Blog

Jun 06, 2023

Energía a gran altitud: aislamiento de líneas en la región del Himalaya

Por Swapan K. Bhowmick, asesor, Teestavalley Power Transmission Limited La coordinación del aislamiento es el proceso de correlacionar la rigidez dieléctrica de los equipos eléctricos y las características.

Por Swapan K. Bhowmick, asesor de Teestavalley Power Transmission Limited

La coordinación del aislamiento es el proceso de correlacionar la rigidez dieléctrica de los equipos eléctricos y las características de los dispositivos de protección con las sobretensiones esperadas. Todo el aspecto de la coordinación del aislamiento se basa en los fenómenos estadísticos de probabilidad de sobretensión, así como de probabilidad de descarga perturbadora del aislamiento debido a sobretensión. El riesgo de fallo del aislamiento depende de las probabilidades. Aunque un cierto riesgo de falla es aceptable, la magnitud del riesgo que se puede tolerar depende de consideraciones económicas y de confiabilidad del servicio. Por tanto, el nivel de aislamiento se relaciona más con datos estadísticos que con una función matemática.

Las sobretensiones que provocan tensiones en la rigidez dieléctrica del aislamiento se pueden clasificar de la siguiente manera:

Las sobretensiones temporales son causadas por fallas a tierra, rechazo repentino de carga, resonancia o ferrorresonancia, otras contingencias del sistema y se presentan en forma de oscilaciones no amortiguadas o ligeramente amortiguadas, con una frecuencia igual o cercana a la frecuencia de potencia y que persisten durante unos pocos ciclos. a unos segundos. Las sobretensiones de impulso de conmutación son causadas por la conmutación de la línea eléctrica, el reenganche automático de alta velocidad, la conmutación fuera de fase del cable, el banco de condensadores, el reactor en derivación y el reencendido del disyuntor que persiste durante un período de miles de microsegundos. Las sobretensiones de impulso de conmutación son predominantes en una línea eléctrica de nivel de voltaje de 400 kV y superior, debido a la corriente de carga de la línea y deben controlarse para evitar la necesidad de un mayor aislamiento. Las sobretensiones de impulso de rayo son independientes del voltaje del sistema, pero dependen de la impedancia del sistema y son causadas por golpes directos sobre el conductor que persisten durante un período de microsegundos.

Además, las descargas repentinas y los rayos que caen a la tierra muy cerca de una línea eléctrica pueden provocar un impulso de rayo inducido. La magnitud de las descargas eléctricas sería mayor si la impedancia del suelo de una torre es alta debido a la presencia de suelo rocoso. Durante las tormentas de verano, los rayos directos con carga negativa son los más comunes. Los golpes directos con carga positiva aparecen con mayor frecuencia cerca del océano y son muy comunes en las tormentas invernales. Los impactos directos con carga positiva son destellos de un solo disparo que tienen una mayor magnitud de corriente y un frente de onda muy lento, mientras que los impactos directos con carga negativa aparecen con una magnitud de corriente menor.

La rigidez dieléctrica del equipo se basa en su nivel de aislamiento nominal. El aislamiento externo de una línea eléctrica comprende aire autorregenerable y aislamiento sólido en forma de cadenas de aisladores que constan de aisladores de disco y aisladores de varilla larga. En equipos diseñados para voltajes del sistema por debajo del nivel de 400 kV, el nivel de aislamiento está determinado por el nivel nominal de resistencia al impulso del rayo y el nivel de resistencia de la tensión de frecuencia industrial. Para un voltaje del sistema de 400 kV y superior, el aislamiento está determinado por el nivel nominal de resistencia al impulso de conmutación y el nivel nominal de resistencia al impulso del rayo. Esto también se conoce como nivel de impulso básico. Otros factores que afectan el aislamiento eléctrico son la altitud y las condiciones climáticas como la contaminación y la humedad relativa. La contaminación determina la distancia de fuga del aislamiento. La longitud de la cadena de aisladores de una línea eléctrica se basa en el nivel de resistencia al impulso del rayo, el nivel de resistencia al impulso de conmutación, el nivel de resistencia al voltaje de frecuencia industrial y las condiciones de servicio como la altitud, la contaminación y la humedad.

Por razones económicas y prácticas industriales, el equipo está diseñado para soportar la tensión soportada requerida dentro del rango de condiciones normales de servicio, es decir. temperatura ambiente máxima de 40 °C, altitud no superior a 1.000 metros. En consecuencia, se han adoptado los niveles de aislamiento estándar que pueden soportar los equipos de 400 kV CA en condiciones normales de servicio, como se indica a continuación:

Para altitudes superiores a 1.000 metros, se tiene en cuenta el factor de corrección atmosférica necesario. La rigidez dieléctrica del aire está influenciada por la densidad del aire (temperatura y presión) y la humedad. Estos efectos deben tenerse en cuenta al diseñar y probar el aislamiento externo. La densidad relativa del aire y la humedad absoluta también tienen efectos colaterales sobre la rigidez dieléctrica del aire. Como aproximación, se puede considerar que la rigidez dieléctrica del aire es proporcional a la densidad relativa del aire para espacios más cortos y que la rigidez dieléctrica del aire es menos que proporcional a la densidad del aire para espacios más largos. El método de corrección de altitud recomendado por IEC 60071-2 es el más adecuado para la coordinación del aislamiento y la determinación de la tensión de prueba de tipo. Se puede aplicar a la corrección de altitud para altitudes de hasta 4.000 m. Se debe aplicar el factor de corrección de altitud (k) para el aislamiento del aire al equipo para corregir la altitud (H) que excede los 1.000 m como se indica en la siguiente fórmula:

k=em(H-1000)/8150)

El factor "m" depende de la longitud del espacio, la estructura del espacio, el tipo de voltaje y la densidad relativa del aire. Para LIWL, m=1 y para SIWL, m=0,75.

Para los equipos que funcionan a una altitud superior a 1.000 metros, los requisitos de autorización se incrementan en un 1 por ciento por cada 100 metros por encima de 1.000 metros.

También se debe aplicar un factor de corrección de altitud para la distancia de fuga, que se basa en el voltaje de frecuencia eléctrica y el nivel de contaminación. La corrección de altitud para la distancia de fuga se considera la misma que para la corrección del aislamiento del aire con m=0,5.

Teestavalley Power Transmission Limited ha implementado una línea eléctrica interestatal de 400 kV de doble circuito y cuádruple conductor de alce ACSR de 215 km de longitud para la evacuación de energía de un gran complejo de generación hidroeléctrica en Sikkim de alrededor de 3.000 MW en la cuenca del río Teesta. La energía se suministrará a la región oriental, para su posterior transmisión a la región norte/oeste. La línea eléctrica emana del patio de 400 kV del proyecto hidroeléctrico (HEP) Teesta III de 1.200 MW de capacidad ubicado en Mangan, en el norte de Sikkim, el segundo HEP más grande de la India, y termina en la estación de agrupación GIS de Kishanganj de 400 kV en el norte de Bihar. . Dos cables XLPE de 400 kV conectan el patio de pothead y el patio de distribución GIS de 400 kV de la HEP Teesta III, ubicados a altitudes de 870 metros y 792 metros respectivamente. La presa de la HEP Teesta III en el río Teesta se encuentra en la confluencia de los ríos Lachung y Lachen a una altitud de 1.590 m. Está situado en Chungthang, cerca de la frontera con Indochina. La línea eléctrica aérea interestatal discurre por el terreno montañoso más difícil del norte, este y sur de Sikkim. Más de la mitad del total de 589 torres de la línea están ubicadas en la empinada ladera de una colina con una altitud de hasta 2.600 metros, donde predominan el suelo de roca dura y la roca seca fisurada. Debido a esto, la resistencia de los cimientos de la torre aumenta en gran medida. Todas las torres en el terreno montañoso constan de extensiones de chimenea de hasta 12 metros, así como extensiones de patas con una longitud de (-) 9 metros a (+) 9 metros. Muchas torres también constan de extensiones de cuerpo de hasta 30 metros. El resto de las torres están ubicadas en las llanuras del norte de Bengala y del norte de Bihar, a altitudes de hasta 1.000 metros. La altura máxima de una torre desde el nivel más bajo del terreno, muy ondulado, en la empinada zona montañosa, incluidas las extensiones de la chimenea, las extensiones de las patas y las extensiones del cuerpo, es de hasta 117 metros. Todo el terreno es muy propenso a los rayos con un nivel isométrico de 50-60 por año.

La sobretensión por sobretensión del rayo se calculó en las terminales del patio de pothead del HEP Teesta III con impacto directo del rayo en la primera torre de la línea de 400 kV Teesta III-Kishanganj con corrientes de rayo de 120 kA correspondientes a destellos negativos y 200 kA correspondientes a destellos positivos. Las sobretensiones máximas de los rayos en las terminales del patio de pothead con destellos negativos de 120 kA y destellos positivos de 200 kA se determinaron como 1,140 kV y 1,240 kV respectivamente. Estas sobretensiones del rayo estaban dentro de los márgenes de seguridad del 25 al 15 por ciento, con un nivel de resistencia al impulso del rayo de 1.425 kV, como se especifica para los equipos del patio de distribución.

Con base en el nivel de impulso básico de 1550 kV, el nivel de resistencia al impulso de conmutación de 1050 kV y el nivel de resistencia a la frecuencia industrial de 680 kV, Teestavalley Power Transmission Limited ha seleccionado los siguientes aisladores compuestos de varilla larga en el teesta quad moose de 400 kV D/C III línea HEP-Kishanganj en terreno llano con una altitud de hasta 1.000 metros:

Estos aisladores compuestos de varilla larga para altitudes de hasta 1000 m fueron sometidos a pruebas de tipo para los niveles de impulso como se mencionó anteriormente.

Después de tomar en consideración el factor de corrección atmosférico y de altitud apropiado como se indica en el párrafo anterior, Teestavalley Power Transmission Limited ha seleccionado los siguientes aisladores compuestos de varilla larga en la línea Teesta III HEP - Kishanganj de 400 kV D/C quad moose Teesta III en terreno montañoso para determinar la altitud hasta 2.300 metros.

Estos aisladores compuestos de varilla larga para terreno montañoso fueron probados con éxito por Teestavalley Power Transmission Limited en el Central Power Research Institute, Bangalore en el año 2011. Estos aisladores son adecuados para altitudes de hasta 2300 m, para los siguientes niveles de impulso:

Aunque el diseño y la ingeniería de los aisladores compuestos de varilla larga se llevaron a cabo a la altitud más alta de 2.300 m, como se había previsto durante la etapa de planificación, fue necesario construir una torre a una altitud de 2.600 metros debido a las condiciones predominantes en el lugar.

Para concluir, Teestavalley Power Transmission Limited ha instalado aisladores compuestos de varilla larga de 3.770 mm y 4.250 mm de longitud con una distancia de fuga de 11.900 mm y 11.330 mm respectivamente y con un nivel de impulso básico de 1.821 kV en el conductor de alce cuádruple ACSR D/C de 400 kV. Línea eléctrica. Conecta el HEP Teesta III en el norte de Sikkim con la estación de piscina Kishanganj en el norte de Bihar a través de Darjeeling en el norte de Bengala con altitudes de hasta 2.600 metros desde el nivel medio del mar. Los aisladores compuestos de varilla larga solucionan las incertidumbres en la aplicación de la corrección atmosférica y de altitud en la región del Himalaya.