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Trabajo #3-​Análisis de flameo Corriente de fuga y condiciones de flameo para aisladores​.-Alto voltaje. Diego Marcel Chamorro Bueno. Cc:1121507858 Yeirson Hair Narváez Portilla Cc. 1017233618 Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia- 27 Junio 2019

I.

INTRODUCCIÓN.

En el desarrollo del laboratorio se hace una caracterización física de una tipo de aislador que se seleccionó, la importancia de estos yace en que en una infraestructura eléctrica de alta, media y baja tensión, los aisladores son los elementos que cumplen la función de sujetar mecánicamente a los conductores que forman parte de la línea, manteniéndolos aislados de tierra y de otros conductores, estos deben soportar la carga mecánica que el conductor transmite al apoyo a través de ellos. También deben aislar eléctricamente los conductores de los apoyos, soportando la tensión en condiciones normales y anormales y sobretensiones hasta las máximas previstas que los estudios de coordinación del aislamiento definen con cierta probabilidad de ocurrencia. La tensión debe ser soportada tanto por el material aislante propiamente dicho como por su superficie y por el aire que rodea al aislador.[1] Las características básicas que debe cumplir un aislador y su material, para poder se usado en líneas de alta tensión son: resistividad alta y una gran resistencia mecánica. En el desarrollo de este documento se muestra el tipo de aisladores, los resultados de las pruebas en condiciones ambientales secas para voltaje de flameo y corriente de fuga. II.

MARCO TEÓRICO.

Tipos de aisladores Se describe a continuación los tipos de aisladores los cuales están presentes en el laboratorio de alto voltaje, los cuales pueden ser: aisladores tipo tensor, aisladores tipo pin y aisladores tipo carrete. Aislador de suspensión. Este tipo de aislador o llamado también tipo disco es el más empleado en redes de transmisión de energía eléctrica, se utilizan cadenas de aisladores para suspender el conductor, el número de elementos aisladores que debe tener la cadena se determina por la tensión de servicio en la línea de transporte de energía. Así, en las líneas a 110 kV, las cadenas suelen tener 6 ó 7 elementos aisladores y en las líneas a 220 kV, 10 a 12. Existen aisladores de suspensión de 6” y 10” los cuales soportan un esfuerzo mecánico de 10.000 y 15.000 libras, el aislador de suspensión se representa en la siguiente imagen.

Figura 1. Aislador de suspensión Aislador tipo tensor El aislador tipo tensor es utilizado para suspender los conductores en redes de transmisión aéreas en las que existe un ángulo de giro mayor a 30° o en los extremos de la línea, razón por la cual deben soportar esfuerzos mecánicos elevados, existen aisladores tipo tensor de 3 1/2”, 4 1/4”, 5 1/2”, 6 3/4”.

Figura 2. Aislador Tipo Tensor Aislador tipo Pin El aislador tipo pin es empleado en redes eléctricas de distribución, en estructuras en las cuales van crucetas, este, es empleado para sostener el conductor.

Figura 3. Aislador Tipo Pin Existen aisladores de pin sencillos y dobles y es seleccionado según el nivel de tensión al cual va a trabajar, para 7.2 kV, 13.2kV, 15 kV se emplea pin sencillo y para 23 kV y 34.5 kV se emplea pin doble. [5]

Aislador tipo carrete El aislador tipo carrete se emplea en redes aéreas de distribución de energía eléctrica, en las estructuras que no llevan crucetas para sostener el conductor, el aislador es ubicado en perchas, estas pueden ser de uno, dos, tres, cuatro y cinco puestos según la cantidad de líneas.

Figura 4. Aislador tipo carrete III. PROCEDIMIENTO

Reconocimiento del tipo de aislador: Aislador seleccionado: ​El aislador que se seleccionó en el laboratorio es el tipo de aislador cerámico cuya forma es semejante a la de una campana, además es un aislador de tipo PIN, cuya forma y medidas se presentan a continuación:

Figura 5. Vista Inferior

Figura 6. Vista frontal

Medidas del Aislador seleccionado (Características físicas): Los instrumentos de medida para este proceso fueron: ● Cinta de enmascarar ● Flexómetro

Figura 7. Vista Superior

Distancia de Fuga (mm)

Distancia de Arco (mm)

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205 Tabla 1. Medidas físicas del aislador

Características del modelo más parecido en el catálogo de GAMMA:

Figura 8. Modelo de aislador de GAMMA Aisladores tipo pin de porcelana con resistencia al cantilever desde 11.1kN hasta 13.4kN y voltajes típicos de aplicación desde 7.2kV hasta 34.5kV. diseñados y fabricados bajo norma ANSI C29.6

Figura 9. Características de modelo de aislador

PRUEBA DE TENSIÓN DE FLAMEO Y CORRIENTE DE FUGA. Los aisladores se sometieron a pruebas de tensión de flameo en seco y de corrientes de fuga , manteniendo las mismas condiciones atmosféricas del laboratorio anterior. Características prueba flameo en seco: De acuerdo con los valores rms de tensión de flameo incluidos en la tabla 3, la presencia de voltajes altos no desmejora el desempeño eléctrico en una línea, ya que cuando estos son sometidos a la tensión nominal de servicio, por ejemplo en distribución este valor es de 13.2KV y el voltaje de flameo en el aislador tipo PIN fue de 50 KV rms en adelante como se observa en la tabla 3.

Tabla 2: Voltaje de flameo CORRECCIÓN DE VOLTAJES Usando la norma IEEE 4-2013, “Estándar IEEE para técnicas de prueba de alto voltaje” se tienen las siguientes fórmulas:

Se corrigen los valores con las condiciones ambientales del laboratorio número 2. Para la prueba de flameo se tiene que el valor del voltaje corregido es: Con :T=23.1°C, h=72.5%, P=634.5mmHg, d=205mm=0.205m To=20°C, ho=11g/m^3 , P=760 mmHg. Vflameo promedio=76.3675V (pico) 273+20 δ = ( 634.5 )( 273+23.1 ) = 0.826 ~ 0.83 760

k = 1 + 0.012(13.9/0.83 − 11) = 1.067

Tabla 4: Valores g de corrección g=

1.1*76.3675 500*0.205*0.83*1.067

= 0.9254

Según la tabla 4, los valores de M y N son: m = 0.9254(0.9254 − 0.2)/0.8 = 0.8391 = w K 1 = 0.830.8391 = 0.8553 , K1 es confiable para: K 2 = 1.067

0.8391

= 1.0559

K = 0.8553 * 1.0559 = 0.9031 76.3655 = V 0 * 0.9031 V 0 = 84.5593KV tensión a condiciones normalizadas para el flameo Características en prueba de corriente de fuga: Con el fin de observar el comportamiento del aislador en cuanto a las corrientes de fuga, se varía la tensión de energización entre aproximadamente 0 y 40 kV rms, obteniendo los siguientes resultados

Tabla 3. Características de corriente de fuga

Figura 10. Comportamiento de corriente de fuga al aplicar voltaje Ahora se corrigen los valores del voltaje para la corriente de fuga, con el factor K=0.9031, obteniendo lo siguiente:

Tabla 5. Características de corriente de fuga con voltaje normalizado

Figura 11. Comportamiento de corriente de fuga con aplicar voltaje normalizado

Instrumentos de medición para corriente de fuga y voltaje de flameo: ● ● ● ●

Amperímetro Voltímetro Divisor capacitivo Aislador tipo PIN

IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. Se observa en la tabla 1 los valores de distancia de arco y distancia de fuga, los cuales al compararlos con los de la tabla de fabricante del aislador, estos tiene una diferencia de 3mm y 2mm para la distancia de fuga y de arco respectivamente, esto se debe al posible error en las mediciones, ya que no se utilizó un instrumento de medición exacto, si no un método aproximado, aun así el valor es muy cercano y por eso escogimos del catalogo GAMMA esa referencia ya que fue la más parecida. En la tabla 2 , se dan los datos de la variación del voltaje hasta llegar al momento de flameo, este sucedió entre un valor de 50 a 50 V rms, por eso para el cálculo de los valores corregidos se sacó un promedio el cual en valor pico dio un valor de 76.3675 KV , con lo cual se obtuvo un valor corregido de 84.5593KV lo cual es más cercano al valor nominal dado en la figura 9 el cual es de 100 KV, esto se debe seguramente a las condiciones con las que el fabricante hizo las pruebas y ya se a comprobado que estos valores difieren según las condiciones atmosféricas de la ciudad. La corriente de fuga es un flujo de corriente no deseada, que se da en la superficie de un aislador, por lo cual es perjudicial para el circuito, esta varia casi de manera uniforme aunque su aumento es muy pequeño en comparación con el voltaje el cual aumenta considerablemente esto se observa en la tabla 3, esto se debe a que la condición del aislador es buena, ya que el aislamiento, a nivel eléctrico, presenta ciertas características de resistencia y capacitancia, y en consecuencia conduce corriente, dada la alta resistencia del aislamiento, en realidad se debe fugar una cantidad muy pequeña de corriente como se observó en las mediciones. Pero, si el aislamiento es antiguo o está dañado, la resistencia es menor y es posible que fluya una cantidad importante de corriente.[6] Se observa en la tabla 5 y en la figura 11, que los valores de corriente disminuye porcentualmente cuando el voltaje de flameo se normaliza, no disminuye en magnitud pero sí en cantidad con respecto al voltaje que aumenta,si se comparan los valores de I y V sin normalizar, la cantidad de voltaje aumenta en menor cantidad que con los valores normalizados se observa en que por ejemplo en un voltaje de 56.56 KV la corriente de fuga es de 0.3396A, con los valores corregidos en esa misma posición de la tabla el voltaje es de 63.63KV con el mismo valor de corriente, lo cual muestra que en condiciones normales el valor de la corriente de fuga es menor con respecto al valor de voltaje que aumenta.

V. REFERENCIAS. [1]”Aisladores en líneas eléctricas: materiales, tipos y características principales ”[Online].Available:[​ ​https://blog.structuralia.com/aisladores-en-lineas-electricas-materiales-tipos-y-carac teristicas-principales[​ Accesed:26-06-2019]​ [2]”IEEE Standard for High-Voltage Testing Techniques”[Online].Available:h​ ttps://ieeexplore.ieee.org/document/6515981​.​[Accesed:26-06-2019​] [3]”Evaluación del desempeño de aisladores de porcelana recubiertos con pelÌculas de dioxido de titanio para disminuir el ensuciamiento”[Online].Available: http://www.scielo.org.co/pdf/rfiua/n66/n66a11.pdf​[Accesed:26-06-2019]​ [4]”PIN ANSI 55-6 13.4 kN 23 KV CON RF 8220” [Online].Available:​https://www.gamma.com.co/productos/pin-ansi-55-6-13-4kn-23kv-2/[​ Accesed:26-06-20 19​] [5]”Instrumentación Digital. Tipos de aisladores y sus características” [En línea] “​https://www.instrumentaciondigital.es/tipos-de-aisladores-caracteristicas/​” Consultado: 26/06/2019 [6]”Medida de corrientes de fuga. Conceptos básicos.”[Online].Available:h​ ttps://www.fluke.com/es-co/informacion/blog/sonda-tipo-pinzas/medida-de -corrientes-de-fuga-conceptos-basicos[​ Accesed:26-06-2019]​