PROPUESTA DE UN MODELO PARA LA EVALUACIÓN DE LOS AISLADORES POLIMÉRICOS EN LÍNEAS AÉREAS DE TRANSMISIÓN

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD

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PROPUESTA DE UN MODELO PARA LA EVALUACIÓN DE LOS AISLADORES POLIMÉRICOS EN LÍNEAS AÉREAS DE TRANSMISIÓN

Realizado por:

JUNIOR JESUS TORRES ESPINOZA

C.I.: V-20.764.386

Puerto La Cruz, Noviembre del 2016

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

      En un sistema de potencia, la energía eléctrica se logra a través de los generadores, que a su vez se obtiene de la energía mecánica producida por procesos térmicos, químicos, nucleares. Luego de ser generada, la energía requiere ser transportada y es entonces cuando surge la importancia de las líneas de transmisión, ya que a través de ellas se lleva la energía desde los sitios de generación hasta lugares en que será utilizada.

      Las líneas de transmisión están constituidas por un conjunto de elementos que cumplen sus funciones para beneficiar el transporte de la energía, entre los que se puede destacar: las torres, que sostienen a los conductores; los herrajes cuya función es de servir de unión entre el conductor y el aislador; los aisladores que cumplen la función que no debe ser subestimada, ellos aíslan los conductores de las estructuras que los sostienen, que en su mayoría suelen estar construidas de material metálico.

      Los aisladores no permiten que la corriente fluya desde los conductores hacia tierra a través de las torres, constituyendo un camino de alta impedancia, además deben ser capaces de soportar su propio peso, el de los conductores y el de los herrajes correspondientes. Con la evolución y uso cada vez más frecuente de los aisladores poliméricos (AP) se han ido demostrando ventajas adicionales a la de su bajo peso, en cuanto al aislamiento polimérico son varias ventajas, destacando la resistencia a impactos mecánicos, la disminución del peso, la seguridad de operación y la disminución del impacto ambiental en su fabricación y utilización.

      Sin embargo, existe el envejecimiento de los aisladores poliméricos, es decir la pérdida gradual de sus propiedades, la cual sigue siendo un problema que en cierta medida ha limitado el reemplazo total de los aisladores cerámicos por poliméricos. El envejecimiento de la superficie del aislador polimérico causa pérdida de la hidrofobicidad, está se ve acelerada por la temperatura, la contaminación, efecto corona, descargas superficiales, lluvia acida y los rayos UV.

        La exposición prolongada a la contaminación, descargas eléctricas superficiales y degradación biológica son las tres principales causas del envejecimiento en los aisladores poliméricos. En el caso de las descargas eléctricas estas son provocadas por distribución no uniforme del campo eléctrico a lo largo del aislador o por un campo eléctrico, que se concentra en los extremos. El primer caso, la distribución del campo eléctrico es determinada por la geometría y la distribución capacitiva a lo largo del aislador, mientras que el segundo caso es el reforzamiento del campo eléctrico que depende de la formación de bandas secas bajo humedad y contaminación. Además de la superficie, esta la degradación biológica, que debido al tipo de contaminación, los aisladores poliméricos se someten al envejecimiento por la alta temperatura UV, que da como mayor deterioro a las prestaciones de aislamiento eléctrico del material.

         Este trabajo de grado consistirá en desarrollar un modelo comparativo referencial EPDM, realizando una evaluación de las características operativas de los aisladores poliméricos basado en las normas IEC 60815-61109. Con las propiedades eléctricas y mecánicas se verificará si existen pérdidas en las condiciones básicas operativas del aislador, para así optimizar su funcionamiento, rendimiento y prolongar la vida útil del aislador polimérico.

1. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

      Proponer un modelo para la evaluación de los aisladores poliméricos en líneas aéreas de transmisión.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

      1. Clasificar los aisladores poliméricos según sus características constructivas.

      2. Describir las pruebas de laboratorio en aisladores poliméricos.

      3. Especificar los factores de degradación y envejecimiento que influye en  el desempeño en los aisladores poliméricos.

      4. Determinar las condiciones del aislador polimérico de acuerdo a las pruebas de laboratorio.

      5. Presentar un modelo comparativo referencial del estado de los aisladores poliméricos.

1. MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

3.1. ANTECEDENTES

         Amin, M. y Kashif, S. (2014). Presentaron un caso sobre el envejecimiento del aislador polimérico instalado en Colombia. La compañía Siemens Colombia compra un aislador polimérico hecho de HTV – SiR (Goma de Silicona) con relleno de ATH (alúmina trihidratada). Su principal objetivo fue observar el comportamiento del aislador polimérico, el cual produjo corrientes de fuga. Realizaron pruebas en una cámara artificial para 5000 h, aplicando radiaciones UV, lluvia artificial y temperaturas de alta intensidad, según las especificaciones de la norma IEC. Servirá de apoyo para verificar el envejecimiento, rendimiento y duración del aislador polimérico cuando se le empleen las propiedades eléctricas y mecánicas.

        Molina, F. y Volponi, J. (2013). Realizaron un estudio de degradación de los aisladores poliméricos en Frankfurt, Alemania. Su principal objetivo fue demostrar los estudios y resultados de las evaluaciones (t=0) y los aisladores poliméricos de anclaje, para redes de 15 y 25 kV. Los compuestos poliméricos eran analizados por calorimetría diferencial de barrido (DSC), Análisis Termogravimétrico (TGA) y Análisis Dinámico-Mecánico (DMA), para verificar los cambios en sus propiedades, considerando la posibilidad de degradación. Proporcionará una idea clara y precisa del uso de las condiciones mecánicas y así verificar los ciclos típicos de las pruebas de prototipo.

       Ramírez, J. y Da Silva, E. (2013). Realizaron la evaluación de los aisladores de silicona de 400 kV en condiciones tropicales naturales en Miranda, Venezuela. Este estudio presenta una etapa temprana del envejecimiento de un aislador degradado en condiciones tropicales que estuvo en servicio durante cinco años y esta se comparó con una nueva muestra idéntica que era de almacenamiento. El primer diagnóstico, que incluye un esquema completo de propiedades eléctricas, mecánicas y fisicoquímicas, se realizó en aisladores de goma de silicona (Insulators SiR) ubicado en la región Norte/Este de Venezuela. Desde un punto de vista,  el diagnóstico del sistema de aislamiento de la línea de transmisión y la tasa de proceso de envejecimiento puede ser considerado. Aportará nuevos estudios de la tasa de degradación y envejecimiento de los aisladores poliméricos en las líneas aéreas de transmisión.

        Vanitha, A. y Narayanan, V. (2014). Realizaron un análisis de la situación superficial de los aisladores poliméricos para aplicaciones de alta tensión en Tamil Nadu, India. Este trabajo trata sobre el análisis de las características de descargas parciales de los aisladores poliméricos de alta tensión. Las pruebas de laboratorio se llevan a cabo según la norma IEC 60507. Se muestra que las variaciones en las características de tiempo y dominio de la frecuencia de pulsos están estrechamente relacionadas con la condición superficial del aislador polimérico. El propósito será comprender la influencia del envejecimiento térmico acelerado a diferentes condiciones de contaminación, humedad y degradación del material aislante.

3.2. BASES TEÓRICAS

3.2.1. Aislador

      Es un material que sirve fundamentalmente para sujetar los conductores de manera que mantenga las distancias mínimas a masas requeridas. Estos deben evitar la derivación de corriente de la línea hacia tierra, ya que un aislamiento defectuoso acarrea pérdidas de energía e interrupción del servicio, por fallas eléctricas. La finalidad de los aisladores se puede dividir en dos básicamente: funciones eléctricas y mecánicas.

3.2.1.1. Funciones Eléctricas

      Mantener el aislamiento eléctrico entre el conductor y la torre, cualquiera que sea las condiciones externas debido al medio ambiente (lluvia, contaminación, descargas atmosféricas, etc.) o debido a las operaciones de la red (maniobras).

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