Dispositivo aislador compuesto helicoidal.
La presente invención se refiere a un dispositivo aislador compuesto helicoidal empleado para el aislamiento eléctrico y soporte mecánico de los cables de los tendidos eléctricos de alta tensión,
que está ideado para ser colocado en las crucetas de los apoyos en montaje vertical, es decir en montaje denominado de suspensión, presentando una longitud aproximadamente pi ({pi}) veces inferior a un aislador compuesto recto o de bastón para una misma línea de fuga, al disponer su revestimiento aislante, normalmente de material polimérico, sobre una varilla, normalmente de resina reforzada con fibra de vidrio, que presenta forma helicoidal.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201200288.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE LA RIOJA.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: BLANCO FERNANDEZ,JULIO, JIMENEZ MACIAS,EMILIO, SAENZ-DIEZ MURO,JUAN CARLOS, BLANCO BARRERO,JUAN MANUEL, MARTÍNEZ CÁMARA,Eduardo.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01B17/02 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01B CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES CONDUCTORAS, AISLANTES O DIELECTRICAS (empleo por las propiedades magnéticas H01F 1/00; guías de ondas H01P). › H01B 17/00 Aisladores o cuerpos aislantes caracterizados por su forma. › Aisladores de suspensión; Aisladores de tracción.
Fragmento de la descripción:
Objeto y campo de la invención La presente invención se refiere a un aislador compuesto helicoidal para líneas aéreas de alta tensión tanto de corriente alterna como de corriente continua.
La invención se sitúa en el ámbito de ingeniería eléctrica, en el campo de los tendidos de líneas para transporte y distribución de energía eléctrica. 10 Antecedentes de la invención Los aisladores son dispositivos destinados a aislar eléctricamente y soportar mecánicamente los conductores, normalmente desnudos, de las crucetas de los apoyos 15 que los sujetan.
Los aisladores se dimensionan en función de la tensión nominal de la línea y de la línea de fuga requerida, en función de la zona por donde discurra.
2 O Los aisladores convencionales para líneas aéreas se han confeccionado normalmente de vidrio, formando cadenas de amarre y de suspensión.
Los aisladores modernos denominados compuestos se introdujeron a finales de los años sesenta, aunque en España no se han llevado a la práctica hasta la década de los años 2000-2010. Son de tipo recto o de bastón. Los componentes de un aislador compuesto son: un núcleo formado por una varilla de resina reforzada con fibra de vidrio, un revestimiento de goma silicona u otro material polimérico, y un par de herrajes terminales.
3 O La varilla de resina reforzada con fibra de vidrio absorbe las cargas mecánicas que pueden ser tensión, flexión o compresión.
El revestimiento fija las características aisladoras, siendo los materiales para el revestimiento muy diversos, aunque el más habitual es la goma de silicona 35 empleándose también otros materiales poliméricos. Normalmente el proceso de
elaboración del revestimiento es por moldeo por inyección a alta presión o por inyección automática continua.
Los herrajes terminales suelen ser de metal, acero fundido, acero forjado o fundición de aluminio. Los herrajes de aisladores están muy estandarizados, para garantizar un fácil intercambio entre diferentes tipos de aisladores, tanto convencionales como modernos. Normalmente los herrajes terminales se fijan a la varilla mediante engarce a presión.
Pueden observarse diferentes tipos de sistemas en los documentos ES-0134872 U; US6831232 B2; entre otros.
Estos sistemas presentan una problemática que se centra fundamentalmente en los siguientes aspectos:
15 2 O Requieren una gran longitud, denominada La, de aislamiento. Requieren, para aisladores de suspensión, unas sobredimensionadas crucetas para poder recoger la gran longitud requerida, La. Requieren, para aisladores de suspensión, unos apoyos de mayor altura o de unas crucetas de mayor altura, para compensar la pérdida de altura libre de los conductores al terreno. Requieren, para aisladores de suspensión, unos apoyos de mayor esfuerzo al necesitarse crucetas de mayor altura. No absorben las oscilaciones debidas a la influencia del viento en los 2 5 conductores, que están contenidas en un plano vertical, es decir hacen oscilar al conductor con movimientos ascendentes y descendentes.Descripción de la invención 3 O El aislador compuesto helicoidal, que la invención propone. resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los diferentes aspectos comentados.
Además de la característica principal de aislamiento, la invención absorbe las 3 5 vibraciones de los conductores debido al efecto resorte y que son producidas en los conductores de los tendidos eléctricos debido principalmente a la presión que ejerce el viento en ellos. Se comprueba que se producen en los cables movimientos verticales, de ascenso y descenso, es decir oscilaciones verticales, que dan lugar a fatiga mecánica de los diferentes elementos que están en contacto con los cables. La invención, debido al efecto resorte o muelle, al estar en disposición vertical, absorbe las oscilaciones.La invención sirve para líneas aéreas de alta tensión tanto de corriente alterna, que tradicionalmente son las utilizadas hasta ahora, como para corriente continua, que son las que modernamente se empiezan a construir.
La selección y dimensionamiento de los aisladores compuestos se realiza mediante la norma internacional lEC 60 815-3: "Selection and dimensioning of high-voltage insulators in-tended for use in polluted conditions. Part 3: Polymer insulators for a.c. systems".
La característica eléctrica más importante de un aislador es la línea de fuga, y se establece para los aisladores compuestos según la citada lEC 60 815-3, en base a considerar los siguientes valores unitarios por kV, de las tensiones más elevadas entre fase-tierra (Um/~3) , correspondientes a las tensiones nominales fijadas de 20, 30, 45,
20 66, 132, 220 (230) y 380 (400) kV:
- Nivel "e" (polución media) = 34, 7 mm/kV -Nivel "e" (polución muy fuerte) = 53, 7 mm/kV
2 5 La definición de línea de fuga es la distancia más corta entre partes conductoras sobre una superficie aislante.
Por ejemplo, la línea de fuga necesaria de un aislador compuesto para 400 kV es:
400kV
J3 ·34, 7mm/kV~8.014mm
Para un aislador compuesto recto o de bastón, la línea de fuga necesaria de 8.014 mm se consigue con un aislador de 3.060 mm de longitud aislante, que presenta una línea de fuga normalizada de 8.400 mm, según figura en la Norma lberdrola NI_ 48.08.01, 3 5 de septiembre de 2011, ed 63 que tiene por título: "Aisladores compuestos para cadenas de líneas eléctricas de alta tensión", "Composite insulators for high voltage overhead power fines chains". La longitud aislante, La, de un aislador compuesto recto o de bastón, se refleja en la figura 3. Sin embargo, para un aislador compuesto como el que preconiza la invención, es necesario aproximadamente La 1:r, es decir 974 mm, según se refleja en la figura 4. Se indica a continuación la explicación de la reducción a aproximadamente Lal:r para una misma línea de fuga (así como la expresión exacta de la reducción) .Línea de fuga en un aislador compuesto recto o de bastón 1 O La línea de fuga por paso axial, ver figura 5a, puede aproximarse por la correspondiente a una sección con perfil prismático, que viene definida por: L~a = (0re -0ri) + Pa, que denominando 0 re =0 queda: 4a = (0-0 ri) + Pa. Para valores habituales Pa << 0 y 0ri << 0 con lo que la ecuación anterior puede simplificarse en L~a =0
Línea de fuga en el aislador compuesto helicoidal La línea de fuga por paso axial, ver figura 5b, viene definida por: L~a =) en· 0 11Y+ Pa2 , que denominando 0"; =0 queda L~a = ~ (:r·0) 2 + Pa 2 • Para valores habituales (:r·0) 2 >> Pa 2 con lo que la ecuación anterior puede 2 o simplificarse en L~a =n ·0
Relación de Longitudes aislantes para una misma línea de fuga De las ecuaciones anteriores y las consideraciones realizadas se desprende que la línea de fuga por paso axial del aislador compuesto helicoidal es pi veces mayor que la línea 2 5 de fuga por paso axial del aislador compuesto recto, a igualdad de diámetros (externo de aislador compuesto recto e interno del aislador compuesto helicoidal) , despreciando los efectos de aislamiento en los extremos de los aisladores (es decir, en los herrajes y la línea de transición que une los herrajes a los cuerpos de los aisladores) . O equivalentemente, el aislador compuesto helicoidal requiere pi veces menos longitud a 3 O igualdad de diámetros de ambos aisladores. La relación exacta será la siguiente (representando por h los parámetros correspondientes al aislador helicoidal y por r los del aislador recto) : Esa ecuación, para los casos mencionados en los que Par << 0r , 0ri << 0r y (Jr·0h) 2 >> Pa~, da la relación de pi entre las líneas de fuga porpaso axial de ambos tipos de aisladores, a igualdad de diámetros representativos de cada aislador
(0/¡ ~ 0r) :
Adicionalmente, es constructivamente más sencillo y economtco aumentar 0h que aumentar 0r, por lo que esa relación puede ser aún mayor a igualdad de coste de 1 O producción.
Se describe la invención con todo detalle en los dos apartados siguientes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 es una infografia de una realización del dispositivo aislador compuesto helicoidal 1 .
Reivindicaciones:
5. Dispositivo según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se puede emplear indistintamente tanto en líneas de alta tensión de corriente alterna como de corriente continua.
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