Diseño y aplicación de metodología en dimensionamiento de anillos correctores, reduciendo el estrés eléctrico en aisladores poliméricos

Abstract

Durante la operación de líneas de transmisión de alta tensión, la superficie de los aisladores está sometida a elevados gradientes de tensión. Esos gradientes propician la aparición de descargas parciales en las superficies de los aisladores, especialmente, en el lado del conductor de fase. Esas descargas causan el envejecimiento prematuro del material dieléctrico del aislador, por lo que, generalmente, se utilizan accesorios (anillos) correctores de campo eléctrico. Estos accesorios permiten mitigar la aparición de altos valores de campo eléctrico en la superficie de los aisladores. En esta tesis se propone el diseño y aplicación de una metodología en dimensionamiento de anillos correctores para reducir el estrés eléctrico en aisladores poliméricos de líneas de transmisión de alta tensión, ante condiciones climáticas. La metodología permite obtener los parámetros espacio – geométricos de accesorios correctores más adecuados, que ayuden a mitigar altos valores de campo eléctrico en los aisladores. El campo eléctrico a lo largo del aislador se obtiene usando el método de elementos finitos. La metodología propuesta fue aplicada en un modelo virtual de una estructura perteneciente a una línea de transmisión de 500 kV, considerando como accesorios correctores el anillo anti corona y el anillo de distribución de campo. El potencial y campo eléctrico es calculado para diferentes condiciones climáticas: seca, de lluvia y contaminada. Entre los resultados más importantes están la obtención de la distribución del campo y potencial eléctrico en la superficie de los aisladores, así como la determinación de parámetros de diseño de accesorios correctores de campo eléctrico más favorables. La metodología propuesta está orientada al diseño de los accesorios previo a la fabricación, pero también ofrece herramientas innovadoras a los ingenieros de líneas de transmisión, mostrando que es posible disminuir el riesgo de fallas por rotura en aisladores poliméricos. Esta metodología puede expandirse y aplicarse a cualquier equipamiento de alta tensión, además los parámetros más favorables obtenidos servirán de referencia para los ingenieros interesados en el diseño o adquisición de este tipo de accesorios en 500 kV.

During the operation of HV transmission lines, the surface of the insulators is under high voltage gradients. These gradients promote the appearance of partial discharges on the surfaces of the insulators, especially on the HV side. These discharges cause premature aging of dielectric materials,so corona control products (rings) like corona rings and equalizing ring are needed. These accessories mitigate the appearance of high values of E-field along insulators. This thesis proposes a design and application of a methodology for dimensioning corrector rings to reduce electrical stress in composite insulators of HV transmission lines, under climatic conditions. The methodology allows to obtain the most suitable spatial-geometric arrange of corrective accessories to mitigate the high values of E-field on the insulators. The E-field along insulator is obtained by FEM. The proposed methodology was applied in a virtual model of a structure belonging to a 500 kV transmission line, considering as corrective accessories the corona ring and the equalizing ring. The E-field is calculated for different climatic conditions: dry, wet and polluted. Important results were obtained, like the distribution of the E-Field and potential on the surface of the insulators, as well as determination of better design parameters for E-field correction accessories. The proposed methodology is oriented to the design of accessories prior to their manufacture, but it also offers innovative tools to transmission line engineers, showing that it is possible to reduce the risk of failures due to breakage in composite insulators. This methodology can be expanded and applied to any high voltage equipment, in addition the most favorable parameters obtained will be useful for engineers interested in the design or acquisition of this kind of accessories at 500 kV.