Análisis de la influencia de la contaminación y la altitud en el cálculo de la distancia de fuga de aisladores

Abstract

En el presente trabajo de título se estudió el desempeño de un aislador bajo distintos niveles de contaminación tipo A y a distintas altitudes de operación. Para el desarrollo del estudio se dibujó un prototipo de aislador de vidrio con las características del aislador de referencia clase U120B, este fue utilizado para realizar las simulaciones con las condiciones de interés. El programa elegido para ejecutar estas simulaciones fue el software comercial “COMSOL Multiphysics”, el cual es utilizado para dar solución al problema electrostático y de capa conductiva por medio del método de elementos finitos. La contaminación fue representada como una delgada capa conductiva e ingresada como condición de borde del modelo por todo el camino de fuga del aislador. La conductividad de la capa (σ) se varió dentro del rango de 0,004 a 0,4 [𝑆/𝑚] y los espesores (𝑒) entre 20 a 40 [μ𝑚], la elección y combinación de estos parámetros es determinado por el nivel de severidad de contaminación del sitio (SPS). Para representar el efecto de la disminución de la rigidez dieléctrica en la frontera aire-aislante por la disminución de la presión atmosférica producto del aumento de altitud, fueron utilizados factores sugeridos por la norma IEC 60071-2 y CIGRE 361-1 y aplicados sobre la tensión de operación, distancia de fuga y distancia de paso del aislador seleccionado. Para determinar el desempeño eléctrico del aislador se analizó la distribución de potencial y el campo eléctrico tangencial en la superficie. Los resultados dejaron una evidente dependencia del aumento de la intensidad de campo eléctrico tangencial con el aumento de la conductividad de la capa de contaminación, superando en un 52,6% para la conductividad de 0,4 [𝑆/𝑚] respecto al valor mínimo. Mientras que el aumento del espesor no significó grandes variaciones para la distribución de potencial ni campo eléctrico tangencial, obteniéndose menos del 2% de diferencia entre sus valores máximos. El aumento de las distancias de fuga y de paso necesarias para todas las altitudes estudiadas mostraron una mejoría en el rendimiento respecto a los resultados sin corregir, sin embargo, las distancias obtenidas deben ser revisadas y comparadas con las distancias calculadas para la corrección con los efectos de la contaminación, ya que estas representan un sobredimensionamiento mayor respecto a las distancias corregidas por altitud.