C_lculo_de_cadenas_de_aisladores

Determinación del largo de una cadena de aisladores

Pablo Medina Cofré

1. Requerimientos para una cadena de aisladores
El número de discos de una cadena de aisladores debe ser tal que la cadena
brinde un adecuado nivel de aislación frente a:
-

Contaminación.
Sobretensiones temporarias.
Sobretensiones de impulso de rayo.
Sobretensiones de impulso de maniobra.

En particular, a frecuenciaindustrial la cadena debe brindar aislamiento
para un nivel dado de contaminación, el cual es característico del lugar,
y será esta solicitación la que defina el largo.
Para sistemas de 220 kV no es necesario verificar las sobretensiones de
impulso de maniobra, ya que de acuerdo a las normas de coordinación
de aislación, estas son relevantes para sistemas sobre 300 kV.
2. Determinación del número dediscos aisladores
2.1

Determinación de aislamiento para un nivel de contaminación dado.
De acuerdo a la experiencia de los diseñadores de líneas, es el nivel de
contaminación lo que habitualmente define el largo de una cadena en
nuestro país.
La distancia de fuga mínima que se debe considerar para cada disco
aislador en un ambiente de contaminación dado, está dada por una
recomendación de la normaIEC 60071-2, citada en la norma IEEE Std.
1313.2-1999, la cual se resume en la Tabla 1:

Tabla 1: Distancias de fuga mínimas recomendadas para diferentes grados de contaminación
(Fuente: IEEE Std 1313.2-1996)

La Tabla 1 considera que las tensiones son fase-neutro, por lo que para
trabajar con las tensiones fase-fase del sistema habrá que dividir sus
valores por √3
Luego, el número de aisladoresen una cadena está dado por:
N a = V ff

Df
df

Donde:
Dff
Vff
df

:
:
:

Dist. de fuga mínima recomendada según norma [mm/kVff]
Tensión nominal del sistema, [kVff]
Distancia de fuga mínima de cada aislador [mm].

La Tabla 1 y la expresión anterior son válidos para instalaciones a nivel
del mar, por lo que si se desea determinar la aislación a otra altura
geográfica, será necesario considerarciertas correcciones.
Como criterio, INGENDESA modifica la distancia de fuga “Df”, para un
cierto valor de densidad relativa del aire “d” a través de la siguiente
expresión:

Df =

D f 0  mm 
d  kV 

donde:
Df0 = distancia de fuga unitaria mínima según IEC 60071-2 [mm/kV].
d = densidad relativa del aire

d=

3,92 ⋅ b
273 + t

con
b = presión barométrica, [cm Hg].
t = temperatura ambiente, [°C].La presión barométrica se relaciona con la altitud sobre el nivel del mar
de acuerdo a la siguiente expresión

log(b) = log(76) −

h
18336

Donde:
h

= Altitud sobre el nivel del mar [m]

Finalmente, y aplicando un factor de seguridad de un 10% para dar
cuenta de una sobretensión temporaria en el sistema, la cantidad de
aisladores requeridos por cadena se obtiene de acuerdo a la siguienteexpresión:

N a = 1,1 ⋅ V ff

Df
df

En cadenas de anclaje se utiliza un aislador adicional para mantener la
distancia de fuga mínima del conjunto ante la ruptura de alguno de ellos.
Para determinar la tensión de frecuencia industrial soportada por los
aisladores en condiciones de contaminación, se utiliza la siguiente
expresión:

V =

2.2

Nad f
Df

Determinación de aislamiento para un nivel de impulsode rayo.
De acuerdo a norma IEEE Std. 1313.1, el BIL Estadístico de una
aislación corresponde a la tensión, en términos de valor cresta, y de
frente rápido, que es capaz de soportar sin “romperse” el 90% de las
veces que es aplicada.
Por otra parte, se define el “Critical flashover voltage” (CFO) como la
tensión, en términos de valor cresta, y de frente rápido, para la cual la
aislación se rompe el50% de las veces que es aplicada.
Asumiendo que la distribución probabilística de ruptura sigue una curva
normal, se tendrá que:

σf 


BIL = CFO − 1,28 σ f = CFO1 − 1,28 ⋅
CFO 

Donde σf es la desviación estándar.
Finalmente, considerando una razón típica de

σf
CFO

=0,03 según norma

IEEE Std 1313.2-1999, se tendrá que:
CFO =

BIL
0,9616

Las sobretensiones a las cuales están...