Selección de aisladores pasantes UHV: control de campo, humedad y altitud
Identifique en la especificación del proyecto el régimen de tensión, el control de campo, el control de humedad, el aislamiento externo y las correcciones por altitud.
Nota de selección: utilice esta guía para comparar requisitos técnicos. Confirme los rangos de catálogo, los valores típicos y las cláusulas de las normas con el modelo, la edición y las condiciones de ensayo acordadas; la aceptación del proyecto se rige por los planos aprobados y el acuerdo técnico.
En esta página
- 01¿Por qué es tan difícil diseñar un aislador pasante de 1100 kV?
- 02¿Cómo se controla el campo eléctrico dentro de un núcleo capacitivo UHV?
- 03¿Por qué el control de la humedad es tan importante en UHV?
- 04¿Cómo cambia la gran altitud el diseño de un aislador pasante UHV?
- 05Preguntas frecuentes
- 06Normas y fuentes
En resumen
Un aislador pasante UHV de 1100 kV debe soportar niveles de impulso tipo rayo de alrededor de 2400 kV, mantener las descargas parciales en el rango de un solo dígito de pC a más de 900 kV fase-tierra y permanecer mecánicamente estable con una longitud de más de 13 m. Tres palancas de ingeniería lo hacen posible: un control de campo capacitivo optimizado derivado de la simulación de campo, un secado y desgasificado en alto vacío que mantiene la humedad residual por debajo de 10 ppm en el aceite, y un aislamiento externo corregido por altitud según IEC 60071-2 para sitios de hasta 4300 m y más.
- A 1100 kV, el control de campo dentro del núcleo capacitivo, y no solo la resistencia del material, determina el desempeño frente a descargas parciales.
- La humedad es el principal enemigo: el agua residual eleva la tan delta y puede desencadenar inestabilidad térmica en UHV.
- El aislamiento externo a 4300 m necesita un factor de altitud de aproximadamente 1.69 para el impulso tipo rayo (IEC 60071-2, m = 1).
- Una envolvente compuesta puede reducir la masa y cambiar el comportamiento de fractura; confirme ambos aspectos con el conjunto UHV propuesto y sus ensayos mecánicos.
- La verificación en campo a gran altitud complementa los ensayos de laboratorio que se realizan cerca del nivel del mar.
En UHV, coordine el control de campo capacitivo, el control de la humedad, el aislamiento externo y las interfaces mecánicas según la tensión y las condiciones específicas del sitio.
01¿Por qué es tan difícil diseñar un aislador pasante de 1100 kV?
Un aislador pasante de 1100 kV debe soportar de forma continua más de 635 kV fase-tierra y, al mismo tiempo, superar ensayos de tipo de aproximadamente el doble de ese nivel a frecuencia industrial y de casi cuatro veces en impulso tipo rayo. Asimismo, debe ser lo bastante largo para la distancia de contorneo externa, que a menudo supera los 13 m, y lo bastante rígido para resistir el viento, la tensión de los conductores y las cargas sísmicas. Cada milímetro en la posición de las pantallas y cada ppm de humedad influyen en el resultado.
Las especificaciones típicas de proyectos para aisladores pasantes de transformador de 1100 kV exigen una tensión soportada al impulso tipo rayo de alrededor de 2400 kV, un impulso tipo maniobra de alrededor de 1950 kV y una tensión soportada a frecuencia industrial de alrededor de 1200 kV, junto con bajas descargas parciales y baja tan delta durante los ensayos inducidos de larga duración en el transformador.
| Parámetro | Clase de 800 kV (Um 800 kV) | Clase de 1100 kV (Um 1100 kV) |
|---|---|---|
| Tensión de operación fase-tierra | aprox. 462 kV | aprox. 635 kV |
| Tensión soportada al impulso tipo rayo (especificación típica) | aprox. 2400 kV | aprox. 2400 kV |
| Tensión soportada al impulso tipo maniobra (especificación típica) | aprox. 1550 kV | aprox. 1950 kV |
| Aceptación de DP | Acordar el punto de tensión y el límite | Acordar el punto de tensión y el límite |
| Aceptación de tan delta | Acordar tipo, temperatura y cláusula | Acordar tipo, temperatura y cláusula |
| Factor de altitud a 4300 m (LI, m = 1) | aprox. 1.69 | aprox. 1.69 |
| Longitud total típica | aprox. 10 m a 12 m | más de 13 m |
02¿Cómo se controla el campo eléctrico dentro de un núcleo capacitivo UHV?
El campo se controla mediante decenas de pantallas concéntricas de lámina de aluminio cuyas longitudes y separación radial se optimizan para que cada capa soporte una parte casi igual de la tensión, tanto radialmente a través del aislamiento como axialmente a lo largo de la superficie. La simulación por elementos finitos identifica las concentraciones de esfuerzo en los bordes de las pantallas, la brida y el terminal superior, donde luego se agregan anillos o pantallas de control de campo.
Revise la separación de las pantallas y la geometría de sus bordes en el estudio de campo aprobado, y luego compare la capacitancia del núcleo y los resultados de los ensayos dieléctricos con ese diseño.
- Control de campo radial: tensión igual por capa a través del espesor del papel.
- Control de campo axial: las longitudes escalonadas de las pantallas mantienen uniforme el esfuerzo superficial a lo largo de los lados de aire y de aceite.
- Apantallamiento: los anillos anticorona en el terminal superior y en la brida limitan las descargas externas.
03¿Por qué el control de la humedad es tan importante en UHV?
La humedad aumenta las pérdidas dieléctricas y reduce la rigidez dieléctrica. En UHV, las pérdidas dieléctricas aumentan con el cuadrado de la tensión, por lo que un pequeño aumento de la tan delta causado por la humedad puede llevar el núcleo hacia la inestabilidad térmica, en la que el calentamiento aumenta las pérdidas más rápido de lo que el aislador pasante puede disiparlas. Por ello, el secado en alto vacío del núcleo y el aceite desgasificado y seco son obligatorios.
Solicite las mediciones de humedad y los resultados de tan delta correspondientes del núcleo real y del sistema de aceite, con las condiciones de ensayo registradas.
“Verificación del comprador: documente el nivel de aislamiento, la corrección por altitud y la evidencia de control de la humedad para el proyecto y el modelo seleccionado.”
04¿Cómo cambia la gran altitud el diseño de un aislador pasante UHV?
La menor densidad del aire a gran altitud reduce la tensión de contorneo del aislamiento externo. IEC 60071-2 corrige la tensión soportada requerida con el factor Ka = e^(m x H / 8150), donde H es la altitud en metros. Con m = 1 para el impulso tipo rayo, un sitio a 4300 m necesita aproximadamente 1.69 veces la tensión soportada normalizada, lo que alarga la distancia de arco y aumenta el número de aletas de la envolvente del lado del aire.
Indique en el plano la altitud del sitio y el aislamiento externo requerido; solicite evidencia de que la envolvente y la disposición de control de campo propuestas cubren esas condiciones.
Equipos EONOVA aplicables
Conclusión
Verifique el bastidor de transporte, los puntos de izaje, el ángulo de montaje permitido y las verificaciones de capacitancia y tan delta previas a la energización del aislador pasante exacto.
Hable con un ingeniero de EONOVAPreguntas frecuentes
¿Puede utilizarse la tecnología RIP en aisladores pasantes de 1100 kV?
+
RIP es una posible vía de diseño en UHV, sujeta al régimen específico de CA o CC y a un modelo probado. Solicite los planos del aislador pasante completo, los ensayos aplicables, los registros de fabricación y el ángulo de montaje permitido, en lugar de suponer que todo diseño RIP cubre 1100 kV.
¿Por qué se ensayan los aisladores pasantes UHV en sitios de gran altitud?
+
La mayoría de los laboratorios de alta tensión se encuentran cerca del nivel del mar, donde la densidad del aire es mayor. Los ensayos a gran altitud confirman que el aislamiento externo, los anillos anticorona y los materiales de la envolvente se comportan según el diseño bajo baja presión atmosférica, fuerte radiación UV y grandes variaciones de temperatura, condiciones que no pueden reproducirse por completo solo con la aplicación de un factor de corrección.
¿Cómo se transportan e instalan los aisladores pasantes UHV de 13 metros?
+
Se envían en bastidores rígidos con registradores de impactos, a menudo en posición horizontal con soporte del lado del aceite, y se izan con un dispositivo basculante dedicado para evitar esfuerzos de flexión. La instalación sigue el procedimiento del proveedor en cuanto a puntos de izaje, llenado al vacío o con aceite y verificaciones de tan delta y capacitancia antes de la energización.
Normas y fuentes
- [1]IEC 60071-2: Coordinación de aislamiento: guía de aplicación
Comisión Electrotécnica Internacional (TC 28)
Respalda: Factor de corrección por altitud Ka = e^(m x H / 8150) para el aislamiento externo.
- [2]IEC 60137:2017: Aisladores pasantes para tensiones alternas superiores a 1000 V
Comisión Electrotécnica Internacional (TC 36)
Respalda: Alcance y categorías de ensayo para aisladores pasantes completos de CA; confirme los límites numéricos según el tipo y la cláusula.
- [3]CIGRE TB 456: Antecedentes de las especificaciones técnicas para equipos de subestación de más de 800 kV CA
Grupo de Trabajo CIGRE A3.22
Respalda: Niveles de aislamiento y práctica de especificación para equipos de subestación UHV de CA.
- [4]IEC 60060-1: Técnicas de ensayo de alta tensión: definiciones generales y requisitos de ensayo
Comisión Electrotécnica Internacional (TC 42)
Respalda: Definiciones de las formas de onda de impulso y corrección atmosférica utilizadas en los ensayos UHV.
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