Impacto de la Altitud de Instalación sobre el Aislamiento Dieléctrico de los Transformadores de Medida

Artículo Gentileza Ing. André Fernando da Silva, Sales Specialist Alstom Grid Brasil (Fábrica Itajubá – MG) y Christian Leiva, Service LAM Technical Competency and Resource Manager, Alstom Grid Chile.

El objetivo de este documento técnico es aclarar el impacto de la altitud de una instalación sobre el aislamiento dieléctrico de los transformadores de medida. Las normas IEC 61869-1, 61869-2, 61869-3 e 61869-5, respectivamente, son aplicables a transformadores de medida, transformadores de corriente (TC), transformadores de potencial (TP) y transformadores de potencial capacitivo (TPC), y determinan los criterios que deben ser respetados por el proyecto de acuerdo a la altitud de la instalación y operación de estos transformadores.

La presión atmosférica es la presión que ejerce el aire sobre la tierra, la cual disminuye con la elevación de altitud. De acuerdo con los meteorólogos, es posible considerar que la presión disminuye 1 [hPa] (ó 1 [mbar]) por cada 8 metros de variación de altitud. Entonces, con relación a la capacidad de soporte dieléctrico del aire, esta disminuye según la variación de la altitud (presión atmosférica) en relación al nivel del mar y, consecuentemente, al aislamiento de los transformadores de medidas. Por lo tanto, podemos decir que: ? El aislamiento externo es dependiente de las condiciones atmosféricas locales del lugar de instalación. A mayor altitud el aire será menos denso (es decir, hay una menor cantidad de moléculas por unidad de volumen) y, por lo tanto, menos aislante. ? El aislamiento interno no es afectado por la altitud de instalación. Está constituido de papel dieléctrico y aceite, sin contacto con el medioambiente (hermético). Por otra parte, es importante resaltar que las tensiones operativas nominales dependen solamente de las características eléctricas propias del sistema eléctrico y estas no son afectadas por la altitud en la cual se encuentra la instalación. Las normas aplicables a los transformadores de medida determinan que el efecto de la altitud del local de la instalación sea compensado haciendo la multiplicación de las tensiones de referencia del sistema eléctrico (tensión soportable a frecuencia industrial, impulso atmosférico tipo rayo y tensión soportable a impulso de maniobra) por un factor k, las cuales sirven de referencia y como criterio de proyecto para la determinación de la distancia mínima de arco o línea directa (ver recuadro). El factor k es calculado por la siguiente fórmula: Del punto de vista técnico, la aplicación del factor k sobre las tensiones nominales del sistema eléctrico determina que un proyecto de equipos se adapte a las condiciones locales del lugar de instalación, en cuanto al aislamiento externo; sin la necesidad técnica de cambio del proyecto de aislamiento interno. Ensayos de verificación De acuerdo a las normas aplicables, solamente el aislamiento externo debe ser adaptado para soportar la operación en altitudes superiores a 1.000 m.s.n.m. En estos casos, existirá una dificultad para comprobar -a través de ensayos dieléctricos- la eficacia del criterio del proyecto; debido a que solo sería posible comprobar la capacidad dieléctrica externa e interna del transformador, si el laboratorio de pruebas alta tensión se encontrase ubicado a la misma altitud de instalación de los equipos, lo cual normalmente no ocurre. Por otra parte, es importante considerar que el aislamiento dieléctrico depende de la tecnología utilizada en la fabricación del transformador de medida en su conjunto (aislador, parte activa, tanque, etc.), mientras que las pruebas (mejorados por el factor “k”), no pueden ser realizadas en componentes individuales, pues existirá un aislamiento dieléctrico insuficiente. Conclusión • La aplicación del factor “k” sobre las tensiones de operación nominales de un sistema eléctrico, conforme las normas IEC aplicables a los TC, TP y TPC, tiene como objetivo ser una referencia de proyecto, de modo que el aislamiento externo (distancia de arco) sea mejorado correctamente para compensar los efectos de la reducción de la capacidad dieléctrica del aire, ocasionada por el aumento de la altitud geográfica. • Las tensiones de operación del sistema eléctrico no deben ser corregidas en las especificaciones del cliente por el factor “k”, ya que esto ocasionará innecesariamente un cambio del aislamiento interno de los equipos, produciendo un aumento injustificado en los costos. • Las especificaciones técnicas deben contener solamente las tensiones nominales de operación, sin ser multiplicadas por los factores “k”, y la altitud de instalación para la cual los transformadores serán proyectados. • Los ensayos dieléctricos, cuando son realizados en la fábrica, y estando ésta ubicada por debajo de los 1000 m.s.n.m, deben ser desarrollados necesariamente en conformidad con las tensiones de operación nominales del sistema eléctrico, sin ser corregidos por el factor “k”, una vez que las mismas no varían con la altitud de instalación de los equipos. Fig. 1. Fig. 2. Distancia de Arco: Se define como la distancia más corta en aire al exterior del aislador entre las partes metálicas que normalmente tienen una tensión operativa entre ellas. (Fig. 1). Distancia de fuga: Se define como la distancia más corta a lo largo de la superficie de un aislador entre dos piezas conductoras. (Fig. 2). El factor k es calculado por la siguiente fórmula: