El barraje es el conductor común de la subestación y el aislador lo sostiene. Se definen por cuatro datos del sitio y de la red: la corriente que conducen, la corriente de cortocircuito que soportan en forma térmica y mecánica, las cargas en sus bornes y la contaminación que enfrentan, que fija la distancia de fuga mínima por kilovoltio.
Respuesta corta
El barraje es el conductor, rígido o flexible, al que se conectan los circuitos de una subestación. El aislador lo sostiene y lo separa de la estructura puesta a tierra. Ambos se definen con cuatro datos: la corriente que conducen, el cortocircuito que deben resistir, las cargas que reciben en sus puntos de conexión y la contaminación del sitio. Es una parte de la selección de Selección de equipos primarios de una subestación; el esquema de barras se elige según Cómo elegir el esquema de barras de una subestación y el terreno se distribuye según Disposición física de una subestación: patio y distancias.
1. Corriente continua
Define la sección del conductor para que no se caliente más de lo permitido, con la temperatura ambiente de diseño como base: IEC 62271-1 toma como condición normal de exterior un máximo de +40 °C y un promedio de 24 h de 35 °C. IEC 62271-1 toma la corriente continua de la serie R10 (1, 1,25, 1,6, 2, 2,5, 3,15, 4, 5, 6,3, 8 y sus múltiplos por diez). Se escoge con la carga máxima de todas las bahías que pueden quedar en esa barra, incluida la situación de falla en otra barra, cuando el arreglo lo permite. Vea cómo cambia esa carga en cada configuración de barras.
2. Cortocircuito
El barraje debe conducir la falla sin dañarse mientras el interruptor la despeja. Dos datos del estudio de cortocircuito lo definen:
- Corriente de corta duración. Su duración preferida en IEC 62271-1 es 1 s, con alternativas de 0,5, 2 o 3 s.
- Corriente de cresta. Con constante de tiempo de 45 ms vale 2,5 veces la de corta duración a 50 Hz y 2,6 veces a 60 Hz. La norma da factores mayores si la constante es 60, 75 o 120 ms.
La corriente térmica calienta el conductor; la de cresta produce la fuerza máxima entre conductores y sobre los aisladores. Por eso el soporte debe verificarse con la cresta, no con el valor eficaz. Vea estudio de cortocircuito. El valor de cortocircuito que fija el diseño se explica en El cortocircuito como dato de diseño de una subestación.
Barraje flexible, rígido o encapsulado
El tipo de barraje cambia lo que hay que verificar:
- Flexible (cable tendido entre estructuras). Se mueve con el viento y con las fuerzas de una falla, y transmite tensión mecánica a los bornes y a los soportes. Pide verificar la flecha, la separación entre fases y la carga sobre cada borne.
- Rígido (tubo sobre aisladores de soporte). Exige verificar la fuerza de cortocircuito sobre cada aislador y la dilatación por temperatura. Depende de la resistencia a flexión de los aisladores de soporte.
- Encapsulado en gas (GIS). Va dentro de la envolvente, sostenido por aisladores barrera que dividen el gas en compartimientos. No depende del ambiente exterior, pero sí de la hermeticidad: IEC 62271-203 limita la fuga de cualquier compartimiento a 0,5 % por año. Vea subestación GIS.
La elección se coordina con el arreglo de barras y con el terreno disponible; vea subestación convencional AIS.
3. Cargas en los bornes
Un borne de seccionador o de otro equipo recibe peso, viento, hielo y la tensión mecánica del conductor, flexible o rígido. Durante una falla se suma la fuerza electromagnética. IEC 62271-102 pide que el fabricante declare la carga estática asignada en bornes y que el aparato opere con ella aplicada; además la resistencia final depende de los aisladores. Eso obliga a coordinar tres cosas: el tipo de barraje (flexible o rígido), la altura del borne y el aislador que lo soporta.
Las condiciones normales de exterior en IEC 62271-1 incluyen hielo hasta 20 mm y viento hasta 34 m/s. Si el sitio supera esos valores, debe indicarse en la especificación.
4. Contaminación y distancia de fuga
La distancia de fuga es el recorrido sobre la superficie del aislador entre la parte viva y tierra. Cuanto más contaminado el sitio, más larga debe ser. IEC 62271-1 (anexo K) la expresa como distancia de fuga específica unificada, o sea la distancia de fuga dividida entre la tensión eficaz máxima de operación a través del aislador:
| Severidad del sitio | Mínimo recomendado |
|---|---|
| Muy ligera | 22 mm/kV |
| Ligera | 27,8 mm/kV |
| Media | 34,7 mm/kV |
| Fuerte y muy fuerte | Según IEC TS 60815 |
La norma da ejemplos: la severidad media corresponde, por ejemplo, a sitios de 3 a 10 km del mar o de 1 a 5 km de fuentes de contaminación de origen humano. Las reglas valen para aisladores de vidrio, cerámica y polímero y para altitudes hasta 1 000 m. El nivel «medio» es el máximo de las condiciones normales de exterior.
5. Altitud
Por encima de 1 000 m, el aire aísla menos. IEC 62271-1 exige determinar el nivel de aislamiento externo requerido en el sitio según IEC 60071-2 y que el de la aparamenta sea igual o mayor. Eso afecta a la altura de los aisladores y a las distancias en aire. Los criterios de tecnología, incluida la altitud, se comparan en AIS o GIS: cómo decidir el tipo de subestación.
Qué debe entregar el diseño
| Dato | De dónde sale |
|---|---|
| Corriente continua del barraje | Suma de bahías y arreglo de barras |
| Corriente de corta duración, duración y cresta | Estudio de cortocircuito |
| Carga estática en bornes | Tipo de barraje y vanos |
| Severidad de contaminación | Visita al sitio y distancia a fuentes |
| Altitud | Cota de la subestación |
| Hielo y viento | Condiciones del sitio frente a las normales de IEC 62271-1 |
Con esos datos el fabricante del aislador propone modelo y distancia de fuga, y el calculista verifica el soporte.
6. Cómo se comprueba en el sitio
Las pruebas de puesta en servicio revisan la continuidad y la resistencia de conexiones, y la termografía detecta conexiones calientes bajo carga. Vea termografía en subestaciones y tableros.
Cómo le ayudamos
Dentro del diseño de ingeniería y estudios definimos los datos de cortocircuito, contaminación y altitud que determinan sus barrajes y aisladores. Y en la puesta en servicio verificamos las conexiones.
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Referencias
- IEC 62271-1; cláusulas 4.1 y 4.2 (condiciones de servicio), 5.5 a 5.8 (valores asignados), 6.15 y anexo K (contaminación).
- IEC 62271-102; cláusula 4.103 (cargas mecánicas en bornes).
- IEC TS 60815, selección de aisladores para ambientes contaminados.
- IEC 60071-2, guía de aplicación de la coordinación de aislamiento.
Preguntas frecuentes
¿Qué distancia de fuga necesita un aislador?
Depende de la severidad de contaminación del sitio. IEC 62271-1 recomienda como mínimo 22 mm/kV para contaminación muy ligera, 27,8 mm/kV para ligera y 34,7 mm/kV para media, hasta 1 000 m de altitud. Para contaminación fuerte o muy fuerte remite a IEC TS 60815.
¿Un barraje solo se dimensiona por corriente?
No. La corriente continua define la sección, pero el cortocircuito define la resistencia térmica y mecánica. Durante una falla, las fuerzas entre conductores llegan a su valor máximo en el primer pico, que es 2,5 veces la corriente de corta duración a 50 Hz (2,6 a 60 Hz) con constante de tiempo de 45 ms.
¿La altitud afecta a los aisladores del barraje?
Sí. Por encima de 1 000 m, IEC 62271-1 pide determinar el nivel de aislamiento externo requerido en el sitio según IEC 60071-2, y que el de la aparamenta sea igual o mayor.