, por lo que es apropiado el uso de la cadena de aisladores de suspensión con una
carga de ruptura de 120 kN.
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TABLA Nº 19 Factores de Seguridad Calculados para cadenas de Suspensión
Subestación Pórtico Ctt(kg) Ctt(daN) Cvt (kg) Cvt(daN) CR (kN) FsPórtico 220 kV 900 882 210 205,8 120 13,25
Pórtico 138 kV 870 852,6 140 137,2 120 13,90
SE Cotaruse Nueva 220 kV Pórtico 220 kV 1845 1808,1 450 441 120 6,45
SE Mantaro Nueva 220 kV Pórtico 220 kV 1905 1866,9 305 298,9 120 6,35
Pórtico 500 kV 1775 1739,5 560 548,8 120 6,58Pórtico 220 kV 2050 2009 470 460,6 120 5,82
SE Caravelí 500 kV Pórtico 500 kV 1780 1744,4 560 548,8 120 6,56
Pórtico 220 kV 1775 1739,5 560 548,8 120 6,58
Pórtico 500 kV 2010 1969,8 460 450,8 120 5,94
SE Machupicchu Nueva 220 kV
SE Mantaro Nueva 500 kV
SE Montalvo Nueva 500 kV
Ca d e n a s d e a n c l a j e
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Ca d e n a s d e a n c l a j e .
En las cadenas de anclaje debe cumplirse la relación:
lCR fs C De igual manera que el procedimiento anterior se usa CR = 120 kN.
Se obtiene de cada cuadro anterior:
Cl=F1
Por tanto, se hallan los factores de seguridad para cada subestación y se comprueba que resultan
mayores que 3, para todos los casos, por tanto es apropiado el uso de la cadena de aisladores de
anclaje con una carga de ruptura de 120 kN.
Carga de rupturade la cadena de
aisladores
f s3 Factor deseguridad
Carga longitudinalmáxima
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TABLA Nº 20 Factores de Seguridad Calculados para cadenas de Anclaje
Subestación Pórtico Cl(kg) Cl (daN) CR (kN) FsPórtico 220 kV 800 784 120 15,31
Pórtico 138 kV 800 784 120 15,31
SE Cotaruse Nueva 220 kV Pórtico 220 kV 1650 1617 120 7,42
SE Mantaro Nueva 220 kV Pórtico 220 kV 1800 1764 120 6,80
Pórtico 500 kV 1550 1519 120 7,90
Pórtico 220 kV 1850 1813 120 6,62
SE Caravelí 500 kV Pórtico 500 kV 1550 1519 120 7,90
Pórtico 220 kV 1550 1519 120 7,90
Pórtico 500 kV 1850 1813 120 6,62
SE Mantaro Nueva 500 kV
SE Montalvo Nueva 500 kV
SE Machupicchu Nueva 220 kV
Cálculo de Aisladores Separadores:
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Cálculo de Aisladores Separadores:
Para los casos donde sea posible el uso de
cadenas de aisladores separadoras, con elobjetivo de crear nodos de conexión se
utilizará cadenas de aisladores deporcelana que no estarán unidas a pórticos,su función será exclusivamente para crear
un nodo eléctrico entre la llegada de lalínea y el primer pórtico de la subestación.
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Por tanto se puede considerar por cuestiones de seguridad que lalongitud de esta cadena será la misma usada al interior de la
subestación con un factor de seguridad de 1.05.Entonces tomandocomo referencia la tabla 27 del presente informe, el número deunidades de esta cadena será:
Subestación (mm/kV) Um (kV) Tipo h(msnm) N (unid.)Mantaro 500 kV 25 550 Antifog 2100 36
Montalvo 500 kV y
Caravelí 500 kV 31 550 Superfog 2100 36
Machupicchu 220 kV,Mantaro 220 kV 25 245 Estándar 2100 24
Montalvo 220 kV 31 245 Antifog 2100 20
Cotaruse 220 kV 25 245 Estándar 4200 24
Machupicchu 138 kV 25 145 Estándar 2100 14
N = 36*1.05 = 38 unidades de aisladores de porcelana
Distancia de separación de las raquetas:
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Distancia de separación de las raquetas:
El cálculo de la distancia de separación entre raquetas se efectúa teniendo encuenta que el flameo del cuerno debe ocurrir a tensiones superiores a laactuación del pararrayos, pero en lo posible inferiores al nivel de aislamiento
de impulso atmosférico de los equipos del patio de llaves de la subestación.
Para descargas atmosféricas negativas:
1.25
518.05*10 Upd K
Para descargas atmosféricas positivas:
418.14 *10 ( )Up
d
K
m
m
Pa r a so b r e t e n s io n e s d e m a n i o b r a p o s i t i v a s :
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Pa r a so b r e t e n s io n e s d e m a n i o b r a p o s i t i v a s :
1.67
619.05 10 pU
d x
K
Distancia mínima
de separación de
las raquetas
Nivel de aislamiento al impulso
atmosférico de los equipos en kV
Factor de forma
En la práctica las sobretensiones positivas serán los condicionantes en el cálculo de la distancia de la
separación de raquetas debido a que el aislamiento es más débil a estas sobretensiones.
Raquetas
d
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En la tabla 24 se presenta la aplicación de esta formulación:
TABLA Nº 24 - Separación de electrodos para raquetas.
1,0 1,15 1,3
550 1000 870 770
650 1180 1025 907750 1360 1180 1050
850 1540 1340 1190
950 1790 1500 1330
1050 2110 1670 1460
1175 2550 2020 16401300 2810 2230 1950
1450 3370 2670 2340
1550 3760 2980 2610
Nivel de Aislamiento al impulsoatmosférico Up (kVp) Separación de Electrodos (mm)
Factor de forma de los electrodos k'
El factor de forma más conservador es el 1.0, pero en la práctica podría llevarse hasta 1.3 sin problemas. Seusa el factor de forma 1.15 para subestaciones de 500 kV, y 1.0 para los demás casos.
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Aplicando a nuestro caso las distancias de separación para las raquetas serán las siguientes:
TABLA Nº 25 - Distancias de separación seleccionadas
Kf (mm/kV) Um (kV) h(msnm) BIL (kVp) d(mm)
25 550 2100 1550 298025 245 2100 1050 2110
25 245 4200 1300 2810
25 145 2100 750 1360
RESUMEN:
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De todos lo casos analizados se obtiene el siguiente cuadro resumen:
TABLA Nº 26 - Comparación entre número de unidades de
aisladores de porcelana obtenidos
PorDistancia de
fuga
PorSobretensiones
a frecuencia
industrial.
PorSobretensiones
de maniobraUm (kV) (mm/kV) Tipo h(msnm) N (unid.) N (unid.) N(unid.)
550 25 Estándar 2100 53,60 33,71 13,29
550 25 Antifog 2100 35,94 43,59 18,52
550 31 Superfog 2100 35,65 43,59 18,52
245 25 Estándar 2100 23,88 19,18 18,33
245 31 Antifog 2100 19,85 19,18 18,33
245 25 Estándar 4200 23,88 23,85 14,74
145 25 Estándar 2100 14,13 12,03 11,50
CON CLUS I ON ES:
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Se considera el mayor número de cadena de aisladores, para cadanivel de tensión, por lo las cadenas en cada subestación quedaríanconformada de la siguiente manera:
TABLA Nº 27 - Número de aisladores de porcelana
Subestación (mm/kV) Um (kV) Tipo h(msnm) N (unid.)
Mantaro 500 kV 25 550 Antifog 2100 36Montalvo 500 kV y
Caravelí 500 kV 31 550 Superfog 2100 36
Machupicchu 220 kV,
Mantaro 220 kV 25 245 Estándar 2100 24Montalvo 220 kV 31 245 Antifog 2100 20
Cotaruse 220 kV 25 245 Estándar 4200 24
Machupicchu 138 kV 25 145 Estándar 2100 14
Conclusiones:
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• Se define aisladores con larga línea de fuga (Antifog) y muy larga línea defuga (Superfog) para 500 kV, debido al gran número de aisladores delmodelo estándar que se tendrían que instalar (54 unidades) y por la gran
longitud de cadena que se tendría (7,88 m).
• Se define el uso de aisladores con una carga de ruptura de 120 kN.
• Se define el uso de aisladores de porcelana, para las cadenas de anclaje ysuspensión.
A i s l a d o r e s A n t i f o g
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A i s l a d o r e s St a n d a r d
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Se obtiene las siguientes conclusiones:
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• Se deberá de instalar anillos (equipotenciales) para efecto corona en todaslas cadenas de las subestaciones.
• Será necesario el uso de raquetas, para las cadenas de aisladores quereciben las líneas de transmisión, en todas las subestaciones del proyecto.
• Se usarán tensores en las cadenas de aisladores de anclaje, yprincipalmente en las barras, por efectos prácticos y de facilidad durante laetapa de montaje.
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Gracias