PE ABB Memoria de Cálculo para la

Power Systems Selección de las Cadenas de Aisladores

Departamento de Ingeniería PSS PE-MACO-00021-COT-D068 Rev : 0

0 08-11-13 Emitido para construcción EMCC JSA GZS

Rev: Fecha: Descripción Elaboró Revisó Aprobó

MEMORIA DE CÁLCULO Documento No.:

PARA LA SELECCIÓN DE LA CADENA DE AISLADORES PE-MACO-00021-COT-D068
AMPLIACIÓN DE LA SE COTARUSE 220 kV Versión: 0

Contrato No.:
PROYECTO MACO: AMPLIACIÓN
COTARUSE 220 kV P-MACO-00021

Ampliación de la SE Cotaruse 220 kV

Ampliación SE Cotaruse 220 kV

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AMPLIACION SUBESTACION COTARUSE 220 kV

MEMORIA DE CÁLCULO

PARA LA SELECCIÓN DE LAS CADENAS DE AISLADORES

Contenido

1.  OBJETIVO 

2.  CARACTERÍSTICAS GEOGRÁFICAS 

3.  CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA ELÉCTRICO 

4.  NORMAS APLICABLES 

5.  SELECCIÓN Y DESCRIPCIÓN 

6.  METODOS PARA LA SELECCIÓN DE AISLADOR 

7.  SELECCIÓN DEL AISLADOR DE ACUERDO AL TIPO DE MEDIO AMBIENTE 

8.  GRADO DE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL 

9.  DETERMINACION DE LA DISTANCIA DE FUGA ESPECÍFICA UNIFICADA DE

REFERENCIA - RUSCD 
9.1  Corrección del RUSCD 
9.2  Determinación de la línea de fuga mínima 
9.3  Tamaño del aislador 
9.4  Distancia crítica 

10.  AISLAMIENTO NECESARIO POR SOBRETENSIÓN A FRECUENCIA INDUSTRIAL

EN SECO 

11.  AISLAMIENTO NECESARIO POR SOBRETENSIONES ATMOSFÉRICAS 

12.  SELECCIÓN DE LOS AISLADORES 

13.  ANEXOS 
13.1  Selección de la cadena de aisladores 

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Contenido de Cuadros
Cuadro Nº: 1  Características del Sistema 
Cuadro Nº: 2  Idoneidad de perfiles, en relación con un perfil estándar, para aisladores de
porcelana y vidrio, asumiendo la misma distancia de fuga por unidad o
cadena 
Cuadro Nº: 3  Selección de aislador de acuerdo al medio ambiente 
Cuadro Nº: 4  Ejemplos de medio ambientes típicos 
Cuadro Nº: 5  Determinación del grado de contaminación 
Cuadro Nº: 6  Cuadro resumen de corrección de RUSCD 
Cuadro Nº: 7  Determinación de la línea de fuga 
Cuadro Nº: 8  Cantidad de aisladores por cadena 
Cuadro Nº: 9  Validación del cumplimiento de la distancia critica 
Cuadro Nº: 10  Calculo de la Sobretensión a Frecuencia Industrial en Seco 
Cuadro Nº: 11  Cálculo de la Sobretensiones Atmosféricas 
Cuadro Nº: 12  Cantidad Aisladores por Cadena - 220kV 

Contenido de Figuras
Figura N° 1 Perfiles típicos estándar. 
Figura N° 2 Perfiles típicos abiertos. 
Figura N° 3 Perfiles típicos anti neblina. 
Figura N° 4 Perfiles típicos alternativos. 
Figura N° 5 Perfiles típicos - pin. 
Figura N° 6 Perfiles típicos abiertos. 
Figura N° 7 Perfil típico empinado y perfil típico bajo - poco profundo. 
Figura N° 8 Perfil típico bajo - profundo y perfil típico alternado. 
Figura N° 9 Grado de contaminación del tipo A – Relación entre ESDD/NSDD y SPS, para
aislador tipo cap-pin. 
Figura N° 10 Grado de contaminación del tipo A – Relación entre ESDD/NSDD y SPS, para
aislador tipo long rod. 
Figura N° 11 RUSCD en función del tipo de SPS. 
Figura N° 12 Kad como una función del diámetro promedio del aislador cerámico. 
Figura N° 13 Kad como una función del diámetro promedio del aislador polimérico. 

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MEMORIA DE CÁLCULO
PARA LA SELECCIÓN DE LAS CADENAS DE AISLADORES

1. O B JE T IV O
El desarrollo de este informe tiene por objetivo determinar el tipo de cadena de
aisladores a emplear para el proyecto MACO Ampliación del Patio de llaves de la S.E.
Cotaruse 220 kV, en donde se implementarán las nuevas bahías de Línea Abancay
Nueva y Suriray en 220 kV, basado en las condiciones ambientales y características
del sistema eléctrico.

2. CARACTERÍSTICAS GEOGRÁFICAS
La S.E. Cotaruse forma parte del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN), y
está ubicada en la carretera a Nazca – Abancay, en el km 294,5, en el Distrito de
Cotaruse, Provincia de Aymaraes, Departamento de Apurimac; a una altura de 4103
msnm.
La Subestación Cotaruse está conectada a la línea de 220 kV que enlaza las
subestaciones de Campo Armiño (Mantaro) y Socabaya.
Las características climatológicas y geográficas en el área del proyecto, son las
siguientes:
 Altura : 4 149 msnm
 Temperatura Mínima : -15 °C
 Temperatura Media : 10 °C
 Temperatura Máxima : 30 ° C
 Contaminación Ambiental : Pesada

3. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA ELÉCTRICO

Las características del sistema eléctrico son las siguientes:

Cuadro Nº: 1 Características del Sistema

Tensión Nominal 220kV

Frecuencia asignada 60

Puesta a tierra Sólido

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Tensión Nominal 220kV

Número de fases 3

Tensión asignada del equipos (kV) 245

Tensión de operación del sistema (kV) 245

Tensión asignada soportada al impulso tipo rayo (kV) 1300

Máxima duración admisible de cortocircuito (s) 1

Distancia de fuga mínima, (mm/kV): 25

Tiempo normal de aclaración de la falla (ms) 100

Tiempo de aclaración de la falla de respaldo (ms) 300

Identificación de fases R, S y T

4. NORMAS APLICABLES
Las normas utilizadas son las siguientes:
 IEC/TS 60815-1: Selection and dimensioning of high-voltage Insulators Intended
for use in polluted conditions – Part 1: Definitions, Information and general
principles.
 IEC/TS 60815-2: Selection and dimensioning of high-voltage Insulators Intended
for use in polluted conditions – Part 2: Ceramic and glass insulators for a.c.
systems.
 IEC/TS 60815-3: Selection and dimensioning of high-voltage Insulators Intended
for use in polluted conditions – Part 3: Polymer insulators for a.c. systems.
Con referencia a:
 CIGRE WG C4.303: Outdoor insulation in polluted conditions: Guidelines for
selection and dimensioning – Part 1: General principles and the AC case.

5. SELECCIÓN Y DESCRIPCIÓN
La integridad del aislamiento exterior es crucial para mantener la fiabilidad y la
rentabilidad del servicio de suministro de electricidad a las diferentes ciudades del
país. Los materiales cerámicos (vidrio y porcelana) han sido los materiales
preferidos para el aislamiento exterior a causa de sus propiedades y por su larga
duración, su resistencia mecánica y su costo relativamente bajo. Sin embargo, en
ambientes donde la gravedad de la contaminación es alta, la fiabilidad de este tipo de

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aislamiento se mantuvo inaceptablemente baja. El desarrollo de los materiales

poliméricos busca dar un mejor desempeño en estas situaciones.
A continuación se presenta una serie de consideraciones que garantizan la correcta
selección de un aislador acorde a la necesidad del sistema y del medio ambiente
donde se encuentra.

6. METODOS PARA LA SELECCIÓN DE AISLADOR

Existen 3 métodos para la selección de un aislador (aunque a menudo se
interrelacionan entre sí), estos son los siguientes:
Método 1: Usando la experiencia pasada, donde el aislador seleccionado (igual o
similar a los existentes) estará bajo las mismas condiciones del sistema y de
contaminación.
Método 2: Pruebas de laboratorio, para determinar el grado de contaminación de la
zona.
Método 3: Utilización de factores de corrección para determinar el grado de
contaminación de la zona.
Para la selección del aislador, para el presente proyecto, utilizaremos el método 1 y 3.

7. SELECCIÓN DEL AISLADOR DE ACUERDO AL TIPO DE MEDIO AMBIENTE

Un criterio para la selección de un aislador, es considerar el medio ambiente donde se
ubicará. En general se pueden distinguir 5 tipos de medio ambiente, estos son los
siguientes:
Desierto, se caracterizan por suelos arenosos con periodos largos de sequia. La
contaminación comprende sales y contaminantes no solubles. La contaminación en los
aisladores se transmite principalmente por el viento. La limpieza puede ocurrir en el
marco de períodos ocasionales de lluvia o por el "chorro de arena" en condiciones de
viento fuerte (Limpieza natural).
Costera, se caracterizan por estar en proximidad inmediata a la costa. La
contaminación se deposita sobre los aisladores principalmente por el rocío, el viento y
la niebla. La acumulación de contaminantes es generalmente rápido pero también
puede ocurrir en periodos largos (depende de las características locales del
terreno). La limpieza natural de los aisladores es típicamente eficaz.

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Industrial, son áreas ubicadas en las proximidades de una fuente de contaminación

industrial. La capa de contaminación puede estar constituida por partículas
conductoras como el carbón, depósitos metálicos, etc; gases disueltos; o por
contaminantes que se disuelven lentamente tales como cemento, yeso, etc. La
limpieza natural en las zonas industriales puede variar mucho dependiendo del tipo de
contaminación que se presente.
Agrícola, son áreas que están situadas en las proximidades de la actividad
agrícola. Típicamente, estas áreas están sometidas a arado o fumigaciones. La capa
de contaminación en los aisladores es principalmente de sales de disolución rápida o
lenta, tales como productos químicos, excrementos de pájaros o
sales presentes en el suelo. La limpieza natural de los aisladores puede ser muy eficaz
dependiendo del tipo de sal depositada.
Interior, son áreas con bajo nivel de contaminación, sin ninguna fuente identificable.

De acuerdo a lo mencionado anteriormente, la selección de un aislador cerámico, sea

vidrio o porcelana en sus diversas variantes (caperuza, pin, poste o pilar, aisladores de
núcleo hueco), dependerá del medio ambiente donde se colocara el aislador, es decir,
del tipo de contaminante de la zona y la limpieza que se hace a la superficie del
aislador de manera natural; aunque para casos de alta contaminación dicha limpieza
se realizara de manera forzada. En el cuadro N°2 se muestra que tipo de aislador se
recomienda utilizar, de acuerdo al medio ambiente, para los diferentes aisladores
cerámicos que se muestran en la figuras del 1 al 5.

Figura N° 1 Perfiles típicos estándar.

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Figura N° 2 Perfiles típicos abiertos.

Figura N° 3 Perfiles típicos anti neblina.

Figura N° 4 Perfiles típicos alternativos.

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Figura N° 5 Perfiles típicos - pin.

Cuadro Nº: 2 Idoneidad de perfiles, en relación con un perfil estándar, para aisladores
de porcelana y vidrio, asumiendo la misma distancia de fuga por unidad o cadena

Todos los tipos Perfil abierto (*b)

Tipo de medio Idoneidad del Todos los tipos
Perfil estándar
ambiente perfil Disco/ Poste/ Perfil Anti-niebla
(*a)
long rod hueco
++

+ ●

Desierto 0 ●□ □ ●□ □(Ambos)

- ●(Vertical)

-- ●(Horizontal)

++ □(Vertical)

+ ●(Vertical)

Costa 0 ●□ ● (*c) ●□ ●□(Horizontal)

- □

--

++

+ ●

Industrial 0 ●□ □ ●□ □

- ●

--

++
Agrícola
+

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0 ● ●

- ● ●(Vertical)

-- ●(Horizontal)

++

Interior 0 ● ● ● ●

--

*a El perfil estándar se toma como referencia el nivel

Leyenda "0". Esto no convierte automáticamente al perfil estándar

como la más adecuada para todas las aplicaciones, ya
● Contaminación tipo A
que en algunos casos, no puede suministrar
□ Contaminación tipo B
la necesaria distancia de fuga dentro de la necesaria
++ Adecuado, la mejor opción.
longitud aislante.
+ Adecuado.
*b Alternando disposiciones se clasifican principalmente
0 neutral, ninguna ventaja o desventaja
en tipo de perfil abierto.
en particular.
*c Para las zonas donde hay contaminación rápida
- Inadecuado, pero puede ser utilizado.
debido a los tifones o eventos similares, un perfil
-- Inadecuado, evitar esta opción si es abierto recogerá más contaminantes en un período
posible. corto que un perfil estándar o anti niebla, de ahí
su idoneidad puede reducirse.
Nota:
- Tomado de la Tabla N°2 de la norma técnica IEC 60815-2, página 13
- Contaminante tipo A, son contaminantes sólidos que pueden ser solubles o no solubles.
- Contaminante tipo B, son contaminantes líquidos electrolíticos con muy pocos elementos no solubles.

Para el caso de aisladores poliméricos, sus perfiles son generalmente más simples
que los de los aisladores de vidrio o porcelana y la mayoría se pueden clasificar como
perfiles abiertos (ver Figura 6). Los aisladores poliméricos son generalmente
aceptables en todo tipo de condiciones ambientales, ambos tipos A y B, en tantas
orientaciones verticales y horizontales. Estos perfiles son beneficiosos en las zonas
donde la contaminación se deposita sobre el aislante por el viento, como en los
desiertos, las zonas con fuerte contaminación industrial o las zonas costeras. Son
particularmente efectivos en climas que se caracterizan por extendidos períodos de
sequía.

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Figura N° 6 Perfiles típicos abiertos.

Figura N° 7 Perfil típico empinado y perfil típico bajo - poco profundo.

Los perfiles que corresponden a la figura 7, tienen la desventaja de reducir la auto
limpieza y solo se recomiendan en caso de presentarse contaminación del tipo B.

Figura N° 8 Perfil típico bajo - profundo y perfil típico alternado.

Los perfiles que corresponden a la figura 8 (con perfil bajo - profundo), presentan
mayor línea de fuga y se recomiendan en caso de presentarse contaminación del tipo
B. Un perfil típico alternado también aumenta la línea de fuga y tiene buen desempeño
en condiciones de humedad.

De acuerdo al medio ambiente donde se ejecutara el proyecto podríamos utilizar tanto

aisladores cerámicos (perfil estándar, tipo caperuza) como poliméricos (perfil abierto).

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Cuadro Nº: 3 Selección de aislador de acuerdo al medio ambiente

Medio Ambiente Cerámico Polimérico

Industrial Cumple Cumple

El problema de utilizar aisladores poliméricos es por el nivel ceráunico de la zona,

porque los aisladores poliméricos pierden sus propiedades cuando mayor cantidad de
descargas recibe, por eso emplearemos aisladores cerámicos (vidrio o porcelana).

8. GRADO DE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

El grado de contaminación en un sitio (SPS: Site Pollution Severity), para efectos de
normalización, la norma IEC define cinco clases de SPS, la clasificación es la
siguiente:
a) Muy ligero.
b) Ligero.
c) Medio.
d) Pesado.
e) Muy pesado.
Para contaminación de tipo A (contaminantes sólidos solubles y no solubles), las
figuras 9 y 10 (IEC/TS 60815 – 1, página 18) muestran los rangos de valores
correspondientes ESDD / NSDD (ver nota de cuadro 4) a cada tipo de SPS para
aisladores tipo caperuza - pin, y aisladores del tipo long rod, respectivamente. Estos
valores se deducen a partir de mediciones de campo, la experiencia y las pruebas de
contaminación. Los valores son los máximos que se pueden encontrar a partir de
mediciones regulares tomadas durante varios años. Estas cifras sólo son aplicables
a los aisladores de referencia y teniendo en cuenta sus propiedades específicas de
acumulación de la contaminación.

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Figura N° 9 Grado de contaminación del tipo A – Relación entre ESDD/NSDD y SPS,

para aislador tipo cap-pin.

Figura N° 10 Grado de contaminación del tipo A – Relación entre ESDD/NSDD y SPS,

para aislador tipo long rod.
Las figuras anteriores también sirven como referencia para hallar el grado de
contaminación en aisladores poliméricos.
El significado de E1 hasta E7, es una descripción de los medio ambientes de acuerdo
a las fuentes de contaminación.

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Cuadro Nº: 4 Ejemplos de medio ambientes típicos

Ejemplo
Descripción de medio ambientes típicos

Distancia > 50 km (*a) del mar, el desierto, o tierra firme.

Distancia > 10 km de fuentes de contaminación hecha por el hombre (*b)
Dentro de una distancia más corta a las fuentes de contaminación mencionadas,
E1 pero:
• Con viento dominante que provenga no directamente de estas fuentes de
contaminación.
• y / o con el lavado regular mensual de la lluvia.
Entre 10-50 km (*a) del mar, el desierto, o tierra firme.
Entre 5-10 km de fuentes de contaminación hecha por el hombre (*b)
Dentro de una distancia menor a E1 a las fuentes de contaminación, pero:
E2
• Con viento dominante que provenga no directamente de estas fuentes de
contaminación,
• y / o con el lavado regular mensual de la lluvia.
Entre 3-10 km (*c) del mar, el desierto, o tierra firme.
Entre 1-5 km de fuentes de contaminación hecha por el hombre (*b).
Dentro de una distancia más corta a las fuentes de contaminación mencionadas,
E3 pero:
• Con viento dominante que provenga no directamente de estas fuentes de
contaminación,
• y / o con el lavado regular mensual de la lluvia.
Lejos de las fuentes de contaminación que se mencionan en E3, pero:
• Con niebla densa (o llovizna), que a menudo se presenta después de un tiempo
(varias semanas o meses); dentro de un periodo de acumulación de contaminación
E4
seco.
• y / o contaminación pesada, con lluvias que presentan una alta conductividad.
• y / o existe un nivel alto NSDD entre 5 y 10 veces la ESDD.
Dentro de 3 km (*c) de distancia al mar, a un desierto, o tierra firme.
E5
Dentro de 1 km de fuentes de contaminación hecha por el hombre (*b)
Con una mayor distancia a las fuentes de contaminación mencionadas en E5, pero:
• Con niebla densa (o llovizna), que a menudo se presenta después de un tiempo
E6 (varias semanas o meses); dentro de un periodo de acumulación de contaminación
seco.
• y / o existe un nivel alto NSDD entre 5 y 10 veces la ESDD.
Dentro distancias similares a las fuentes de contaminación según lo especificado
para las áreas "pesados" , y:
• Directamente sometido al rocío del mar o niebla salina densa.
• o directamente sometidos a los contaminantes con alta conductividad, o polvo
E7
de cemento con alta densidad, y con frecuencia mojada debido a la niebla o
llovizna.
• Las zonas desérticas con rápida acumulación de arena y sal, y
condensación periódica.
a* Durante una tormenta, el nivel ESDD a tal distancia del mar puede alcanzar un nivel mucho más alto.
b* La presencia de una gran ciudad tendrá una influencia sobre una distancia mayor, es decir, la distancia
especificada por mar, desierto y la tierra firme.
c* En función de la topografía de la zona costera y la intensidad del viento.

Nota:
- Tomado de la Tabla N°5 de la norma técnica IEC 60815-1, página 20.
- ESDD (Equivalent Salt deposit density), es la cantidad de cloruro sódico (NaCl) que, cuando se disuelve en agua
desmineralizada, da el mismo volumen de conductividad como de la deposición natural removida de una superficie del
aislador dividida por el área de esta superficie, generalmente expresada en mg / cm2.
- NSDD (Non soluble deposit density), es la cantidad de residuos no solubles removidos de la superficie del aislador dividido por
el área de esta superficie, generalmente expresada en mg / cm2.

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Cuadro Nº: 5 Determinación del grado de contaminación

Medio ambiente Grado de contaminación

E6 Pesada

La ubicación de la subestación corresponde a un medio ambiente E6 (ver cuadro 5),

la cual corresponde un grado de contaminación pesada.

9. DETERMINACION DE LA DISTANCIA DE FUGA ESPECÍFICA UNIFICADA DE

REFERENCIA - RUSCD
Al determinar el grado de contaminación del lugar (SPS) al cual estará sometido el
aislador, podemos determinar el RUSCD (Reference Unified Specific Creepage
Distance).
En la figura 11 (IEC/TS 60815 – 2 y 3, página 9) se muestra la relación entre el tipo de
SPS y el RUSCD; el cual aplica para aisladores cerámicos (porcelana y vidrio) y
aisladores poliméricos.

.
Figura N° 11 RUSCD en función del tipo de SPS.
En casos de valores de SPS mayores, los valores mostrados en el cuadro referentes a
RUSCD, no aplican. Dependiendo de la experiencia y / o de resultados de laboratorio,
se pueden determinar valores USCD superiores a emplear. En estos casos el
mantenimiento periódico es requerido (limpieza o lavado, aplicación de recubrimientos
hidrofóbicos, o instalación de componentes aditivos).

9.1 Corrección del RUSCD

Las siguientes correcciones son aplicables a la RUSCD, que es válido tanto para
aisladores cerámicos como poliméricos.

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La línea de fuga está dada por la siguiente expresión:

Correción USCD = RUSCD x Ka x Kad

Donde:
USCD : Distancia de fuga especifica unificada (mm/kV)
Ka : Factor de corrección por altura
Kad : Factor de corrección debido al diámetro
Nota:
- Ver IEC/TS 60815-2, página 17 y IEC/TS 60815-3, página 14.
- USCD (Unified specific creepage distance), es la distancia de fuga de un aislador dividido por el valor RMS del mayor voltaje de
operación al cual esta sometido el aislador (Umax).
- Umax, para sistemas AC es usualmente Um/√3, donde Um es la máxima tensión entre fases.

El factor por corrección por altura (Ka), que es el mismo para aisladores cerámicos
como poliméricos, considera un aumento en la longitud de aislamiento debido a
tensiones de tipo impulso a mayores altitudes, resultando ello en un aumento de la
línea de fuga. El valor de Ka toma los siguientes valores (IEC IEC/TS 60815-2, pág. 18
y IEC/TS 60815-3, pág. 14):

Ka = 1, para alturas menores a 1500m.

H 1000
m( )
Ka = 8150 , para alturas mayores a 1500m.
e
Donde:
H : Altitud sobre el nivel del mar (metros)
m=0.5 : Para tensiones tipo AC soportadas a frecuencia industrial de corta
duración

El factor de corrección por diámetro del aislador (Kad) toma en cuenta tanto
la reducción de la resistencia como la reducción de la acumulación de contaminación
en aisladores de mayor diámetro, este factor dependerá del tipo de aislador
(cerámicos o poliméricos) y del diámetro promedio (Da) del mismo. Kad toma los
siguientes valores para aisladores cerámicos (vidrio y porcelana) del tipo long rod,
poste y aislador hueco.
Kad = 1, cuando Da es menor que 300mm.
Kad = 0,0005 x Da + 0.85, cuando Da es igual o mayor que 300mm.

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Donde el diámetro promedio Da puede ser hallado con la siguiente formula

aproximada:
Da= (2xDt + Ds1 + Ds2) / 4
Nota:
- Ver IEC/TS 60815-2, página 18.
- La forma de hallar Dt, Ds1 y Ds2 se muestra en la fig.12 de este documento.

Esta fórmula debe usarse para perfiles simples; en el caso de perfiles complejos debe
agregarse un diámetro extra en el numerador y 2 en el denominador.
También se puede utilizar la gráfica (la de línea continua) que se muestra en la fig. 12
(IEC/TS 60815-2, página 18, fig.7), la gráfica de línea punteada no considera
presencia de contaminación (para pruebas de laboratorio).

Figura N° 12 Kad como una función del diámetro promedio del aislador cerámico.

El factor de corrección por diámetro del aislador (Kad), para materiales poliméricos se
halla de la siguiente manera:
Kad = 1, cuando Da es menor que 300mm.
Kad, cuando Da es igual o mayor que 300mm se utilizara la fig. 13.
El diámetro promedio Da se halla de manera similar que en el caso de aisladores
cerámicos:
Da= (2xDt + Ds1 + Ds2) / 4
Nota:
- Ver IEC/TS 60815-3, página 15.
- La forma de hallar Dt, Ds1 y Ds2 se muestra en la fig.13 de este documento.

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Figura N° 13 Kad como una función del diámetro promedio del aislador polimérico.

En la figura 13 (IEC/TS 60815-3, página 15, fig.7) se muestran diferentes curvas de

HTM (hydrophobicity transfer material), no HTM y los casos intermedios (donde se
pierde temporalmente la hidrofobicidad).

De acuerdo al grado de contaminación de la zona (E6) y haciendo uso de la fig. 11 el

valor del RUSCD es 43,3mm/VK. La subestación se encuentra cerca de los 4149
m.s.n.m., por ello Ka=1,21. Utilizaremos aisladores vidrio, con diámetro de 280mm, en
consecuencia el diámetro promedio será menor de 300mm (kad=1).

Cuadro Nº: 6 Cuadro resumen de corrección de RUSCD

RUSCD (mm/kV) 43.3

Ka 1,21

Kad 1,0

RUSCD corregido (mm/kV) 52,53

9.2 Determinación de la línea de fuga mínima

Para determinar la distancia de fuga mínima requerida utilizaremos la siguiente
expresión:
Df = RUSCD corregido x Umax
Donde:
Df : Distancia de fuga mínima (mm)
Umax : Tensión máxima que pasa por el aislador (kV)

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Nota:
- Umax, para sistemas AC es usualmente Um/√3, donde Um es la máxima tensión entre fases que se puede presentar en el
sistema.

Cuadro Nº: 7 Determinación de la línea de fuga

Barra 220kV

RUSCD corregido (mm/kV) 52,53

Umax (kV) 231/√3

Df (mm) 7006

9.3 Tamaño del aislador

Para aisladores cerámicos (porcelana y vidrio), en caso de formar cadenas de
aisladores, mediante la determinación de la línea de fuga mínima requerida podemos
hallar la cantidad de aisladores que conformaran la cadena, de la siguiente manera:

N=1,15 x Df / df
Donde:
df : Distancia de fuga de una unidad de aislador (mm)
Donde el factor 1,15, es un factor de seguridad que se utiliza para evitar que haya
flámeos por ruptura de una de las unidades (tomado del libro Subestaciones de Alta y
Extra Alta Tensión, editorial Mejía Villegas, pag.397, ecuación 9.165).

En el caso de utilizar aisladores poliméricos una vez corregido el valor del RUSCD, se
busca el aislador de menor línea de fuga que supere el valor corregido del RUSCD,
además de considerar limitaciones de otra índole (sistema, dimensiones, etc.).
El aislador a utilizar en la barra en 220 kV será de vidrio, de perfil estándar (tipo
caperuza), la cantidad de aisladores que formaran su cadena será:

Cuadro Nº: 8 Cantidad de aisladores por cadena

Barra 220kV

Df (mm) 7006

df (mm) 440

N 19

Df corregido (mm) 8360

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9.4 Distancia crítica

La longitud del aislador sea cerámico (cadena en este caso) o polimérico, deberá ser
mayor o igual que la distancia máxima fase – estructura requerida, determinada en la
memoria de coordinación de aislamiento.
En el caso de una cadena de aisladores, la longitud de la cadena se determina por la
siguiente fórmula (tomado del libro Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensión,
editorial Mejía Villegas, pag.397, ecuación 9.167):
L=La x (N-1) + 200 mm
Donde:
L : Longitud de la cadena (mm)
La : Paso de una unidad de aislador que conforma la cadena (mm)
N : Numero de unidades de la cadena
En caso que la longitud del aislador sea menor a la distancia crítica fase – tierra, se
incrementara dicha longitud.

Cuadro Nº: 9 Validación del cumplimiento de la distancia critica

Barra 220kV

Distancia fase -tierra (mm) 2400

Paso de un aislador (mm) 146

L (mm) 2774

Cumple Si

10. AISLAMIENTO NECESARIO P OR SOBRETENSIÓN A FRECUENCIA

INDUSTRIAL EN SECO
Está dada por la siguiente expresión:

fsg * fs  V max  H (Fuente Endesa)

Vfi 
3  (1  N   )  n *   fl

Donde
fs : Factor de sobretensión a frecuencia industrial
fsg : Factor de seguridad (Fuente Endesa)
Vmax: Tensión máxima

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H : Factor por Humedad (Fuente Endesa)

N : Número de desviaciones estándar alrededor de la media
 : Desviación estándar
n : Factor que depende de la brecha de aire del aislador
 : Densidad relativa del aire a la altura de instalación msnm
fl : Factor por lluvia (Fuente Endesa)
En el cuadro siguiente se presenta en resumen los parámetros y resultados del
cálculo:

Cuadro Nº: 10 Calculo de la Sobretensión a Frecuencia Industrial en Seco

Descripción Característica

Vn 231 kV
fsg 1.05
fs 2
H 0.915
N 3
delta 3%
Altitud(msnm) 4149
Densidad 0.584
n 0.65
Fll 0.81
Vfi(kV) 491

11. AISLAMIENTO NECESARIO POR SOBRETENSIONES ATMOSFÉRICAS

Está dada por la siguiente expresión:
LIWL (Fuente Endesa)
Vi 
(1  N   )  
Donde:
LIWL(*) : Nivel Básico de Aislamiento.
N : Número de desviaciones estándar alrededor de la media
 : Desviación estándar

 : Densidad relativa del aire

En el cuadro siguiente se presenta en resumen los parámetros y resultados del
cálculo:

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Cuadro Nº: 11 Cálculo de la Sobretensiones Atmosféricas

Descripción Característica

Vn 231 kV
LIWL(kV) 1050
N 1.3
delta 2%
Altitud(msnm) 4149
Temperatura (°C) 30
densidad 0.584
Vi(Kv) 1735
Nota: El LIWL indicado, corresponde al máximo normalizado indicado según norma IEC 60071-1, para este nivel de tensión (245
kV – 1050 kVBIL); al cual se le aplica los factores de corrección indicados.

12. SELECCIÓN DE LOS AISLADORES

Con las formulas descritas en los ítem 10 y 11, se calculado la cantidad de aisladores
que conforman la cadena para 220kV de nivel de tensión:

Cuadro Nº: 12 Cantidad Aisladores por Cadena - 220kV

SELECCIÓN DE CADENA DE AISLADORES
AISLADOR DE VIDRIO

Característica Suspensión Anclaje

Aislamiento Unid. Calculado 22*U120BP 22*U120BP
Lf mm 7006 9790 9790
Vfi kV 491 610 610
Vi kV 1735 1810 1810

Donde
Lf: Longitud de Fuga
Vfi: Sobretensiones a Frecuencia Industrial
Vi: Sobretensiones Atmosféricas.

Para el nivel de contaminación de la zona, la cantidad de aisladores que conformaran

la cadena para el nivel de tensión de 220kV es 22 (ver los cuadros N°8 y 12); Siendo
la longitud final de la cadena: 146x22=3212mm.

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13. A N E X O S
13.1 Selección de la cadena de aisladores

Ampliación SE Cotaruse 220 kV

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