Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica
IE – 0502 Proyecto Eléctrico
ANALISIS COSTO BENEFICIO DEL MANTENIMIENTO DE AISLADORES PARA MEDIA TENSIÓN
Por: NATALIA BONILLA QUIRÓS
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Diciembre del 2008
ANÁLISIS COSTO BENEFICIO DEL MANTENIMIENTO DE AISLADORES PARA MEDIA TENSIÓN Por: NATALIA BONILLA QUIRÓS
Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal:
___________________________ ______ _________________________________ Ing. Roy Guzmán Ramírez Profesor Guía
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___________________________ ______ _________________________________ Ing. Allan Pizarro Retana Profesor lector
__________________________ _______ _________________________________ Ing. Geovanny Arce Murillo Profesor lector
ÍNDICE GENERAL ÍNDICE GENERAL....................................... GENERAL.................................................................... ......................................... .................III .....III ÍNDICE DE FIGURAS................................................................................VI ÍNDICE DE TABLAS......................................... TABLAS.................................................................................VII ........................................VII NOMENCLATURA..................................................................................VIII RESUMEN....................................................................................................IX 1 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN ................................................. ............................................................. ............ 1 1.1 Objetivos .................................................... ............................................................................................... ................................................... ............... .............. ............ ..... 3 Objetivo General...................................................................................................................3 Objetivos Específicos.............................................................................................................3
2 CAPÍTULO 2: DESARROLLO DESARROLLO TEÓRICO TEÓRICO ....................... ................................... ..................... ......... 5 2.1 Aspectos relacionados con las redes de distribución eléctrica............... ....................... ............... ............. ...... 5 Componentes de la red de distribución eléctrica................................................................5 Línea primaria de media tensión o distribución................................................................8 Línea secundaria...................................................................................................................8 2.2 Contaminación en Aisladores.................................................. ..................................... .........................................9 Materiales empleados en aisladores...................................................................................10
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2.2.1.1 Aisladores de Porcelana................................................ .......................... ................................. ............... ........... ...10 10 2.2.1.2 Aisladores de vidrio................................................ .......................... ................................. ............... ............... ...........11 11
Tipos de aisladores..............................................................................................................11 2.2.1.3 Aislador de suspensión de caperuza y vástago..................................................... .......................................................... .....11 11 2.2.1.4 Aislador polimérico o no cerámico .................................................. ............. .................... ............ .....11 11 2.2.1.5 Aislador tipo poste.................................................. .......................... ................................. ............... ............... ...........12 12 2.2.1.6 Aislador de soporte ................................................... ................................................. .................................................13 13
Fenómenos de flameo en aisladores contaminados..........................................................13 Tipos de contaminación......................................................................................................15 2.2.1.7 Contaminación Rural....................................................... ................................................................................................. ..........................................15 15 2.2.1.8 Contaminación Marina ........................................................ ..................................................................................... ..................................... ..........16 2.2.1.9 Contaminación Industrial ........................................................ ............................................................................. ............................ ............. ......16 16
3 CAPÍTULO 3: LIMPIEZA DE AISLADORES Y MANTENIMIENTO POSTERIOR ........................................................ ..................................................................................... ........................................ ............. 18 3.1 Limpieza de aisladores aisladores (Norma IEEE STD STD 957-1995)..................... ............................ ............... ............... ...........18 18 Corriente de Fuga................................................................................................................18 3.1.1.1 Distancia de Funcionamiento Funciona miento................................................ ......................... ................................ ........... ....19 19 3.1.1.2 Resistividad del Agua ...................................................... ................................................................................................ ..........................................19 19 3.1.1.3 Presión del Agua................................................... .............................. ...................................... ............... .............. .......20 20 3.1.1.4 Orificio de la Boquilla................................................ ......................................... ............................................... ......20 20
*Tomado del Boletín Técnico Gamma Corona #53 de 2008...........................................20
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Intervalo de Lavado............................................................................................................20 3.2 Mantenimiento después de la limpieza........................................................................21 Recubrimiento de Grasa con Silicona...............................................................................21 Recubrimiento Siliconado RTV.........................................................................................22 3.2.1.1 Aplicación del Recubrimiento ...................................................................................23 3.2.1.2 Equipo Utilizado.......................................................................................................24 3.2.1.3 Lugares en los que se ha aplicado el recubrimiento Midsun 570 HVIC ...................25
4 CAPÍTULO 4: PRACTICAS UTILIZADAS EN LA CNFL..................27 4.1 Suspensión de Servicios................................................................................................29 4.2 Lavado y recubrimiento de aisladores............................................ ............................30 4.3 Plan de Ejecución..........................................................................................................40 Lavado de Aisladores..........................................................................................................40 Recubrimiento de Aisladores.............................................................................................42 En las fotos que se muestran a continuación se detallan algunos de los puntos en los cuales se instalaron los aisladores que fueron recubiertos y a los que se les dio el seguimiento respectivo........................................................................................................43 Costos Totales......................................................................................................................45
5 CAPÍTULO 5: ANÁLISIS DE RESULTADOS .......................................47 6 CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.............50 6.1 Conclusiones..................................................................................................................50
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6.2 Recomendaciones............................................... ...........................................................51
BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................52 APENDICES..................................................................................................54 ANEXOS........................................................................................................64
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Poste con línea secundaria……………………………………...……………..9 Figura 2.2 Aislador tipo poste.…………..……………………………………………….13 Figura 2.3 Aisladores contaminados……………………………………………………..16 Figura 3.1 Aislador con recubrimiento RTV……………………………………………23 Figura 3.2 Aislador con recubrimiento Midsun 570 HVIC en Playa Coyote…………26 Figura 3.3 Equipo aislante recubierto en Planta Vicesa, Cartago……………………..27 Figura 3.4 Aisladores recubiertos en Holcim, Cartago…………………………………28
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Figura 3.5 Equipo aislante recubierto en Subestación 1, Puerto Limón………………28 Figura 4.1 Trabajadores de la CNFL en un mantenimiento preventivo………………31 Figura 4.2 Circuito Este – Concepción.………………………………………………….35 Figura 4.3 Circuito San Miguel – Llorente………………………………………...……36 Figura 4.4 Circuito Sabanilla – Purral…………………………………………………..37 Figura 4.5 Circuito San Miguel – Llorente……………………………………………...38 Figura 4.6 Circuito Colima – Piuses……………………………………………………..39 Figura 4.7 Circuito Sabanilla – San Rafael……………………………………………..40 Figura 4.8 Circuito Desamparados – Patarrá…………………………………………..41 Figura 4.9 Cronograma de Limpieza de aisladores…………………………………….42 Figura 4.10 Trabajadores de la CNFL realizando lavado a aisladores contaminados.43 Figura 4.11 Aisladores con recubrimiento en Tirrases de Curridabat………………..45 Figura 4.12 Aislador contaminado ubicado en Las Nubes de Coronado…...…………46
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Característica de aisladores tipo poste………………….……...……………12 Tabla 2.2 Características mecánicas de aisladores tipo poste de 34.5kV.…………….12 Tabla 2.3 Valores de aisladores tipo poste Lapp (porcelana)…...……………………..15 Tabla 3.1 Parámetros para el lavado de equipo energizado…....……………………...19 Tabla 3.2 Distancia de lavado para boquilla 5.95mm……..……………………………20 Tabla 4.1 Circuitos afectados por contaminación…..…………………………………..34 Tabla 4.2 Plan de aplicación de recubrimiento siliconado a aisladores……………….44
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Tabla 4.3 Costos de mantenimiento preventivo…………………………………………48 Tabla 4.4 Costos de aplicación de recubrimiento siliconado…………………………...49 Tabla 5.1 Comparación entre dos métodos de mantenimiento de aisladores…………51
NOMENCLATURA AyA
Acueductos y Alcantarillados
CNFL
Compañía Nacional de Fuerza y Luz
DPIR
Duración Promedio de Interrupciones
DPS
Disponibilidad Promedio del Servicio
FPI
Frecuencia Promedio de Interrupciones
ICE
Instituto Costarricense de Electricidad
PCB
Policloruro de Befenilo
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RTV
Room Temperature Vulcanization
SMOE
Sección de Mantenimiento de Obras Eléctricas
RESUMEN El proyecto que se presenta tuvo como meta fundamental el estudio del tipo costo beneficio de las opciones de mantenimiento a aplicar en los aisladores tipo poste de porcelana de la red de distribución eléctrica de la Compañía Nacional de Fuerza y Luz. Para poder llevarlo a cabo, se investigó acerca de los aspectos más importantes relacionados con este tipo de proceso, entre los cuales está la norma IEEE STD 957-1995 sobre la limpieza y mantenimiento de aisladores.
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El alcance de este estudio llegó hasta la entrega de un informe en el que se recomienda la utilización del recubrimiento siliconado, luego del análisis previo de la zona, acatando ciertas restricciones como el clima y por consiguiente el tipo de contaminación que se encuentre, pues en ambientes donde haya demasiada humedad el fabricante no recomienda su uso. Como conclusión principal, al ser un estudio costo – beneficio se menciona que la renovación a tiempo resulta más económica que la realización continua de acciones de mantenimiento que deben ocurrir durante la vida útil del aislador.
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1 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN La Compañía Nacional de Fuerza y Luz, S.A. (CNFL) es una empresa pública distribuidora de electricidad en Costa Rica, regulada por el estado en materia de prestación de servicios eléctricos, sus redes cubren 903 Km2 de la gran área metropolitana. El negocio en la distribución y comercialización de la energía se basa en mantener el sistema dentro de ciertos parámetros de calidad, continuidad, confiabilidad y operatividad. Dentro de los problemas típicos que afectan la red de distribución podemos mencionar: ramas, postes quebrados, contaminación, vandalismo, condiciones climáticas, entre muchas otras. Esto la obliga a desarrollar programas de mejoramiento y expansión que aseguren la continuidad del servicio eléctrico ante las cada vez más variadas críticas y condiciones de operación que exige la compleja red de distribución eléctrica que tiene la Compañía Nacional de Fuerza y Luz. El presente trabajo de investigación muestra el estudio del tipo costo-beneficio realizado a los aisladores de media tensión de la CNFL; el cual se realizó mediante el seguimiento de una serie de pasos entre los cuales está el estudio de las prácticas habituales utilizadas en la CNFL, S.A., el establecimiento de diferentes opciones tecnológicas de mantenimiento para los aisladores de porcelana, la implementación de un plan piloto de ejecución de las diferentes opciones viables y el establecimiento de los costos totales que se propiciaron al ejecutar las diferentes opciones de mantenimiento. La contaminación en aisladores eléctricos provocada por ambientes salinos e industriales, hollín, polvo de carreteras, excremento de pájaros, etc., causa que el material
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del aislador pierda su característica de hidrofobicidad, lo que induce a escapes de corriente que se traducen en flameo o en casos extremos en apagones, causando esto serios problemas tanto técnicos como económicos. Dichos efectos son provocados por una degradación de los aisladores, la cual, según ha sido demostrado en estudios realizados en laboratorio, se debe a descargas que estos deben soportar las cuales causan una especie de calentamiento local en el material y este a su vez erosión de la superficie provocando así que el aislador sufra deterioro el cual va a depender de la intensidad de la descarga. Estas descargas son debidas a una especie de estrés eléctrico que se localiza en unas películas formadas por las partículas de los contaminantes que se adhieren a la pared del aislador. Los recubrimientos similares a la grasa como el Midsun 570, se han utilizado con éxito como recubrimientos protectores para los aisladores de porcelana y vidrio en el mantenimiento eléctrico en los últimos 25 años. La experiencia del servicio con recubrimiento de silicona ha demostrado que cuando mantienen su repelencia al agua, brindan protección del aislador descontinuando la capa de agua. No obstante, la exposición prolongada a las chispas, la radiación ultravioleta, la erosión del agua o a la contaminación particular reducirá la repelencia al agua de la grasa. Cuando la grasa pierde la repelencia al agua, las corrientes de fuga y las descargas de banda seca pueden resultar en la descomposición de la grasa, formando un canal deprimido en el recubrimiento. Otro tipo de solución existente mucho más efectiva es el recubrimiento siliconado del tipo RTV (Room Temperature Vulcanization), el cual se adhiere a la superficie del aislador tanto de porcelana como de vidrio y hasta polimérico, de tal manera que forma una
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capa de silicón la cual tiene una gran capacidad de hidrofobicidad, con lo que se evita que los contaminantes se adhieran a la superficie. A partir del esbozo problemático desarrollado se puede afirmar que para evitar la contaminación en aisladores eléctricos en las líneas de distribución de energía eléctrica es necesario desarrollar sistemas que reduzcan o eliminen el problema de interrupción de servicio eléctrico por la pérdida característica de hidrofobicidad de los mismos. La cuestión será: ¿Es el recubrimiento siliconado del tipo RTV una herramienta que permita dar más fortaleza al sistema de distribución aérea?
1.1 Objetivos Objetivo General •
Realizar un estudio costo-beneficio de las opciones de mantenimiento a aplicar a los aisladores tipo poste de porcelana de la red de distribución de la CNFL, S.A.
Objetivos Específicos •
Identificar las condiciones por las cuales se debe dar mantenimiento a los aisladores y el modo correcto de hacerlo según la norma IEEE STD 957-1995.
•
Estudiar las prácticas habituales utilizadas en la CNFL, S.A.
•
Establecer las diferentes opciones tecnológicas de mantenimiento para los aisladores de porcelana y determinar la viabilidad técnica de aplicar las mismas en la CNFL, S.A.
•
Implementar un plan piloto de ejecución de las diferentes opciones viables.
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•
Establecer los costos totales de ejecutar las diferentes opciones de mantenimiento de los aisladores tipo poste de porcelana.
•
Realizar un estudio comparativo del tipo costo-beneficio entre las opciones viables para dar mantenimiento a los aisladores y de acuerdo a los resultados obtenidos recomendar el método más conveniente para llevar a cabo.
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2 CAPÍTULO 2: DESARROLLO TEÓRICO 2.1 Aspectos relacionados con las redes de distribución eléctrica En 1882, con la instalación de las primeras lámparas de filamento de carbón en New York, Edison da inicio a los sistemas de energía eléctricos; estos sistemas eran de dos hilos, a potencial constante mediante el uso de corriente continua a baja tensión. Este tipo de sistemas se vieron limitados por varias razones, la principal fue que la distancia a que se podía transmitir con una regulación de voltaje aceptable era limitada por la caída de tensión en la línea. Los sistemas de corriente alterna se hicieron posibles con el invento del transformador por Goulard y Gibbs en 1883, haciendo posible la elevación eficiente y económica de la tensión, desplazando al de corriente continua y permitiendo la transmisión de grandes cantidades de energía eléctrica a grandes distancias. Componentes de la red de distribución eléctrica Se le llama red de distribución al conjunto de postes de concreto, postes de hierro, conductores eléctricos tanto primarios como secundarios, transformadores, etc. Un montaje es un conjunto de materiales (aisladores y postes de metal y/o madera) que cumplen la función de sustentar las líneas eléctricas de baja y media tensión sobre la estructura de soporte. Algunas partes constituyentes de dichos montajes se enumeran a continuación.
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Postes de hierro galvanizado: se instalan en lugares donde resulta difícil el acceso de la grúa, en lugares de ayuda social (precarios) y en alamedas. Son de fácil transporte y de poco peso.
Anclas: Se instalan cuando uno o varios conductores presentan una variación en la dirección de un poste con respecto al otro. Constituida por uno o varios cables de acero galvanizado que se amarran al poste en su cúspide y finalizan en el suelo, su función consiste en evitar que el poste se quiebre o se desplome hacia el suelo por la acción de la fuerza ejercida tanto por los accesorios como por el cambio en la dirección de los conductores, brindando un apoyo con una fuerza pero en sentido contrario.
Ancla sencilla: se usan tanto en remates de líneas secundarias, con calibres iguales o menores al #3/0 de aluminio, como en remates donde solamente se deba instalar la fase neutra, también cuando exista un cambio de dirección de las líneas de un poste a otro.
Ancla doble: empleada en postes donde rematan las líneas primarias (monofásicas, bifásicas o trifásicas) y secundarias con conductor igual o menor al #3/0AL.
Ancla doble pesada: utilizada únicamente cuando el calibre de los conductores es mayor al #3/0AL. Entre estos están #266.8 AL, #336.4 AL, #477.0 AL.
Ancla de acera sencilla: se usa exclusivamente en aceras o en lugares en donde el espacio para colocarla es muy reducido y no pueden colocarse dentro de la propiedad.
Ancla acera doble: se emplea en las mismas circunstancias que la anterior pero tienen un cable más de soporte.
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Tierra convencional: es un tipo de protección dirigida a tierra, la cual consta de una varilla de cobre enterrada bajo el suelo y conectada al neutro mediante un conductor de bajo calibre, se utiliza en los puntos donde se remata el neutro secundario, aberturas secundarias y en extensiones en donde solamente se requieran líneas y neutro cada tres postes.
Tierra convencional (malla de tierra): consta de tres varillas de cobre enterradas bajo el suelo. Se colocan en los sitios donde se instala transformador, protecciones como pararrayos y cortacircuitos y en bóvedas de transformadores.
Transformador: es una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir el voltaje en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal es igual a la que se obtiene a la salida.
Pararrayos: es otro tipo de protección empleada siempre donde se instale un transformador, su función es disipar el sobre voltaje que se produzca por la caída de un rayo.
Cortacircuitos: se usa para evitar que un sobre voltaje pueda ingresar al transformador y lo dañe o produzca algún sobre calentamiento en las líneas y las funda. Cuando se quiere hacer alguna derivación de un circuito principal, donde inicia esta se debe colocar un cortacircuito por cada fase que se vaya a extender.
Luminarias: las más empleadas por la CNFL son las tipo cobra ya que presentan mayor eficiencia en niveles de luminosidad.
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Cuchilla seccionalizadora de línea: se instalan en lugares donde se requiere enlazar un circuito con otro. Según sea la necesidad, se colocan normalmente abiertas o cerradas cuando se quiere tener un respaldo de otro circuito, por algún daño en la red o por alguna falla en la subestación.
Conductor: material que permite el paso de una corriente eléctrica a través de él, con un mínimo de pérdidas. Línea primaria de media tensión o distribución Es la encargada de transportar las tensiones medias desde una subestación reductora hasta los transformadores de distribución (convencionales, secos, de pedestal o sumergibles). Línea secundaria Los conductores de media tensión siempre van acompañados de un conductor eléctrico llamado neutro. El secundario se distingue por tener uno o dos conductores eléctricos (fases), los cuales siempre se colocan por debajo del neutro. Estas fases están conectadas a un transformador de distribución y permiten distribuir la tensión a través de ellos y poder llevarlo hasta las acometidas. En ocasiones, se utiliza un conductor más llamado “fase C”, el cual es utilizado para suministrar servicio de 3 líneas a baja tensión.
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Figura 2.1 Poste con línea secundaria.
2.2 Contaminación en Aisladores Los conductores empleados en las líneas aéreas, en la mayor parte de los casos, son desnudos, por lo que se necesita separarlos de los soportes por medio de aisladores, fabricados generalmente de vidrio o porcelana.
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Un aislador debe cumplir con varias funciones tanto eléctricas como mecánicas. La función mecánica es principalmente sostener a los conductores eléctricos, así como resistir a los esfuerzos que se originan por las cargas mecánicas por el viento, los cambios bruscos de temperatura, peso, tensión, etc. Como función eléctrica proporcionar el aislamiento eléctrico en forma permanente, y aún en condiciones severas de contaminación según el tipo de aislador, desde el conductor a cualquier punto conectado a tierra, resistir sobre tensiones por descargas atmosféricas y sobre tensiones debidas a la operación de la red eléctrica. Además debe permitir realizar las operaciones de mantenimiento tanto en la línea energizada como desenergizada. Por lo anterior, se afirma que los aisladores son de todos los elementos de la línea, aquellos en los que se pondrá el máximo cuidado, tanto en su elección como en su control de recepción, colocación y vigilancia, pues al ser frágiles por naturaleza se ven sometidos a esfuerzos combinados, eléctricos, mecánicos y térmicos que colaboran en su destrucción. Materiales empleados en aisladores
2.2.1.1 Aisladores de Porcelana Su estructura debe ser homogénea y para dificultar las adherencias de la humedad y polvo, la superficie exterior está recubierta por una capa de esmalte. Se fabrican con caolín y cuarzo.
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2.2.1.2 Aisladores de vidrio Fabricados por una mezcla de arena silícea y arena calcárea. El material es más barato que la porcelana, pero tienen un coeficiente de dilatación muy alto, que limita su aplicación en lugares con cambios grandes de temperatura; la resistencia al choque es menor que en la porcelana; sin embargo tienen la ventaja de que al poseer transparencia se facilita el control visual. Tipos de aisladores
2.2.1.3 Aislador de suspensión de caperuza y vástago Es un aislador de enlace que está sometido principalmente a esfuerzos de tensión. Está conformado por una caperuza y un vástago de acero galvanizado, unidos a los extremos de un disco de material aislante, ya sea vidrio templado o porcelana.
2.2.1.4 Aislador polimérico o no cerámico Este aislador puede realizar tareas de suspensión, así como de brazos direccionales de conductores. Se diferencia de los demás por la composición química del material aislante utilizado, ya que se hace basado en materiales sintéticos como elastómeros, resinas o fluorocarbonos. Generalmente tienen una carga de sólidos para mejorar la resistencia a descargas eléctricas superficiales. También se les conoce como aisladores compuestos.
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2.2.1.5 Aislador tipo poste Este tipo de aislador hace la función de brazo direccional, pues está constituido por uno o más ensambles de porcelana en forma de poste. La longitud y número de ensambles de este tipo de aislador está en función del nivel de voltaje que operará. A continuación se muestran dos tablas en las que se presentan las características eléctricas y mecánicas de este tipo de aislador.
Tabla 2.1 Características eléctricas de los aisladores tipo poste para 34.5 kV Características Eléctricas Tensión nominal del sistema Seco Tensión de 60 Hz. Húmedo Flameo Al impulso de onda Positivo completa 1.2 x 50 µs Negativo Radio
Tensión de Prueba a 60 Hz Tensión a 1000 kHz
Interferencia Mínima de Fuga Distancia de Flameo en Seco
34.5 125 100 210 260
Unidad kV kV kV kV kV
30 200
kV µV
737 311
mm mm
Tabla 2.2 Características mecánicas de los aisladores tipo poste para 34.5kV Propiedades Mecánicas y Físicas Resistencia Mecánica al Cantiliver 12.5 Peso Neto por Pieza 12.7 Empaque Normal en Reja de 2
Unidad kN kg Pzas.
Madera
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Figura 2.2 Aislador tipo poste. 2.2.1.6 Aislador de soporte Se utiliza en las subestaciones de transmisión y distribución, realizando tareas de soporte y alojamiento de equipo. Los tipos más comunes son: poste pedestal, poste con corazón sólido, poste multi-cono y poste tipo alojamiento. Fenómenos de flameo en aisladores contaminados El flameo en los aisladores por causa de la contaminación es un fenómeno que se presenta en varias etapas, las cuales se pueden resumir en los siguientes pasos. 1. Formación de capa contaminante: para que esta se produzca se necesita que varios factores actúen, entre ellos están el tamaño de las partículas contaminantes; la superficie del aislador, pues se ha encontrado que la cantidad de partículas que se depositan sobre este varía en forma lineal con la rugosidad que presente; los
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factores meteorológicos como la velocidad del viento, la temperatura, la presión y la precipitación pluvial también influyen notablemente. 2. Proceso de humectación: esta se presenta por migración de humedad en la capa contaminante. Cuando el aislador está seco, la distribución de voltaje es esencialmente la misma que para un aislador limpio, pero a medida que el proceso de humectación progresa, la resistencia superficial se ve afectada, debido a que la parte soluble del contaminante depositado se convierte en un electrolito, lo que da inicio a un flujo de iones conocidos como corriente de fuga. 3. Circulación de la corriente de fuga: en condiciones de humedad, la circulación de la corriente de fuga genera una disipación de energía por efecto joule, ocasionando la evaporación de la humedad contenida en la capa de contaminante. La densidad de corriente no es uniforme, pues esta es mayor en las zonas donde la capa de contaminante tiene un espesor menor y en las partes más estrechas del aislador. En estas zonas se forman bandas secas, que tienen una alta resistencia eléctrica y al estar rodeadas de zonas conductoras se comportan como pequeños capacitores que concentran en sus extremos el voltaje total. 4. Descargas eléctricas superficiales: el voltaje aplicado en las terminales del aislador se concentra en las bandas secas causando gradientes eléctricos altos, que rompen la rigidez eléctrica del aire, provocando descargas superficiales entre los extremos de las bandas secas.
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5. Flameo: El incremento de regiones conductivas, permite la falla por flameo, debido a que se reduce la resistencia superficial y se incrementa la corriente de fuga. A continuación se muestra una tabla con los valores de flameo correspondientes a tres modelos diferentes de aisladores.
Tabla 2.3 Valores de aisladores tipo poste de porcelana (marca Lapp) Modelo ( KV) 22 29 40
Flameo + 180 210 255
Flameo -
Dist. De
Dist. De
Flameo
Flameo
205 260 340
fuga 14 (355,6) 22 (558,8) 29 (736,6)
Arco 229 (9,5) 331 (12,25) 368 (14,5)
Seco 110 125 150
Húmedo 85 100 125
Tipos de contaminación El tipo de contaminación está directamente ligado a la zona en la que se realice una medición de contaminación, entre los tipos más importantes podemos nombrar los siguientes.
2.2.1.7 Contaminación Rural Generada por las diversas variables meteorológicas existentes, como el viento, la temperatura, la presión barométrica, etc., es una de las menos agresivas pues presenta niveles de contaminación y crecimiento bajos.
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Figura 2.3 Aisladores contaminados. 2.2.1.8 Contaminación Marina Se encuentra en las costas con un nivel contaminante entre medio y alto, con ciertos casos considerados como críticos.
2.2.1.9 Contaminación Industrial Producida por la emisión de desechos industriales a la atmósfera principalmente a través de las chimeneas. Su nivel de contaminación varía dependiendo de la actividad de la zona. Si esta es constante, los desechos arrojados sobre las líneas eléctricas ocasionan altos niveles de contaminación en períodos cortos de tiempo. Existen casos en que los desechos
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se adhieren fuertemente a la superficie del aislador, provocando deterioro y deficiencia en el desempeño eléctrico, lo que trae como consecuencia el flameo.
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3 CAPÍTULO
3:
LIMPIEZA
DE
AISLADORES
Y
MANTENIMIENTO POSTERIOR 3.1 Limpieza de aisladores (Norma IEEE STD 957-1995) Los aisladores de distribución conllevan diferentes preocupaciones a las de los aisladores de línea de transmisión, debido al voltaje inferior involucrado y a las distancias de seguridad respectivas del armazón del poste. La correcta limpieza de los aisladores eléctricos de media tensión se debe llevar a cabo siguiendo una serie de pasos para que el proceso se pueda llevar a cabo de forma correcta, así como ciertas consideraciones técnicas. Corriente de Fuga Es la corriente que fluye a través de elementos normalmente no conductores, por ejemplo las mangueras. Se considera que para un hombre promedio el valor seguro de corriente de separación está alrededor de 8mA y 9mA. Un valor aproximado de 1mA, una persona lo detecta como una sensación de hormigueo suave y se puede definir como la corriente umbral de percepción. Cuando la conexión a tierra de la boquilla está adecuadamente conectada, no debería fluir corriente de fuga alguna a través del cuerpo de una persona, durante el lavado. Aún así se debe prever la posibilidad de que se pierda dicha conexión, por lo cual se debe limitar la corriente de fuga a 2mA. Aparte se debe buscar la manera de que los pies y manos del operador se encuentren al mismo potencial eléctrico.
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Existen varios parámetros que influyen en la corriente de fuga que se produce en el flujo de agua, las cuales se listan a continuación y a su vez se ilustran en la tabla 1.
Tabla 3.1 Parámetros para el lavado de equipo energizado Voltaje
Distancia mín.
Resistividad
Presión mínima
Diámetro máximo
De la
entre boquilla y
mínima del
de la boquilla
del orificio
línea (KV)
conductor m pies
agua Ώ cm Ώ pulg
kPA
Lb/pulg 2
mm
pulg
1300 1300
2758 2758
400 400
6.35 4.76
0.25 0.1875
34.5 34.5
2.44 2.44
8 8
512 512
3.1.1.1 Distancia de Funcionamiento Distancia existente entre el conductor y la boquilla, mientras mayor sea esta menor será la efectividad del lavado y la magnitud de la corriente de fuga. En caso de que esta distancia se vea limitada por el tamaño del poste o torre donde se encuentren ubicados los aisladores se puede utilizar agua desmineralizada.
3.1.1.2 Resistividad del Agua Se debe tener conciencia que si ésta es muy baja se puede producir flameo o algún tipo de lesión durante el lavado del aislador. Un valor común es el superior a los 1.400Ωcm, el cual puede obtenerse de los hidrantes de la ciudad; otro tipo de agua es la desmineralizada que cuenta con una resistividad de 50.000Ωcm o superior y se obtiene de plantas de vapor. Hay que tener en cuenta que la resistividad del agua cambia con la temperatura.
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3.1.1.3 Presión del Agua Está relacionada con la distancia de funcionamiento lo que hace que sea fácil de ajustar, por ejemplo, usando una presión inferior con el aumento de la distancia.
3.1.1.4 Orificio de la Boquilla Afecta directamente el tamaño y desempeño que tendrá el flujo de agua. De acuerdo al orificio de boquillas que se elija, existe una distancia de lavado que se debe respetar; como ejemplo se muestra la tabla de distancias de lavado y voltaje de línea para una boquilla de 5.95mm.
Tabla 3.2 Distancia de lavado para una boquilla de 5.95mm Voltaje de línea (kV) Distancia en metros 4 2.13 13 3.05 24 3.66 71-115 4.57 230 4.57 500 6.10 *Tomado del Boletín Técnico Gamma Corona #53 de 2008
Distancia en pies 7 10 12 15 15 20
Intervalo de Lavado Los aisladores se deben lavar antes de que se alcance el límite predeterminado para el grado de contaminación, de manera que no se produzca accidente por flameo durante el lavado de la línea viva. Se recomienda hacer un seguimiento de la acumulación de
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contaminante sobre los aisladores, midiendo la densidad equivalente del depósito de sal, para poder llevar a cabo un plan de limpieza de los mismos.
3.2 Mantenimiento después de la limpieza Actualmente existen en el mercado diferentes opciones que permiten darle un mantenimiento adecuado a los aisladores después de la limpieza. Los dos tipos más utilizados son el recubrimiento siliconado sencillo y el tipo RTV, seguidamente se mencionan sus principales características. Recubrimiento de Grasa con Silicona Cuando se producen arcos de alta intensidad en recubrimientos de silicona relativamente delgados, se originan puntos calientes locales en la superficie del aislador. Si la temperatura aumenta puede llegar a fracturarse la porcelana del mismo. La efectividad del recubrimiento de grasa con silicona depende del grosor apropiado y de la uniformidad. Los requisitos para la protección difieren según la ubicación y el ambiente; es decir, cada instalación puede haber adoptado sus propias prácticas de aplicación para el mantenimiento del aislador. Por ejemplo, los contaminantes no absorbentes, como las partículas metálicas requieren menos fluido que las partículas absorbentes como los fertilizantes, si la intensidad de contaminación es similar. Para que la protección contra la contaminación sea la adecuada durante un periodo largo de tiempo, se requiere un recubrimiento tixotrópico del compuesto de silicona. Los puntos delgados en el recubrimiento de silicona del aislador se saturan más rápidamente con partículas que las áreas más gruesas. Cuando esto sucede, la superficie del
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aislador pierde sus propiedades de repelencia al agua y se puede desarrollar el arco local, lo que hace que el fluido de silicona se descomponga y deje expuesto el relleno de sílice. Para evitar este fenómeno, se debe aplicar un recubrimiento uniforme y se debe verificar periódicamente la repelencia al agua y el desarrollo de puntos de color pálido en los aisladores. No se recomienda la aplicación de compuesto de silicona nuevo sobre un material de silicona contaminado, ya que esto puede resultar desastroso. Recubrimiento Siliconado RTV Los recubrimientos de silicona RTV, están diseñados para reemplazar la grasa de silicona y el lavado con agua y cada vez se utilizan con mayor frecuencia para evitar el flameo. Existen varios tipos, los cuales difieren en su capacidad de evitar el flameo y las corrientes de fuga. Aquellos que llegan a perder su hidrofobicidad tienen una vida muy corta. Una de las consideraciones más importantes de estos recubrimientos, después del desempeño, es la fácil aplicación, lo que hace que el costo de instalación proporcione un ahorro significativo.
22
Figura 3.1 Aislador con recubrimiento RTV. 3.2.1.1 Aplicación del Recubrimiento Entre las consideraciones que se deben tener en cuenta al aplicar estos recubrimientos se incluye la formación de la película, el tiempo máximo de utilización, la preparación de la superficie y del material. Al preparar la superficie se debe tener en cuenta que esta se encuentre limpia y libre de aceite, polvo o humedad. Generalmente el procedimiento a seguir es lavar con agua a presión alta seguida de un lavado manual con alcohol isopropílico. Cuando hay aisladores contaminados con material similar al cemento se les debe dar un tratamiento con un limpiador abrasivo seco como la tuza de maíz triturada o las cáscaras de de nuez mezcladas
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con polvo de cal. Los aisladores engrasados son muy difíciles de limpiar; una vez eliminado la mayor parte de la grasa con un limpiador abrasivo seco, la superficie se debe limpiar manualmente con un solvente como la nafta, para eliminar la capa residual de grasa. La formación de la película se ve afectada por la viscosidad del material, las características de fluidez y el acabado de la superficie del substrato. Debido a que estos recubrimientos se aplican normalmente a porcelana esmaltada, la fluidez es la propiedad más importante del material. El tipo de solvente controla el tiempo que toma la cura del material. La experiencia ha demostrado que los sistemas de recubrimiento que usan tricloroetano como solvente curan un 30% más rápido que los sistemas de recubrimiento con base en nafta. Un sistema de recubrimiento de curado rápido representa un ahorro significativo en el costo.
3.2.1.2 Equipo Utilizado Los recubrimientos con silicona RTV tienen la facilidad de poder ser aplicados ya sea con brocha o mediante aspersión, el método a utilizar depende del tipo de trabajo que se piense realizar. Para un proyecto que involucre pocos aisladores es más económico utilizar brocha, la cual debe ser del tipo goma de espuma que brinda una superficie más lisa que la brocha con cerda convencional, sin embargo esto provoca la desventaja de que no se aplique tan rápidamente como se desearía. El equipo convencional de aspersión inyecta aire dentro del material antes de que éste abandone el eyector. El grado de deposición generalmente es inferior que los sistemas
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sin aire, pero los eyectores permiten ajuste fácil de los patrones de aspersión y de flujo. Ahora estos recubrimientos al ser aplicados generalmente sobre superficies con formas complejas y buscarse la forma de minimizar la pérdida del material para que el costo no se eleve más de lo planeado, este es el mejor sistema de aplicación para uso general. Actualmente existen eyectores que reducen significativamente la sobre-aspersión; son eyectores de alta presión y volumen bajo, este tipo de equipo es ideal para usar con recubrimientos de silicona RTV. Una vez terminado el proceso de recubrir los aisladores, se debe lavar con solvente todo el equipo que se utilizó, ya sean bombas, mangueras y/o eyectores. Otra especificación que se debe tomar en cuenta es que todos los accesorios para las bombas y eyectores deben ser 100% de acero inoxidable o bronce.
3.2.1.3 Lugares en los que se ha aplicado el recubrimiento Midsun 570 HVIC El recubrimiento Midsun 570 HVIC fue el que se utilizó para realizar el estudio a los aisladores, este ha sido aplicado por la empresa CFS Sistemas Costa Rica desde un tiempo atrás a varios puntos considerados de alta contaminación; a continuación se enumeran algunos.
Noviembre 2003: Aplicación a polo de interruptores de 230kV en Subestación Arenal, ICE.
Febrero 2004: Aplicación a aisladores de un transformador de potencia para recuperar el aislamiento perdido debido a un cortocircuito, Subestación Hatillo, CNFL.
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Mayo 2004: Aplicación a aisladores monofásicos 34.5kV en Playa Coyote, Santa Rita ICE. Esta línea presentaba serios problemas de contaminación salina, lo que provocaba salidas constantes de la red. Su mantenimiento constante por lavado resulta de alto costo, la aplicación del recubrimiento ha significado un gran beneficio no solo para el ICE sino también para sus clientes.
Marzo 2005: Bushings de transformadores en Subestación de 34.5kV de la planta de generación por biogás en Río Azul, BioEnergie-Saret.
Diciembre 2005: Aisladores de Subestación de 34.5kV de planta eólica Movasa, Tilarán.
Enero 2006: Aplicación sobre todos los equipos de aislamiento en subestación de 34.5kV de la Planta Vicesa, Cartago, perteneciente al grupo VICAL. Esta protección contra la contaminación permite disminuir sus costos de mantenimiento así como garantizar mayor continuidad del servicio eléctrico.
Abril 2006: En aisladores de 2 subestaciones de 34.5kV internas en la planta de cemento Holcim, Cartago. Estas subestaciones se encuentran bajo techo y aún así sufren por la contaminación, por esta razón Holcim decidió sustituir el mantenimiento periódico con grasas de silicón por el recubrimiento siliconado Midsun 570, lo que le ha permitido mayores ahorros a través del tiempo.
Agosto 2007: Aplicación en aisladores en subestación 1 en Puerto Limón, Japdeva.
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4 CAPÍT CAPÍTULO ULO 4: PRA PRACTI CTICAS CAS UTILI UTILIZA ZADAS DAS EN LA CNF CNFL L La Compañía Nacional de Fuerza y Luz es uno de los entes encargados en Costa Rica de la distribución y comercialización de la energía eléctrica, esto siguiendo ciertos parámetros de calidad, continuidad, confiabilidad y operatividad. La calidad del servicio eléctrico se ve afectada principalmente por dos factores, la continuidad del servicio y la forma de onda de tensión y corriente. El primer factor es afectado por la frecuencia promedio de interrupciones (FPI), la duración promedio de las interrupciones (DPIR) y la disponibilidad promedio del servicio (DPS). Para poder cumplir con los servicios de manera eficiente, se toma en cuenta todas las causas y problemas que afectan la red de distribución, entre ellos los siguientes: •
Ramas: siembra de árboles bajo o cerca de la línea, lo que conlleva a un control mediante poda y orientación del árbol que este amenazando el servicio.
•
Contaminación: específicamente en los aisladores, causada por industrias, tierra, polvo común, polvo de cemento, musgo, entre otros.
•
Vandalismo: robo de neutro, bajantes de puesta a tierra, cables triples, luminarias, líneas primarias, entre otros.
•
Condiciones climáticas: rayería, tormentas, tornados, lluvias en general, etc.
•
Obsolescencia: fatiga y degradación natural de los materiales y equipos. Por lo expuesto anteriormente, es que la Sección de Mantenimiento de Obras
Eléc Eléctr tric icas as (SMO (SMOE) E) de la CNFL CNFL,, trab trabaj ajaa en la elab elabor orac ació iónn de un plan plan anua anuall de
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mantenimiento, el cual le permite tomar diferentes tipos de acciones, entre ellas las que se mencionan seguidamente: •
Correctivas: Correctivas: conjunto conjunto de operaciones operaciones utilizadas utilizadas para que un sistema con falla o deterioro vuelva a trabajar en condiciones óptimas.
•
Preve Prevent ntiva ivas: s: radic radicaa en el establ estableci ecimi mient entoo de inspe inspecc ccion iones es periód periódic icas as a las las instala instalacion ciones es de forma forma program programada, ada, con el objeti objetivo vo de detect detectar ar deficie deficiencia nciass y corregirlas.
•
Predi Predict ctiva ivas: s: el obje objeto to de esta estass es diagn diagnost ostic icar ar sínto síntoma mass relac relacion ionad ados os con las condiciones de operación del sistema que permite detectar descargas o daños.
Las actividades de mantenimiento general y reparación se componen de etapas, para su correcta ejecución, que forman un archivo técnico donde se reúne toda la información sobre los componentes que conforman la red de distribución, los datos concernientes a la opera operaci ción, ón, un manua manuall teór teórico ico y práct práctic icoo de su funcio funcionam namie ient nto, o, y las áreas áreas crít crítica icass existentes. Periódicamente se realizan inspecciones a los circuitos con el objetivo de programar las las acti activid vidad ades es de mant manteni enimi mient entoo ya sea seann de índole índole preve prevent ntivo ivo o corre correct ctiv ivoo según según corresponda.
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4.1 4.1 Susp Suspen ensi sión ón de Serv Servic icio ioss Es una una de las las tant tantas as acti activi vidad dades es reali realiza zadas das por por la SMOE SMOE,, su coord coordina inaci ción ón y program programaci ación ón está influencia influenciada da por dos factore factoress
principa principalmen lmente; te; uno de ellos ellos es la
inspección de los circuitos, la otra son los registros de las interrupciones de servicio inesper inesperada adas, s, las cuales cuales brindan brindan índices índices de calidad calidad e informa informann sobre sobre cuales cuales circuit circuitos os requieren mayor atención.
Figura 4.1 Trabajadores de la CNFL en un mantenimiento preventivo
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Una suspensión contempla la revisión de postes (todos los componentes que lo constituyen) constituyen) que se encuentran encuentran dentro del área especificada, especificada, algunas de las actividades actividades que se realizan son las siguientes: •
Cambio de aisladores, cortacircuitos, y pararrayos.
•
Instalación de cortacircuitos, cuchillas, pararrayos, anclas y tierras.
•
Relocalización de anclas y postes.
•
Tensión de líneas.
•
Coordinación de fusibles.
•
Revisión de transformadores y acometidas.
•
Toma de muestras de aceite a los transformadores transformadores para la detección detección de PCB´s PCB´s (Poli Cloruro de Befenilo)
4.2 Lavado Lavado y recub recubrim rimien iento to de de aisla aislador dores es En el plan anual de mantenimiento se incluye una sección dedicada específicamente al lavado de aisladores, debido a que hay ciertos lugares, que por sus condiciones de contaminación, necesitan de limpieza constante. Sabiendo lo anterior y de acuerdo con las inspecciones realizadas a circuitos, se determinó cuales son los que presentan mayor afectación por contaminación. En la tabla 4.1 y las figuras de la 4.2 a la 4.8 se muestra los circuitos a los cuales se les aplicó ya sea solamente el lavado y/o el recubrimiento siliconado Midsun 570 HVIC. La elección de a cuales circuitos se les dio solamente lavado y de a cuales se les aplicaría el recubrimiento estuvo respaldada por el Ingeniero Juan Carlos Chacón León,
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representante de la marca Midsun en Costa Rica; entre los comentarios que extendió cabe destacar el siguiente: “El tipo de zona montañosa presenta un tipo de contaminación muy particular que incluye el crecimiento de musgo en los aisladores, para este tipo de problema no se encuentra documentado que el recubrimiento evite dicho crecimiento, por lo que aplicarlo en un lugar como Las Nubes de Coronado sería realmente una prueba no recomendada por nuestra empresa. Por otro lado si está demostrado que los silicones atraen la formación de moho, ya que la silicona se convierte en una especie de alimento para este, sin embargo aquí el silicón si actúa pues limita el desarrollo de corrientes de escape previniendo los cortocircuitos”. Por esta razón se decidió que en el tipo de zona descrita se utilizó solo el lavado y se evitó utilizar el recubrimiento siliconado.
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Tabla 4.1 Circuitos afectados por contaminación. Circuito
Subestac.
(34.5kV) EsteConcepción
Cant. postes
Este
40
Purral
San Miguel
255
Sabanilla
246
Colima-San Pedro y Colima-
San Rafael Desampara dos-Patarrá
revisados
aplicada
la Iglesia de Dulce
54.14
Lavado
Calle Choco; Coronado Las Nubes
69.23
Lavado
hasta Monserrat Goicoechea, Rancho Redondo Tibás, alrededores de
92.18
La trefilería Abonos Tibás
10
Agro
(Centro
distribución
Piuses Sabanilla-
Técnica
Nombre Coronado San Pedro
Llorente Sabanilla-
Km
Tres Ríos, a partir de
San Miguel-
Sector
Sabanilla Desamparad os TOTAL
33 41 625
de
Patarrá, alrededores de Productos de Concreto TOTAL
ento Lavado y
2
y
mayoreo) Tres Ríos
Recubrimi
recubrimie nto
81.78 65.39
Recubrimi ento Recubrimi ento
364.72
32
Figura 4.2 Circuito Este-Concepción
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Figura 4.3 Circuito San Miguel - Llorente
34
Figura 4.4 Circuito Sabanilla - Purral
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Figura 4.5 Circuito San Miguel – Llorente
36
Figura 4.6 Circuito Colima – Piuses y Colima – Barrio Dent
37
Figura 4.7 Circuito Sabanilla-San Rafael
38
Figura 4.8 Circuito Desamparados - Patarrá
39
4.3 Plan de Ejecución Después de la inspección de los circuitos de la red de distribución eléctrica de la Compañía Nacional de Fuerza y Luz y determinar cuáles eran los que se encontraban en mayores condiciones de contaminación, se realizó un plan de recubrimiento de aisladores tipo poste de porcelana en conjunto con el ya existente de lavado, con el objetivo de comparar ambas técnicas y así determinar cuál era la opción más viable. Lavado de Aisladores Como se mencionó anteriormente, antes de realizar este estudio ya existía en la CNFL un plan de lavado de aisladores, este se tomó como base y se le dio seguimiento. En la figura 5.1 se muestra una parte del cronograma realizado por la SMOE, a partir del cual se continuó trabajando. Este cronograma está hecho para los meses de enero hasta abril, pues se aprovecha la época seca del año, pero cuando la zona lo amerita se realiza el lavado fuera del cronograma planteado.
Figura 4.9 Cronograma de limpieza de aisladores
40
En el capítulo anterior, en la tabla 4.1 se detallaron los circuitos con altos grados de contaminación y cuáles fueron los elegidos para realizarles el lavado; dicho proceso se llevó a cabo siguiendo la norma IEEE STD 957-1995 (resumida en el capítulo 3, apartado 3.1). Luego de realizar el proceso señalado, se observó como al poco tiempo ya se requería nuevamente la limpieza, esto indicó que el lavado a los aisladores es un método de mantenimiento que a corto plazo funciona, pero que para lugares de difícil acceso es mejor aplicar alguna técnica alternativa con mayor tiempo de efectividad.
Figura 4.10 Trabajadores de la CNFL realizando el lavado a aisladores contaminados
41
Recubrimiento de Aisladores Para la aplicación del recubrimiento se utilizó una técnica especial, debido a que la muestra de aisladores a la que se le aplicó lo permitía (50 aisladores tipo poste); este procedimiento fue aplicar en piso el recubrimiento y darles un tiempo de secado determinado antes de instalarlos, en este caso se recomiendan 24 horas para el curado completo y alrededor de 15 días para su manipulación sin problema alguno. Como fue dado a conocer por parte del proveedor, este tipo de aplicación es perfectamente factible además de ser más efectiva por unidad de tiempo, la única desventaja que implica son los cuidados en la manipulación, almacenamiento e instalación que se les debe dar. El plan que se siguió es el que se muestra en la tabla 5.1, aquí se incluyen las zonas indicadas en la tabla 4.1 del capítulo anterior además de incluir un poste en Tirrases de Curridabat al que se le cambiaron los aisladores tipo poste convencionales que tenía por unos con recubrimiento siliconado RTV, pues se aprovechó que se iba a realizar un trabajo en dicho poste y los aisladores que este tenía se encontraban contaminados.
Tabla 4.2 Plan de aplicación de recubrimiento siliconado a aisladores
42
En las fotos que se muestran a continuación se detallan algunos de los puntos en los cuales se instalaron los aisladores que fueron recubiertos y a los que se les dio el seguimiento respectivo.
Figura 4.11 Aisladores con recubrimiento Midsun HVIC 570 en Tirrases de Curridabat
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Figura 4.12 Aislador contaminado ubicado en Las Nubes de Coronado
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Costos Totales Tanto el lavado como el recubrimiento de los aisladores implican varios costos tanto por mano de obra como por materiales. A continuación se detallan los gastos que se debió realizar para la ejecución de ambas técnicas. En el primer caso (lavado de los aisladores) los gastos a corto plazo no son mayores, pues no se necesita de ningún material especial, simplemente la pistola y la bomba de agua (en la CNFL ya se cuenta con ellas por lo que no se necesita hacer inversión extra); lo que en este caso llevaría mayores gastos es la mano de obra por razones obvias, pues, primero se debe realizar un planeamiento que permita ejecutar dicho proceso de manera exitosa y segundo se necesita contar con el personal que lleve a cabo la labor. Esta técnica es repetitiva, pues al lavar un aislador este se vuelve a ensuciar y se tiene que lavar nuevamente, produciéndose así un ciclo interminable; esto causa que los costos se acrecienten a largo plazo, siendo así un gasto recurrente de la empresa y convirtiéndose en una salida de dinero alta, además sin olvidar el hecho de que el tiempo que se está empleando en dicho proceso podría ser utilizado en otro tipo de labores de mejoramiento o mantenimiento de la red de distribución eléctrica. Otro inconveniente que causa el lavado de los aisladores es que cuando un circuito se revisa pasa un tiempo para que se vuelva a inspeccionar lo que muchas veces produce que se tenga que cambiar los aisladores continuamente, debido a que se queman o se flamean, y por consiguiente los gastos se acrecientan. La tabla 4.3 muestra los gastos totales que se producen en un mantenimiento
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preventivo, específicamente causados por el cambio de los aisladores; en ella se toman los datos del presente año de los meses de enero hasta octubre. De acuerdo a los datos recopilados en dicha tabla se calculó un promedio del gasto mensual causado por el cambio de los aisladores el cual es de ¢ 676.544.85 aproximadamente para 70 aisladores, es decir para la muestra estudiada (160 aisladores) sería un total de ¢ 1.353.089.70 aproximadamente.
Tabla 4.3 Costos de mantenimiento preventivo Mes
Cantidad de aisladores
Costo por
Costo total
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Total (10 meses) Promedio
cambiados por mes 105 153 38 64 92 54 83 22 57 38 706 70.6
unidad ¢ 8342.14 ------------
¢ 875.924.7 ¢ 1.276.347.42 ¢ 317.001.32 ¢ 533.869.96 ¢ 767.476.88 ¢ 450.475.56 ¢ 692.397.62 ¢ 183.527.08 ¢ 475.501.98 ¢ 317.001.32 ¢ 6.765.448.54 ¢ 676.544.85
Para realizar el recubrimiento se debe hacer una inversión alta al inicio, pero esta garantiza un período de vida largo (10 años sin necesidad de mantenimiento certificado por el fabricante). En este caso los gastos totales en materiales se detallan en la tabla 4.4 (información brindada por el Ing. Juan Carlos Chacón León de CFS Sistemas, Costa Rica).
Tabla 4.4 Costos de aplicación de recubrimiento siliconado RTV Midsun-570 HVIC Código de
Descripción del producto
Cant.
Precio
Subtotal
46
producto 800701
Bomba Airless sistema spray Titan
1
Unitario $ 1.500.00
$ 1.500.00
6
$ 255.00
$ 1.530.00
Subtotal Impuesto Total
$ 3.030.00 $ 393.90 $ 3.423.90
440ix, sistema de aplicación de pintura por spray tipo airless, 1.9 litros/minuto, tamaño máximo punta de aplicación 0.055mm, máxima presión 22.8MPa (3300 psi), 1.15 HP Infinity Brushless DC Motor. Largo 010602
máximo de manguera 91.4mts. Galón Silicón RTV Midsun 570 HVIC (cantidad para aplicar a 160 aisladores)
5 CAPÍTULO 5: ANÁLISIS DE RESULTADOS La función del mantenimiento es la aplicación de un conjunto de prácticas sobre bienes físicos, con el fin de garantizar una máxima disponibilidad al menor costo posible para garantizar calidad en el servicio brindado. En este trabajo se tenía entre sus objetivos realizar un estudio comparativo entre las técnicas viables para dar mantenimiento a los
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aisladores, a continuación se analizan las 2 opciones estudiadas, estas son el cambio de aisladores con su respectivo lavado posterior y el recubrimiento de los mismos, de las cuales la primera se practica comúnmente en la CNFL y la segunda se implementó y se comenzó a realizar para poder determinar los pro y contras que trae consigo. La base fundamental del mantenimiento mediante el lavado es económica, y para que el éxito económico se lleve a cabo se debe buscar la manera de optimizar el tiempo, el esfuerzo y el dinero en forma conjunta. Al tener un sistema deteriorado el servicio que se brinda no es el óptimo, esto provoca una disminución en las utilidades así como un aumento de riesgos laborales y de las interrupciones, lo que trae consigo un aumento en los costos. Cuando el mantenimiento no es el correcto o cuando la necesidad de que este se ejecute es urgente, el factor económico adquiere un papel más importante. Cuando no se obtiene buena presentación y correcta operación, cuando no se contribuye al retorno del capital invertido, ni a la seguridad del cliente, del trabajador, ni del propio sistema surge la siguiente pregunta ¿Es necesario continuar egresando dinero por mantenimiento o se debe renovar el activo? (Entiéndase como renovación al cambio de un aislador contaminado por uno nuevo y con recubrimiento siliconado) La acción de renovación se fundamenta en que el nuevo aislador posee mayor capacidad, lo cual eleva la calidad y disminuye los costos de operación, por lo que promete un mayor retorno sobre la inversión y un mejor servicio para el cliente.
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La idea de recubrir los aisladores surgió como resultado de la aparición del envejecimiento, ocasionándose así una inferioridad del servicio. Para que se llevase a cabo se debió determinar el momento óptimo de efectuarla, pues debe preceder al instante en que las pérdidas se comienzan a generar. La tabla 5.1 presenta una comparación entre los aisladores que se cambian en las suspensiones de mantenimiento preventivo, una muestra de aisladores nuevos y que se deben estar lavando cada año y otra de aisladores recubiertos y cuyo mantenimiento se vuelve a repetir hasta dentro de 10 años; la muestra se realizó a un total de 320 aisladores, 160 con recubrimiento RTV y el resto no. De acuerdo a esta tabla se observa como ambos métodos poseen ventajas y desventajas, la elección de cual utilizar depende principalmente de las condiciones con las que se cuente, es decir si se tiene el presupuesto necesario para hacer la inversión inicial se recomienda utilizar el recubrimiento Midsun, pues se puede asegurar que a largo plazo se recupera el gasto realizado ya que se evitan las constantes labores de mantenimiento y ese tiempo se aprovecha en atender otras áreas que lo requieran.
Tabla 5.1 Comparación de costos de mantenimiento de aisladores
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6 CAPÍTULO
6:
CONCLUSIONES
Y
RECOMENDACIONES 6.1 Conclusiones •
La renovación a tiempo resulta más económica que la realización de las acciones de mantenimiento que durante una vida útil debe ocurrir.
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•
Cuando el mantenimiento no es el correcto o cuando la necesidad de que este se ejecute es urgente, el factor económico adquiere un papel más importante
•
El mantenimiento es un proceso necesario que debe ser estudiado con detalle antes de ser realizado, pues en ocasiones termina siendo una salida de dinero alta.
•
La CNFL no ha potenciado el uso del recubrimiento siliconado por falta de una correcta difusión de su utilización en el sistema de distribución.
•
La mayor ventaja que ofrece el recubrimiento siliconado es que no solo evita la necesidad de estar lavando continuamente los aisladores sino que también alarga la vida útil de los mismos.
•
Dependiendo de la zona en la que se instale el aislador con recubrimiento siliconado resultará más o menos beneficioso, ya que en zonas de difícil acceso y altos grados de contaminación las ventajas resultan mayores que en zonas en las que el problema no se presenta.
•
El lavado de aisladores es un método de mantenimiento que a corto plazo funciona, pero que para lugares de difícil acceso es mejor aplicar alguna técnica alternativa con mayor tiempo de efectividad.
6.2 Recomendaciones •
Buscar incrementar los métodos de divulgación mediante charlas al personal técnico sobre las ventajas, cuidados de instalación y mantenimiento que se debe tener al trabajar con recubrimiento siliconado.
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•
Considerar el recubrimiento de aisladores como un punto fundamental a incluir en el Plan Anual de la Sección de Mantenimiento de Obras Eléctricas de la Compañía Nacional de Fuerza y Luz e implementarlo según los procedimientos explicados en este trabajo.
•
Realizar siempre una inspección de la zona elegida a instalar aisladores con recubrimiento y tomar en cuenta que se cumpla con los requisitos que harán que este proceso servirá y se podrá aprovechar al máximo.
•
Utilizar el método de mantenimiento de aisladores solo por lavado en los casos de zonas de alta humedad, pues no tendría sentido aplicar recubrimiento y el gasto sería una pérdida de dinero.
•
Se debe pensar dos veces si el factor económico impedirá realizar el proceso de recubrimiento, pues las ventajas que ya se mencionaron deben estar por encima de cualquier gasto, ya que los beneficios son mayores.
BIBLIOGRAFÍA Artículos de revistas: 1. Wosloo, W. L. and Bologna, F. “High Voltage Insulators: The Backbone of Transmission and Distribution Networks”, Proceedings of the 2000 World
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Congress on Insulators Technologies for the year 2000 and Beyond, España, Nov 14-17, 1999. Libros: 2. Biolley Muñoz, Walter; López Jiménez Ismael. (1984).
Análisis del
Comportamiento de Redes de Distribución Eléctrica. Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 3. Fernández Robles, Joaquín. (1995). 100 Años de Actividad Eléctrica e n Costa
Rica 1884 – 1994. Costa Rica. 4. Viqueira Landa, Jacinto. (1975). Redes Eléctricas. México. Representaciones y servicios eléctricos. 5. Wild, Theodore. Sistemas Eléctricos de Potencia. Editorial Hispano Europa, Barcelona-España. Primera edición, 1983. 6. Zoppetti Judez, Gaudencio. (1972). Redes Eléctricas de Alta y Baja tensión . Barcelona. G. Gili.
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APENDICES
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ANEXOS
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