Calculo del efecto corona en líneas eléctricas de alta tensión

100

CALCULo y DrsENo DE LINEAS ELECTRICAS DE ALTA TENSToN

1.6. EJEMPLO DE CALCULO DEL EFECTO CORONA

Sea una linea de 220

kV

de tensi6n nominal

(U"=

245

kV),

con apoyos segtn se mues- tra en la figura siguiente.

E[

conductor utilizado en el tendido es un

LA

380, con con- ductor de tierra tipo OPGW

2...64F y

con cadenas de aisladores de longitud 2,5

m.La

altitud de emplazamiento de la linea es de unos 700 m, con tiempo normalmente hirme- do y una temperatura media a lo largo del affo de I 8

'C.

Comprobar si se produce efecto corona y calcular las pdrdidas asociadas.

30,O in

Las caracteristicas del conductor

LA

380 son:

▲Ｔ ＩＩ Ｉ ＩＩ 上一

▲︱

︱

︱︱ 上▼

▲一

︱︱

︱︱

︱

▼

︐６５         ５︐５

     

Secci6n (mm2)

DiSmetro (mm)

Composicion

Carga de rotura

(daN)

Resisten‐

cia electrica

a200C

(αkm) Alambres de

aluminio

Alambres de acero

Aluminic Acero Total Alma Total N°

諭ｍ ａ ｍ

ｍ

337,3 43,7 381,0 25,38 2,82 7 2,82 10750 0,0857

CALCULO ELECTRICO DE LiNEAS

Las caracteristicas del conductor OPGW 2...64 F son:

1.6.1. C6lculo delcampo critico

Campo critico de inicio de descargas corona:

二 =30″

̀″

αδ=30切 ′

Campo critico de inicio dc corona visible:

El=io m,, a [r.Pl Jd', ) e!") l,'^

)

donde:

r :

radio del conductor, que es de 2,538/2=1,269

cn.

6 = densidad relativa del aire.

m, = coeficiente que tiene en cuenta las condiciones superficiales del conductor, asi como las condiciones ambientales:

nlp=n|c't?lu

Para superficies lisas rn"

= l,

para cables 2,. = 0,85.

Para tiempo seco tna

= l,

para tiempo hirmedo

m,=

0,8.

La densidad relativa del aire para h =700 m

y d= l8 'C

seni:

d

=']^!^*'l 273+0 "

^n,r'ru

-!!!4.e-1*ot,t5o 27)+18

= ^0,939g

Si se consideran conductores formados por cables

(m. =

0,85)

y

un tiempo hrimedo (21

=

0,8), resulta:

・ δ 〔 等

)

E" =30.

^m".

m,. 6= 30.0,85'0,8.0,9398 =1g,2

^kYn

El campo critico de inicio de corona visible ser6:

Ei=30.m.a[,*o,,,,)=30.0,85.0,8.0,slsa.[r*g\=,o.,!!,

\ {6'r / (

J0'e3e8' l'26e

J

^cm

〕IBL10TECA UNIVERSIDAD TECNICA DE l,ヽ    !

POrloviei。 ‐ Erl, Secci6n Diimetro

exterior (mm)

Tensi6n m5xima Peso

(daN/m)

M6dulo de Resisten-

cia el6ctrica Coeficiente N[mero

(mm2) (daN) ^{daN′mm2) en cc a 20。C

(0/km) ^{:inea:(°C 1)}

de fibras

134,2 17,5 3700 0,612 8500 0,316 17,3

x

_l0-5 2  64

102   CALCULO Y DISENO DE LiNEAS ELЁ CTRICAS DE ALTA TENS10N

l.6.2.Calcu10 de la matriz de coeficientes de potenciai

La flgura de la p̀gina siguiente nos muestra las distancias entre conductorcs,entre con‐

ductores y tierra y cntre conductores y sus imagenes respecto de tierra

A continuaci6n,se establecen los vcctOreS y mat五 ces quc dcflnen la conflguraci6n geOm6trica de la linea:

●  Vector de altura de los conductores,incluido el de tierra:

И^Jrtr″=￨￨￨=￨:lil(″ )

●  Vector dc radio de conductorcs,incluido el de tierra:

・  Matriz de distancias entre conductores,incluido el de tierra:

o  Matriz de distancias cntre conductores y sus im̀gcncs,incluidO cl dc tierra:

Los demenЮs dc h matriz de coendentes de potendJ tt Se detemhan medante las siguientes expresiones:

Para′≠スρ

t=2 

π

 

εO・

n寺

Para■スρ

l=∴

≒

h号

A titulo de aCmp10,vamos a determinar dos de los cocicientes de potencial:

CALCULO ELEcTRICO DE LiNEAS

九=洗茄寺=洗仙競 =岩

V""→

か洗 珈千^=洗心織 ^=洗鰤

"→

-r;

l-la.=2,sm

５

︐５       ５

︐５         ７

︐６５

104

CALCULo Y DISENO OE LiNEAS ELECTRICAS DE ALTA TENSIoN

Realizando los ciilculos de forma sirnilar obtenemos la matriz de coeficientes de po- tencial:

I p'* p'or p'o: p|.) [s,r

^t

o

^{z.o t}

e 1,584

^1,250-]

lr l=l ,:, p',

^p',,2

r,, l- r lz,orr 8'7rMt t,,-?'^lt,,ot

" '

I

p'ro p'zr p'zz p'rrl- z.o.to 11,584 1,723 8,556 l,soz1'"" ' '

Lr, p'tr p'tz p,,) fr.zso t,7g2 1,s62 s}i4)

La matriz de capacidades es la inversa de la mahiz de potenciales:

ICI=レ.11

Por tanto:

Ｆ ″ ０９ ０２

︲７ ８６ 一０

︐ 一０

︐ 一０

︐ ０

︐

︲

︲５

︲７ ６５

︲７ 一０

︐ 一０

︐ ０

︐

︲

・０

︐

︲９ ７ ７９ ２︲

０２ ２７ ０１ ００ 一０

︐ ０

︐

︲

一０

︐ 一０

︐

６０ ２︲９

隅 ０９８

叩

・０︐

・０︐ 一０︐

π

レ

Con lo que el valor de las cargas de cada conductor se obtiene al aplicar Ia cxprcsi6n siguiente:

hl=t, I til

D"rd. Fl,

^{es el vector de} tcnsiones de cresta fase-tierra correspondiente a cada uno de los conductores de la linea.

Por tanto:

レ

l=レ

}:・1/1=2・π

ろ

ｏ ｏＭ 与 ｆ 与

一     

＋  一       一

画一

√

ビレ

０９ ３７ ７２ ５７ ０

︐ ０ ０

︐

︲ ０

︐ ０ ０

︐ ０ 一 

＋     二

商一

√

誠 」 の

CALcuLO ELEcTRICO DE LiNEAS     105

El vector de carga en m6dulo resulta:

同^=材ら

1.6.3. C6lculo delcampo el6ctrico en la superficie del conductor

El

campo el6ctrico en la superficie de un conductor

i

se calcula aplicando el teorema de Gauss,

y

su valor viene dado por Ia expresi6n:

, - | .4, ' 2.r.eo

rt

donde

gi,

es

el

m6dulo de [a carga equivalente

dcl

conductor

por

unidad de longitud obtenida anteriormente, que sustituyendo resulta:

Ｃ″

川

馴

９︲

︲ ０１

︲３

︲４

︲３ ｒ ｌ ｌ ｌ

︲

︲

︲

︲

︲

﹂

一√

同^=子・

9。

rO 91 71

92 ら '3_/3

220・√

= 

√

0,0105 0,875 0,1384

1,269 0,1443 1,269 0,1390

1,269

I cm)

(kY o I cm)

ろ

２

︐

︲６

︲９

︐ ５９ ２０

︐ ４３

︲９

︐ ６８ 一Ｅ

comparando los valores obtenidos de campo eldctrico en los conductores se deduce que no se alcanza

el

campo eldchico

critico

de

inicio

de corona visible pero existinin pdrdidas asociadas

ya

que se supera

el nivel critico

de descargas corona en todos los conductores de fase.

La

tensi6n critica en valor eficaz de

inicio

de descarga corona

U'"

aplicando la ex- presi6n simplificada

seri

la siguiente:

U

i = 2t,2. m,

^.

5

^.

r

^.

6 !9 =

^{21,2. 0,8s.}

0,8'

^{0,9398 . t.26s .}

tn

¹²²⁵ =

t

18.2

kv

.

' RMG - ''--' "' t,269 ""',- "' 4

Ｉ Ｉ Ｉ 註

≧

斑

106  CALCULO Y DISENO DE LINEAS ELЁCTRICAS DE ALTA TENS10N

donde:

DMC=ギ

^{D12D23・ D3, ギ}12,92812,928・

H=12,25″

=1225ε R■

G=r=1,269c″

Las p6rdidas por corona,segin la cxpresi6n dc Peek,rcsultan:

4。 ″σ ^一

生√

ノ＋ ２４︲

一δ 偏・『

50‰

^.月

鶴溜^=諾掃^60+2つ

(需

^H8,2)2 Ю=耶 ∈鶴月

Suponiendo que en las tres fases se producen la misma pdrdida corona, las p6rdidas totales por efecto corona ser6 ¹⁰

kWkm.

濫 淋 r器^{訛 ホ,箔}ド^1鮒翼肌 臨 Ⅷ

ittTT

dos los conductores de fase igual al campo critico

E":19,2 kV/cm y

despejando el valor de U que satisface la ecuaci6n.

Asi por

ejemplo, para

la

fase

I

resulta que,

U'. :

_124,4

kV;

para

la

fase central,

U',= lig,4 [V"i. y

putu la fase

3, U',:

^124,0

kV,

^{con lo} que las potencia de p6rdidas para cada fase son:

亀…卿^=洗仰η作」

4う

^2.標が_.8聰 ヵ

d

亀 …

^=轟

で い 場

_(争

唸 う

^2.標

￢ ‰ .ヵ ′

亀¨鰤^=議でい場_(響判_4]2標‖^..9た‰ヵ_̀

Resultando unas p6rdidas totales de 6,7

kWkm, valor

calculado m6s exacto que el determinado medianie la expresi6n simplificada de U'".

1,269 1225

CALCULO ELECTRICO DE LINEAS

l.7. CALCULO ELttCTRiCO DE AiSLADORES

l.7.1.  丁

ipos de ais:adores,caracteristicas,ventalas e inconvenientes y crlterlos de seiecci6n

a)

Tipos

de

aisladores

Los aisladores son los elementos utilizados para soportar mecinicamente los conducto- res de las lineas

y

asegurar el aislamiento entre los conductores de fase o entre un con- ductor de fase

y

las estructuras puestas a tierra.

Conforme a

lo

establecido en el Apartado 2.3.1 de la

ITC-LAT-07

del Reglamento de Lineas de

Alta

Tensi6n, los aisladores pueden fabricarse con materiales cer6micos (porcelana),

vidrio [9] y [0],

aislamiento compuesto de goma de silicona, polimdrico

t l l

l

^y

[

^2], u otro material de caracteristicas adecuadas para su funci6n.

La porcelana fue el primer material utilizado como aislador en lineas de baja

y

alta tensi6n. Estii formada por una mezcla de arcilla

plistica

(caolin, arcilla inglesa), cuarzo

y

feldespato en

polvo fino. El

feldespato mejora las propiedades de rigidez diel6ctrica,

el

cuarzo mejora

la

resistencia mec6nica

y la arcilla el

comportamiento frente

a

los cambios t6rmicos. Su proceso de fabricaci6n consiste en formar con

los

compuestos indicados

y

agua una pasta, que es vertida en unos moldes con

la

forma prevista del aislador.

A

continuaci6n, se recubre de un esmalte, se cuece a ternperaturas del orden de 1300 "C y finalmente ^se deja enlriar a temperatura ambiente.

El vidrio

utilizado para los aisladores estd compuesto por una mezcla de silice, car- bonatos de calcio

y

de sodio

y

otros materiales, tales como el sulfato de bario

y

la ahi- mina mezclados con agua.

La

mezcla se introduce en un homo en el que se produce la fusi6n de los materiales.

El

material fundido se vierte a travds de un canal refractario hacia el molde con la forma del aislador.

A

continuaci6n, es sometido a unos tratamien- tos tdrmicos para obtener las variedades deseadas:

vidrio

templado

o vidrio

recocido.

Los aisladores de

vidrio

templado poseen una gran resistencia mec6nica a la tracci6n y compresi6n.

En

las lineas adreas de alta tensi6n se pueden

utilizar

tambi6n los aisladores com- puestos, formados por tres elementos: un nricleo con una barra aislante de fibra de

vi- drio

reforzada, la envolvente aislante constituida

por

un elast6mero resistente a las co- rrientes superficiales (caucho de silicona vulcanizado

a

altas temperaturas)

y los

dos terminales

melilicos

sifuados en los extremos del aislador uno para frjaci6n al apoyo y el otro para sujetar el conductor.

Otros materiales sint6ticos utilizados tambidn para la fabricaci6n de aisladores de alta tensi6n son las resinas epoxi, pero su aplicaci6n se centra fundamentalmente en aislado- res de apoyo para aparamenta

y

subestaciones siendo menos comtin su uso para el ten- dido de lineas.

Existen mirltiples formas de clasificar los aisladores. Por su constituci6n se clasifican como aisladores simples

y

aisladores compuestos. Los primeros estin formados por _una sola pieza aislante, mientras que los compuestos est6n constituidos por dos o m6s aisla-