RESTRICCIONES A TCT POR AISLADORES DAÑADOS EN LAS CADENAS DE LÍNEAS

1. Ings. Carlos Alonso y Carlos Curbelo UTE – TRASMISIÓN Uruguay RESTRICCIONES A TCT POR AISLADORES DAÑADOS EN LAS CADENAS DE LÍNEAS V CITTES – Salta, 2011

2. UTE TRASMISION • 3562 km líneas de 150 kV • 49 SSEE 150 kV • 771 km 500 kV • 06 SSEE 500 kV

3. 1) INTRODUCCIÓN 1.1 Contexto, objetivo y alcance 1.2 Resumen de resultados 1.3 Normas analizadas 1.4 Metodología usada (IEC 61472, 2004)

4. INTRODUCCIÓN1.1) CONTEXTO, OBJETIVO Y ALCANCE • Contexto del estudio, en UTE: - Se busca determinar distancias de aproximación y especificar procedimientos de trabajo para TCT en Trasmisión. - Actualmente se admite hasta 30 % del total de aisladores dañados, sin efectuar consideraciones por tensión, cuernos, raquetas o aros.

5. INTRODUCCIÓN1.1) CONTEXTO, OBJETIVO Y ALCANCE • Objetivo y alcance de la presentación: - Despertar en el auditorio la curiosidad de chequear en sus empresas los criterios de recambio de aisladores. - Calcular el número admisible de aisladores dañados en cadenas de líneas de trasmisión, vinculado a las sobretensiones de maniobra esperables sobre las mismas, para la realización de TCT. - En el presente trabajo se comenta los criterios adoptados para dicho cálculo, bajo la norma IEC 61472, 2004, y se ejemplifica el mismo para un grupo de cadenas de interés en 132 kV, 150 kV y 500 kV.

6. INTRODUCCIÓN1.1) CONTEXTO, OBJETIVO Y ALCANCE • Métodos de TCT contemplados: - Son los que mantienen a los operarios y a los objetos conductores de modo que no se ubiquen a lo largo de las cadenas (por ejemplo: trabajos a distancia en cadenas de suspensión, inspecciones de torres, y TCT en torres con dobles ternas cuando se trabaja en una de ellas sin afectar a la otra).

7. INTRODUCCIÓN1.1) CONTEXTO, OBJETIVO Y ALCANCE • Riesgos: - El riesgo que se maneja para los trabajadores, es que estando en cercanías de una cadena, ocurra un arco en la misma. - Los daños esperados al trabajador, serían todos aquellos que deriven de la ocurrencia de un arco en su cercanía. - Las probabilidades de ocurrencia de arco, son las admitidas en la norma IEC 61472, a la hora de realizar un trabajo TCT.

8. INTRODUCCIÓN1.2) RESUMEN DE RESULTADOS • Para su aplicación en UTE: - Debe modificarse la manera en que se efectúa el conteo de los aisladores sanos, centrándose exclusivamente en la parte activa de la cadena (la porción entre cuernos, raquetas o aros). - Se deberá ser más restrictivo en relación al número de aisladores sanos que se exigirá para efectuar TCT.

9. INTRODUCCIÓN1.3) NORMAS ANALIZADAS • Del análisis de las normas disponibles, resultó que: - Recomendaciones de OSHA, IEEE 516, 2003 y 2009: no son explícitas en relación al grado de daño considerado para los aisladores. - IEC 61472, 2004: presenta una propuesta para el cálculo de la longitud de aislación requerida en presencia de aisladores dañados.

10. INTRODUCCIÓN1.4) METODOLOGÍA USADA (BASADA EN LA NORMA IEC 61472, 2004) 1.- Se determina la longitud de aislación disponible, considerando: - Configuración de la cadena, en particular de los electrodos fijos puestos a tierra y a potencial (cuernos, raquetas y aros) - El procedimiento de trabajo a desarrollar (sin el desplazamiento de electrodos, conectados a tierra o a potencial, a lo largo de la cadena)

11. INTRODUCCIÓN1.4) METODOLOGÍA USADA (BASADA EN LA NORMA IEC 61472, 2004) 2.- Se calcula la longitud de aislación requerida por la norma (Du), considerando: - Aspectos constructivos de la cadena (material aislante, configuración de cadena y torre) - Entorno de la torre (altitud sobre el nivel del mar) - Procedimiento de trabajo a desarrollar (ubicación del operario y objetos conductores) - Deterioro de la cadena (aisladores dañados) - Condiciones de explotación de la línea (sobretensiones esperables)

12. INTRODUCCIÓN1.4) METODOLOGÍA USADA (BASADA EN LA NORMA IEC 61472, 2004) 3.- Se compara las longitudes anteriores. El TCT es realizable cuando se cuenta con una longitud de aislación (física, real) mayor que la requerida por la norma (Du).

13. 2) CONCEPTOS Y CRITERIOS 2.1 Porción “activa” de la cadena, grado de deterioro de la aislación y longitud de aislación disponible 2.2 Factor de seguridad Ks 2.3 Factor de espacio libre (gap) kg

14. CONCEPTOS Y CRITERIOS 2.1) PORCIÓN “ACTIVA” DE LA CADENA Y DETERIORO DE LA AISLACIÓN • Factor de la cadena de aisladores ki: cuantifica el grado de deterioro de la aislación. • El factor ki es usado para el cálculo de la longitud de aislación requerida (Du).

15. CONCEPTOS Y CRITERIOS 2.1) PORCIÓN “ACTIVA” DE LA CADENA Y DETERIORO DE LA AISLACIÓN • ki es función del material de los aisladores y de la proporción nd/no, de aisladores dañados en relación a los que efectivamente soportan la tensión aplicada (la porción “activa” de la cadena). • Los aisladores puenteados por cuernos de descarga, raquetas o anillos normalizadores no contribuyen significativamente a la aislación y no se tienen en cuenta.

16. CONCEPTOS Y CRITERIOS 2.1) PORCIÓN “ACTIVA” DE LA CADENA Y DETERIORO DE LA AISLACIÓN

17. CONCEPTOS Y CRITERIOS 2.1) PORCIÓN “ACTIVA” DE LA CADENA Y DETERIORO DE LA AISLACIÓN • Aisladores de la porción “activa”: - Sanos o dañados, pero siempre contribuyen a la aislación - Aislación aportada por aislador dañado es función del material (vidrio o porcelana) y es tenida en cuenta (cuantificada), de acuerdo a la norma, en el cálculo de ki.

18. CONCEPTOS Y CRITERIOS 2.1) PORCIÓN “ACTIVA” DE LA CADENA Y DETERIORO DE LA AISLACIÓN • Aisladores puenteados por cuernos, raquetas o aros: - Su deterioro no es relevante para el cálculo de la longitud de aislación disponible, ni de la longitud de aislación requerida (Du). - No se les contabiliza, solo se contabiliza los dañados de la porción “activa” de la cadena.

19. CONCEPTOS Y CRITERIOS 2.1) PORCIÓN “ACTIVA” DE LA CADENA Y DETERIORO DE LA AISLACIÓN • Longitud de aislación disponible: -es la longitud de la porción “activa” de la cadena, entre el electrodo extremo puesto a tierra y el electrodo extremo conectado a la fase - es la que se comparará con la longitud de aislación requerida (Du)

20. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.2) FACTOR DE SEGURIDAD Ks • El factor Ks es usado para el cálculo de la longitud de aislación requerida (Du). • La norma recomienda tomar el valor de Ks = 1.1 para tener un riesgo global de perforación de la aislación coherente con otros trabajos eléctricos.

21. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.2) FACTOR DE SEGURIDAD Ks • La norma habilita a reducir Ks a 1.0, al momento de determinar una distancia de aproximación durante la ejecución de un TCT, pero solo si se incluye una distancia ergonómica suficientemente grande, que asegure que la distancia de aproximación obtenida de este modo sea mayor que la longitud de aislación para Ks = 1.1.

22. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.2) FACTOR DE SEGURIDAD Ks

23. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.2) FACTOR DE SEGURIDAD Ks ADOPTADO • Interesa garantizar que sobre ninguna cadena del lugar de trabajo ocurra un contorneo: - Caso 1) Cadenas adyacentes al TCT, donde no se realiza TCT (p. ej. otras fases): • Sobre ellas no corresponde considerar una distancia ergonómica, ya que las longitudes de aislación entre fase y tierra no se ven afectadas por los movimientos involuntarios de los operarios.

24. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.2) FACTOR DE SEGURIDAD Ks ADOPTADO - Caso 2) Cadenas donde se realiza TCT: • Solo se considera trabajos donde los trabajadores se mantienen suficientemente alejados de la aislación, y no se colocan elementos conductores adyacentes (ni al consumir la distancia ergonómica), por lo cual las longitudes de aislación disponibles no son afectadas por sus acciones (p. ej. trabajos a distancia en suspensiones de 150 kV).

25. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.2) FACTOR DE SEGURIDAD Ks ADOPTADO

26. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.2) FACTOR DE SEGURIDAD Ks ADOPTADO • En ambos casos, las acciones de los trabajadores no inciden y se está en presencia de electrodos fijos, por lo que no se puede reducir Ks basado en la consideración de una distancia ergonómica. • Se usará el factor de seguridad pleno sugerido por la norma, Ks = 1.1.

27. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.3) FACTOR DE ESPACIO LIBRE (GAP) kg • El factor kg es usado para el cálculo de la longitud de aislación requerida (Du). • Este factor refleja la configuración (geometría) entre el conductor vivo y las estructuras metálicas que lo rodean.

28. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.3) FACTOR DE ESPACIO LIBRE (GAP) kg • La norma sugiere tomar el valor (general y conservador) de kg = 1.2, para el cálculo de las distancias requeridas entre fase y tierra. • Para 132 kV y 150 kV, donde existen varias configuraciones posibles para las fases, se usará siempre el valor sugerido.

29. CONCEPTOS Y CRITERIOS2.3) FACTOR DE ESPACIO LIBRE (GAP) kg • Para 500 kV, donde siempre se tiene una disposición horizontal de las fases, se tomará los valores típicos indicados en la Tabla D.1 de la norma: -fase central (que cruza a la torre por una ventana): kg = 1.25 - fases exteriores: kg = 1.45 (Valor más liberal, que permite exigir menos aisladores sanos que sobre la fase central.)

30. 3) CASOS DE EJEMPLO 3.1 Hipótesis 3.2 Cálculos 3.3 Tablas de resultados

31. CASOS DE EJEMPLO3.1) HIPÓTESIS • Se estudia tres cadenas de suspensión, de aisladores de paso 146 mm: -Una cadena de 9 aisladores en 132 kV, una de 10 aisladores en 132 kV y 150 kV, y una de 26 aisladores en 500 kV. • Se considera cuernos en las líneas de 132 kV y 150 kV, que pueden apantallar 1 o 2 aisladores. • Se considera raquetas y aros en la línea de 500 kV, que apantallan 2 aisladores.

32. CASOS DE EJEMPLO3.1) HIPÓTESIS • Se analizan cadenas de aisladores de vidrio o porcelana en las líneas de 132 kV y 150 kV, y solo de vidrio en la de 500 kV. • Se distingue entre dos tensiones máximas de servicio en 500 kV: 525 kV o 550 kV. • En 500 kV se usa un factor de espacio libre distinto para la fase central que para las fases exteriores.

33. CASOS DE EJEMPLO3.1) HIPÓTESIS

34. CASOS DE EJEMPLO3.2) CÁLCULOS • La longitud de aislación requerida por la norma (Du) es una función exponencial, creciente con la tensión (sobretensión). Esta longitud, para la cadena sana, no depende del material de los aisladores. • La consideración del deterioro se efectúa incrementando la longitud de aislación requerida (Du) de acuerdo al factor de la cadena de aisladores, ki, el cual varía con el material aislante.

35. [m] a r r e i t - e s a f Du CASOS DE EJEMPLO: 3.2) CÁLCULOS10 AISLADORES DE VIDRIO CON UNO PUENTEADO Long. aislación fase-tierra: D (u ) requerida y disponible - U =150 kV - n =9 u e 2 n o 2 1.8 1.6 1.4 n = 7 n = 6 n = 5 n = 4 n = 3 n = 2 n = 1 n = 0 d d d d d d d d 1.2 Condiciones de trabajo admisibles (longitudes requeridas menores que la disponible) 1 0.8 0.6 0.4 1.5 2 2.5 3 3.5 4 u [p.u.] e 2

36. [m] a r r e i t - e s a f Du CASOS DE EJEMPLO: 3.2) CÁLCULOS10 AISLADORES DE VIDRIO CON UNO PUENTEADO Long. aislación fase-tierra: D (u ) requerida y disponible - U =150 kV - n =9 u e 2 n o 2 1.8 1.6 1.4 n = 7 n = 6 n = 5 n = 4 n = 3 n = 2 n = 1 n = 0 d d d d d d d d 1.2 1 0.8 Sobretensiones admisibles 0.6 u para 3 aisladores dañados e = 2 2.84 p.u. 0.4 1.5 2 2.5 3 3.5 4 u [p.u.] e 2

37. [m] a r r e i t n = 4 - e d s a f Du n = 3 d n = 2 d n = 1 d n = 0 d CASOS DE EJEMPLO: 3.2) CÁLCULOS10 AISLADORES DE VIDRIO CON UNO PUENTEADO Long. aislación fase-tierra: D (u ) requerida y disponible - U =150 kV - n =9 u e 2 n o 2 1.8 n = 6 d 1.6 n = 5 1.4 d n = 7 n = 6 n = 5 n = 4 n = 3 n = 2 n = 1 n = 0 d d d d d d d d 1.2 1 0.8 0.6 0.4 2.3 1.5 2 2.5 3 3.5 4 u [p.u.] e 2

38. [m] a r r e i t n = 4 - e d s a f Du n = 3 d n = 2 d n = 1 d n = 0 d CASOS DE EJEMPLO: 3.2) CÁLCULOS10 AISLADORES DE VIDRIO CON UNO PUENTEADO Long. aislación fase-tierra: D (u ) requerida y disponible - U =150 kV - n =9 u e 2 n o 2 1.8 n = 6 d 1.6 n = 5 1.4 d n = 7 n = 6 n = 5 n = 4 n = 3 n = 2 n = 1 n = 0 d d d d d d d d 1.2 1 0.8 Aisladores dañados admisibles para ue2 = 2.3 p.u.: 4 o menos 0.6 0.4 2.3 1.5 2 2.5 3 3.5 4 u [p.u.] e 2

39. CASOS DE EJEMPLO3.2) CÁLCULOS • Aislación dañada de porcelana: -Tienen mayor contribución a la aislación que los de vidrio dañados, ya que pueden mantener trozos de porcelana significativos. - Se reducen las exigencias. - Usando los valores sugeridos en la norma, se concluye que se puede tener un tercio más de aislación dañada de porcelana que de vidrio (para la misma sobretensión).

40. [m] a r r e i t - e s a f Du CASOS DE EJEMPLO: 3.2) CÁLCULOS10 AISLADORES DE VIDRIO O PORCELANA, 3 AISLADORES DAÑADOS, 2 CUERNOS (APANTALLANDO 1 O 2 AISLADORES) Long. aislación fase-tierra: D (u = 150 kV - n = 8 o 9 ) requerida y disponible - U u e 2 n o 2 Curvas sólidas: 1 aislador puenteado (n =9) o Curvas segmentadas: 2 aisladores puenteados (n =8) 1.8 o Cadenas de vidrio (n =3) d 1.6 Cadenas de porcelana Longitud aislación disponible 1.4 (n =3) para 1 aislador puenteado (n =9) d o Longitud aislación disponible 1.2 para 2 aisladores puenteados (n =8) o 1 Longitud aislación requerida para cadena sana (n =0) 0.8 d La variación en el apantallamiento de un aislador provoca que ue2 varíe alrededor de 15 %. Debido a la variación del material (vidrio o porcelana), ue2 varía alrededor de 10 %. Para cadenas dañadas similares, ue2 puede variar alrededor de 25 % (entre 2.46 y 3.10 p.u.). 0.6 0.4 1.5 2 2.5 3 3.5 4 u [p.u.] e 2

41. [m] a r r e i t n = 4 - e d s a f Du n = 3 d n = 2 d n = 1 d n = 0 d CASOS DE EJEMPLO: 3.2) CÁLCULOS10 AISLADORES DE VIDRIO CON UNO PUENTEADO Long. aislación fase-tierra: D (u ) requerida y disponible - U =150 kV - n =9 u e 2 n o 2 1.8 n = 6 d 1.6 n = 5 1.4 d n = 7 n = 6 n = 5 n = 4 n = 3 n = 2 n = 1 n = 0 d d d d d d d d 1.2 1 0.8 Aisladores dañados admisibles para ue2 = 2.3 p.u.: 4 o menos 0.6 0.4 2.153 2.497 3.529 2.841 3.185 1.808 3.873 Sobretensiones u [p.u.] e 2

42. CASOS DE EJEMPLO3.3) TABLAS DE RESULTADOS EN 150 kV

43. CASOS DE EJEMPLO3.3) TABLAS DE RESULTADOS EN 150 kV En las líneas de aislación de porcelana se puede trabajar con más aisladores dañados que en las de vidrio. Un 30% más de aislación dañada

44. CASOS DE EJEMPLO3.3) TABLAS DE RESULTADOS EN 150 kV Para las cadenas de vidrio: Se admite hasta 2 dañados en la porción activa de la cadena más 1 apantallado por los cuernos, que puede estar dañado. Suma 3, pero importa la posición. Se puede admitir 3 dañados en la porción activa, solo si se trabaja con aisladores de porcelana y los cuernos apantallan un aislador.

45. CASOS DE EJEMPLO3.3) TABLAS DE RESULTADOS EN 132 kV

46. CASOS DE EJEMPLO3.3) TABLAS DE RESULTADOS EN 132 kV

47. CASOS DE EJEMPLO3.3) TABLAS DE RESULTADOS EN 500 kV Sobre las fases laterales, al usar un kg más adecuado a la configuración, se reduce las exigencias en cuanto a sobretensiones o aisladores rotos. En UTE: debe aumentarse el número de aisladores sanos exigido, a 19 o más, entre las raquetas y aros.

48. CASOS DE EJEMPLO3.3) TABLAS DE RESULTADOS EN 500 kV Para el caso de inspecciones de líneas, sin deshabilitar los recierres automáticos , los valores de sobretensiones son mayores, llegando a que no se admitan aisladores dañados y más.

49. CASOS DE EJEMPLO3.3) TABLA DE RESULTADOS: RESUMEN

50. 4) COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 4.1 Aplicación a la explotación 4.2 Conclusiones