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NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS AISLADOR SINTÉTICO TIPO SUSPENSIÓN PARA 13.2 kV y 44 kV 1.
RA7006
ALCANCE
Estas especificaciones cubren los requerimientos y los ensayos de los aisladores compuestos en material polimérico o sintético tipo suspensión que son usados en las redes de distribución de energía de Las Empresas Públicas de Medellín E.S.P. en los niveles de tensión de 13.2 y 44 kV. 2.
FUNCIÓN
El aislador de suspensión sintético, descrito en esta especificación, debe estar diseñado principalmente para soportar las cargas mecánicas de tensión de los conductores desnudos o cables cubiertos instalados en el sistema de distribución. Este aislador se utiliza en las disposiciones eléctricas en Referencia y Terminal incluidas en el manual de normas de diseño y construcción de redes aéreas. 3.
CARACTERÍSTICAS
3.1
Diseño y Material
El aislador de suspensión compuesto llamado también “Composite”,”Polimérico” ó “Sintético” consiste de un núcleo en fibra de vidrio, un revestimiento o envoltura en el cual se incluyen las campanas o “faldas” y los acoples metálicos terminales. Núcleo El núcleo consiste de una varilla “pultruida” de fibra de vidrio reforzado con resina. El núcleo de buena calidad mecánica y eléctrica, debe estar libre de grietas, burbujas, sustancias extrañas y opacas, que indican tener una alta resistencia mecánica y una rigidez dieléctrica de 60 kV/pulgada. La unión entre la fibra de vidrio y la resina debe realizarse a través de un proceso continuo que garantice la uniformidad de las fibras y se evite problemas de fabricación. Debe tener una temperatura y velocidad de halado coordinados de tal manera que no presente agrietamientos axiales y permita un curado o vulcanizado uniforme. El fabricante deberá tener un control durante el proceso o después de él de una prueba no destructiva por medio de rayos X o ultrasónicos que detecten fallas como fisuras, huecos o porosidad en la varilla, que afecten la calidad y el comportamiento del aislador en funcionamiento. El proceso de producción debe estar libre de ingreso de agua en la varilla para evitar corrosión. El endurecedor y el acelerador no deben dejar huecos y fisuras. El núcleo debe ser de sección circular. Cuando no sea así, ésta deberá tener un diámetro equivalente a la siguiente expresión:
d = 2 A / p PRIMERA EDICIÓN: JULIO 2003
ÚLTIMA PUBLICACIÓN: AGOSTO 2005
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La fibra deberá ser mínimo entre un 55% y 60% del volumen de la varilla. La resina puede ser epóxica, orgánica o poliestérica. La varilla debe ser eléctricamente no conductiva y deberá cumplir con los ensayos establecidos en las normas ASTM 149 ó 257. La varilla debe cumplir con lo establecido en las normas ASTM D 3914 ”Standard Test Method For In –Plane Dhear Strenght Of Pultruded GlassReinforced y la norma ASTM D 3916 ”Standard Test Method For Tensile Properties of Pultruded GlassFiberReinforced Plastic Rod”. Cubierta y faldas El recubrimiento y las campanas o “faldas” deberán ser de un material polímero tal como la silicona, el caucho de silicona, el EPDM (etileno propileno dieno monómero), el EVA (etileno vinilo acetato), el HDPE (polietileno de alta densidad) la resina epóxica o de otro material apropiado, siempre y cuando cumpla con estas especificaciones. Deberá presentar alta rigidez dieléctrica, ser resistente a los arcos eléctricos, erosión, flamabilidad, temperatura y a la radiación ultravioleta. Para lugares o zonas geográficas de muy alta contaminación se deberán instalar aisladores a base de silicona o compuestos poliméricos que aseguren su buen comportamiento, además los herrajes deberán ser en aluminio. El recubrimiento y las campanas deberán ser moldeados en una misma pieza y adheridos al núcleo mediante un proceso de vulcanización o pegado, adicionalmente, la costura deberá ser bien pulida. Deberán proteger en forma segura el núcleo de los efectos de la intemperie, además de proveer una apropiada distancia de fuga, una gran resistencia al impacto por disparo de fusil, al arco eléctrico, a los rayos ultravioleta y a los agentes químicos. El espesor mínimo de la envoltura de plástico sobre la varilla reforzado en fibra debe ser de 3mm. Las campanas o faldas tendrán una pendiente o superficie tal que permita que las gotas de agua lluvia rueden fácilmente y remuevan la contaminación acumulada. Deberán estar libres de los fenómenos de encaminamientos de carbón (tracking), erosión, arborescencia (treeing), afloramiento de la carga (chalkingfluoring),de erosión , agrietamiento (cracking) y superficie cuarteada (crazing). El agrietamiento es cuando la superficie está agrietada o fracturada a una profundidad mayor a 0.1mm. Para la superficie cuarteada las microfisuras están entre 0.01 y 0.1mm. Las uniones interfase entre varillarecubrimientofaldas deberán tener un pegante o adhesivo permanente para evitar el ingreso de humedad y de agentes contaminantes. Deberán poseer excelentes propiedades de estiramiento de forma que no sufran tensiones ante los cambios climáticos de temperatura y los esfuerzos mecánicos, además, garantizarán un sello hermético entre la varilla central, el recubrimiento y las partes metálicas. El adhesivo deberá tener una resistencia al desgarramiento mayor a la del material polímero. La unión tendrá una capacidad superior para la hidrofobicidad o comportamiento del agua al contacto, aún bajo condiciones de contaminación severa.
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Característica de los herrajes y acoplamientos extremos
El herraje de extremo deberá estar diseñado para transmitir la carga mecánica al núcleo y para desarrollar una resistencia mecánica uniforme y consistente de los aisladores. El material y los métodos usados en la fabricación del herraje de extremo deben ser seleccionados para proveer apropiada resistencia y ductilidad. El forjado será uniforme en calidad y sin bordes o aristas. Los forjados deberán estar libres de grietas, bolsas de contracción, escamas, rajaduras producidas por calor, costuras, solapaduras, placas, costras, incrustaciones de laminación y fisuras. Antes que los herrajes de extremo sean galvanizados, toda la rebaba de estampado deberá ser eliminada cuidadosamente sin reducir el tamaño bajo los requerimientos de dimensión. La fundición debe ser uniforme en calidad, sin aristas ni bordes agudos. La fundición deberá estar libre de grietas, bolsas de contracción, defectos de encogimiento y porosidad localizada en la medida que la resistencia o aplicabilidad del accesorio no sea afectada. Todos los materiales ferrosos (excepto el acero inoxidable) deben ser galvanizados mediante baño en caliente, de acuerdo con la norma ASTM A153. Los acoples utilizados serán esencialmente los tipo clevis y tipo ojo tal como se muestran en la figura que hace parte de esta norma. El herraje tipo clevis y tipo ojo deberá ser diseñado de tal manera que se pueda acoplar sin ningún inconveniente un eslabón o una tuerca de ojo de 5/8” (16 mm). Ver normas RA7005 y RA7003 respectivamente. 3.3
Ensamble
Los herrajes de extremo deberán ser instalados en el núcleo a través del proceso de prensado, de esta manera el herraje de extremo transmitirá uniformemente la carga mecánica al núcleo. La unión del herraje y el recubrimiento deberá ser sellada permanentemente para evitar la entrada de humedad y materias extrañas. Los herrajes de extremo de los aisladores compuestos, después de completar el ensamble con el núcleo y el recubrimiento, deberán ser mutuamente coaxiales, dentro de los límites de producción razonables, resultando en una carga excéntrica mínima. 3.4
Características eléctricas y mecánicas del aislador de suspensión compuesto 15 kV
Distancia mínima de fuga (mm). 355 Distancia mínima entre acoples metálicos (L) (mm). 330 (+/15)
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44 kV 900 590 (+/50)
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4.
15 kV
44 kV
Voltaje de flameo en seco (baja frecuencia) (kV)(rms)
90
180
Voltaje de flameo en húmedo (baja frecuencia) (kV) (rms)
65
145
Impulso de flameo crítico * Positivo (kV) (pico)
140
280
Voltaje de RadioInfluencia * Máximo RIV a 1000 kHz * Prueba de Voltaje (rms) (kV) Carga mecánica especificada (S.M.L) (kN) Mínima carga de torsión (PiesLb)
10 15 45 35
10 30 45 35
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PRUEBAS Y ENSAYOS
Las pruebas se harán según la norma ANSI C29.13. Las siguientes normas también complementan o aclaran los ensayos: norma IEEE 1024, IEEE P1024 y ANSI C29.11. También se aceptarán otras normas pero que sean iguales o superiores a las indicadas aquí. Se seguirán las etapas o pasos que se indican a continuación. 4.1
Ensayos de diseño o prototipo
Los ensayos de diseño o prototipo verifican las características de diseño del fabricante, material, proceso de fabricación y tecnología. Las pruebas de diseño son válidas si no ha ocurrido cambios en el diseño según lo siguiente: si ha habido cambios en las faldas y envoltura polimérica, en el material y dimensiones de la varilla, en el proceso de fabricación, en el material metálico de los herrajes de fijación y acople y en el método de conexión de los herrajes extremos del aislador. Los ensayos de diseño serán de: Penetración del agua. Envejecimiento o intemperie. Líquido penetrante. Difusión del agua. Arco de potencia. Tracking y erosión. Tensión mecánica. Torsión. Termomecánicos. Flamabilidad. PRIMERA EDICIÓN: JULIO 2003
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Ensayos de diseño eléctrico
Las pruebas de diseño eléctrico se realizan para medir las características eléctricas principales externas del aislador las cuales dependen principalmente de la forma y el tamaño. Estos ensayos se deben realizar nuevamente cuando existen cambios en el diseño, forma y tamaño. Los ensayos tipo serán de: Flameo a baja frecuencia en húmedo y seco. Flameo crítico al impulso positivo y negativo. Radio interferencia. 4.3
Ensayos sobre muestra
Las pruebas sobre la muestra se realizan para verificar el comportamiento y otras características del aislador, incluyendo aquellas que dependen de la calidad de fabricación y del material usado. Los aisladores para estas pruebas son tomados de un lote ofrecido para aceptación. Deberán ser tres aisladores por lote. El lote debe ser entre 300 y 3000 aisladores. Los ensayos sobre la muestra son: Dimensionales. Marcación. Material. Tensión mecánica. Galvanizado. 4.4
Ensayos de rutina
Los ensayos de rutina son para eliminar aisladores con defectos de fabricación y se realizan sobre cada aislador fabricado. Los ensayos son de: Tensión mecánica. Visual. 5.
NORMAS DE REFERENCIA
ANSI C29.13
For Insulator Composite Distribution Deadend Type.
IEEE 1024 IEEE
Recommended Practice for Specifying Distribution Composite Insulators (Suspension Type).
IEEE P1024
Draft Standard for Specifying Distribution Composite Insulators (Suspension and Dead End (Type)
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ANSI C29.11
Test for Composite Insulators for Overhead Transmission Lines. (Prueba de aisladores compuestos o poliméricos para líneas de transmisión aéreas).
IEEE 9871985
IEEE Guide for Application of Composite Insulators. (Guía IEEE para la aplicación de aisladores compuestos).
IEC 61109
Composite insulators for a.c. overhead lines with a nominal voltage greater than 1000 V Definitions, test methods and acceptance criteria.
IEC 60815
Guide for the selection of insulators in respect of polluted conditions.
Las Normas de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS) (ASTM): ASTM A153
Specification for Zinc Coating (HotDip) Iron and Steel Hardware. (Especificación para Recubrimiento de Zinc (Por inmersión en caliente) en herrajes de hierro y acero).
ASTM D750
Recommended Practice for Operating Light and Weather Exposure Apparatus (Carbon Arc type) for Artificial Weather Testing of Rubber Compounds. (Práctica recomendada para aparatos de luz de operación y exposición climática (Tipo arco de carbón) para pruebas climáticas artificiales de compuestos de goma).
ASTM D1499
Recommended Practice for Operating Light and Weather Exposure Apparatus (Carbon Arc type) for Exposure of Plastics. (Práctica recomendada para aparatos de luz de operación y exposición climática (Tipo de carbón) para exposición de plástico).
ASTM D2240
Rubber Properties–Durometer Hardness. (Propiedades de la Goma – Dureza durométrica).
ASTM D25
Recommended Practice for Operating Xenon – Arc Light and Water Exposure Apparatus for Plastics. (Práctica recomendada para la operación de Aparatos de Arco de Luz de Xenón y Exposición al Agua, para plásticos).
ANSI C29.11982
American National Standard Test Methods for Electrical Power insulators.
CEA Standards 6.
CEA LWG011996 Dead End Suspension Composite Insulators for Overhead Distribution Lines.
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