NORMA TÉCNICA
|NTC
COLOMBIANA
4335
2009-12-16
AISLADORES PARA LÍNEAS AÉREAS. AISLADORES
COMPUESTOS PARA TENSIÓN Y SUSPENSIÓN,
PARA SISTEMAS DE CORRIENTE ALTERNA CON
UNA TENSIÓN NOMINAL DE MÁS DE 1 000 V.
DEFINICIONES,
MÉTODOS
DE
ENSAYO
Y
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN
E: INSULATORS FOR OVERHEAD LINES - COMPOSITE SUSPENSION AND TENSION INSULATORS FOR A.C SYSTEMS WITH A NOMINAL VOLTAGE GREATER THAN 1 000 V. DEFINITIONS, TEST METHODS AND ACCEPTANCE CRITERIA.
CORRESPONDENCIA: Esta norma es idéntica (IDT) por traducción de la lEC 61109:2008
DESCRIPTORES: aislador; aislador eléctrico; aislador compuesto; aislador de suspensión; aislador para tensión; método de ensayo.
I.C.S.: 29.080.10
Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. (571) 6078888 - Fax (571) 2221435
Prohibida su reproducción Segunda actualización Editada 2009-12-24
PRÓLOGO
El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993.
ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo.
La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general.
La NTC 4335 (Segunda actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo de 2009-12-16. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales.
A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 142 Aisladores eléctricos.
CELSA S.A.
EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN ELECTROTECNICAS
GAMMA – AISLADORES CORONA
INGENIERIA Y REPRESENTACIONES S.A. UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas:
AISPOL S.A.
CENTRALES ELÉCTRICAS DE NORTE DE SANTANDER
CIDET
CODENSA S.A. E.S.P.
COLREDES DE OCCIDENTE S.A. COMPONENTES TÉCNICOS S.A. DISICO
ELECTBUS COLOMBIA LTDA.
ELECTRIFICADORA DE SANTANDER ELECTRIFICADORA DEL CARIBE S.A. ESP
EMPRESA DE ENERGÍA DE BOYACA EMPRESA DE ENERGÍA DE CUNDINAMARCA
EMPRESA DE ENERGÍA DEL PACIFICO EPSA
EMPRESA DE ENERGÍA DEL QUINDÍO EMPRESAS MUNICIPALES DE CALI FUNDIHERRAJES DE COLOMBIA LTDA
INTERCONEXIÓN ELÉCTRICA S.A. INVERSIONES URIBE MOLINA MATRIMOL
MELEC
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA MINISTERIO DE COMERCIO, INDUSTRIA Y TURISMO
RETICERTIFICAMOS S.A. MULTIHERRAJES
POLYUPROTEC TODOHERRAJE
TRANSFORMADORES C&CO ENERGY LTDA.
TRANSELCA
UNIVERSIDAD DEL VALLE UNIVERSIDAD NACIONAL UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA
UPS REDES
ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales y otros documentos relacionados.
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CONTENIDO
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INTRODUCCIÓN ... 1
1. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN ... 2
2. REFERENCIAS NORMATIVAS ... 3
3. TÉRMINOS, DEFINICIONES Y ABREVIATURAS ... 3
3.1 TÉRMINOS Y DEFINICIONES ... 3
4. IDENTIFICACIÓN ... 5
5. CONDICIONES AMBIENTALES ... 5
6. TRANSPORTE, ALMACENAMIENTO E INSTALACIÓN ... 5
7. AISLADORES HÍBRIDOS ... 5
8. TOLERANCIAS ... 5
9. CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS ... 6
9.1 ENSAYOS DE DISEÑO ... 6
9.2 ENSAYOS TIPO ... 7
9.3 ENSAYOS DE MUESTREO ... 8
9.4 ENSAYOS DE RUTINA ... 8
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10.1 GENERALIDADES ... 8
10.2 ESPECÍMENES DE ENSAYO PARA LA NTC 5537 (IEC 62217) ... 8
10.3 PREESFUERZO ESPECÍFICO DEL PRODUCTO PARA LA NTC 5537 (IEC 62217) 9 10.4 ENSAYOS DE CARGA SOSTENIDA EN EL NÚCLEO ENSAMBLADO ... 10
11. ENSAYOS TIPO ... 11
11.1 ENSAYOS ELÉCTRICOS... 11
11.2 ENSAYO DE LÍMITE DE DAÑO Y ENSAYO DE HERMETICIDAD DE LA INTERFAZ ENTRE LOS HERRAJES TERMINALES Y LA CUBIERTA DEL AISLADOR ... 11
12. ENSAYOS DE MUESTREO ... 13
12.1 REGLAS GENERALES13 12.2 VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES (E1 + E2)... 14
12.3 VERIFICACIÓN DE LOS HERRAJES TERMINALES (E2) ... 14
12.4 VERIFICACIÓN DE LA HERMETICIDAD DE LA INTERFAZ ENTRE LOS HERRAJES TERMINALES Y LA CUBIERTA DEL AISLADOR (E2), Y DE LA CARGA MECÁNICA ESPECIFICADA, SML, (E1) ... 14
12.5 ENSAYO DE GALVANIZACIÓN (E2) ... 15
12.6 PROCEDIMIENTO DE REENSAYO ... 15
13. ENSAYOS DE RUTINA ... 16
13.1 ENSAYO MECÁNICO DE RUTINA ... 16
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BIBLIOGRAFÍA ... 25 DOCUMENTO DE REFERENCIA ... 26 ANEXO A (Informativo)
PRINCIPIOS DEL LÍMITE DE DAÑO, COORDINACIÓN Y ENSAYO DE
CARGA PARA AISLADORES COMPUESTOS PARA TENSIÓN Y SUSPENSIÓN ... 17
ANEXO B (Informativo)
EJEMPLO DE DOS POSIBLES DISPOSITIVOS PARA LIBERACIÓN
REPENTINA DE CARGA ... 21 ANEXO C (Informativo)
GUÍA SOBRE ESFUERZOS MECÁNICOS NO ESTÁNDAR Y CARGA MECÁNICA DINÁMICA DE AISLADORES COMPUESTOS PARA
TENSIÓN/SUSPENSIÓN ... 23
Figura 1. Ensayo termomecánico ... 16
TABLAS
Tabla 1. Ensayos que se deben llevar a cabo después de cambios en el diseño ... 7 Tabla 2. Ensayos de diseño ... 8 Tabla 3. Disposiciones de montajes para los ensayos eléctricos 11
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AISLADORES PARA LÍNEAS AÉREAS. AISLADORES COMPUESTOS PARA TENSIÓN Y SUSPENSIÓN, PARA SISTEMAS DE CORRIENTE ALTERNA CON UNA TENSIÓN NOMINAL DE MÁS DE 1 000 V. DEFINICIONES, MÉTODOS DE ENSAYO Y CRITERIOS DE ACEPTACIÓN
INTRODUCCIÓN
Los aisladores compuestos consisten en un núcleo aislante que soporta la carga mecánica, protegido por una cubierta polimérica; la carga se transmite al núcleo mediante herrajes terminales. A pesar de estos rasgos comunes, los materiales y detalles de construcción que emplea cada fabricante pueden ser muy distintos.
Algunos ensayos se han agrupado como “ensayos de diseño”, que se deben llevar a cabo sólo una vez en aisladores que reúnan las mismas condiciones de diseño. Para todos los ensayos de diseño de aisladores de tensión y suspensión compuestos se aplican los numerales comunes apropiados definidos en la NTC 5537 (IEC 62217). Hasta donde ha sido posible, se ha tenido en cuenta la influencia del tiempo en las propiedades eléctricas y mecánicas de los componentes (material del núcleo, cubierta, interfaces, etc.) y de los aisladores compuestos completos, al especificar los ensayos de diseño para asegurar un tiempo de vida satisfactorio bajo condiciones de esfuerzo normalmente conocidas de las líneas de transmisión. En el Anexo A se presenta una explicación de los principios del límite de daño, coordinación y ensayo de carga.
No se ha considerado útil especificar un ensayo de arco de potencia como un ensayo obligatorio. Los parámetros de ensayo son múltiples y pueden tener valores muy diferentes, dependiendo de las configuraciones de la red y de los soportes y del diseño de los dispositivos de protección de arco. Se debería considerar el efecto de calentamiento de los arcos de potencia en el diseño de los herrajes de metal. El daño crítico para los herrajes de metal resultante de la magnitud y duración de la corriente de cortocircuito se puede evitar mediante dispositivos de protección de arco diseñados apropiadamente. Sin embargo, esta norma no excluye la posibilidad de un ensayo de arco de potencia, por acuerdo entre el usuario y el fabricante. La GTC 75 (IEC 61467) [1]1)1 presenta detalles del ensayo de arco de potencia de juegos de aisladores.
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1)
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Los aisladores compuestos se usan en aplicaciones tanto de c.a como de c.c. A pesar de este hecho no se ha definido un procedimiento de ensayo de erosión y formación de caminos para aplicaciones de c.c, como un ensayo de diseño. El ensayo de descarga superficial y de erosión de 1 000 h en c.a, de la NTC 5537 (IEC 62217), se utiliza para establecer un requisito mínimo para resistencia del material de la cubierta a la formación de caminos.
El mecanismo de fractura frágil ha sido investigado por CIGRE B2.03 y las conclusiones se han publicado en [2, 3]. La fractura frágil es un resultado de la corrosión por esfuerzo inducida por ataque de ácido interno o externo en el núcleo de fibra de vidrio pegada con resina. CIGRE D1.14 ha desarrollado un procedimiento de ensayo para materiales del núcleo, basado en los ensayos de carga sostenida sobre núcleos ensamblados expuestos a ácido, junto con métodos de análisis químicos, para verificar la resistencia contra ataque ácido [4]. El IEC TC36WG12 estudia en paralelo medidas preventivas y predictivas.
Los aisladores compuestos de suspensión/tensión normalmente no están previstos para torsión u otras cargas diferentes de tensión. En el Anexo C se presenta orientación sobre cargas no estándar.
En lo posible, para la redacción de esta norma se siguió lo establecido en la Guía IEC 111 [5].
1. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN
Esta norma se aplica a aisladores compuestos para uso en suspensión/tensión, que constan de un núcleo aislador cilíndrico sólido para soporte de carga, compuesto de fibras - usualmente de vidrio - en una matriz a base de resina; una cubierta (por fuera del núcleo aislante) fabricada en material polimérico y herrajes terminales fijos permanentemente al núcleo de aislamiento.
Los aisladores compuestos que trata esta norma están previstos para uso como aisladores de líneas de suspensión/tensión, pero es conveniente tener en cuenta que estos aisladores ocasionalmente se pueden someter a compresión o doblado, por ejemplo, cuando se usan como espaciadores de fase.
Esta norma se puede aplicar en parte a aisladores compuestos híbridos en donde el núcleo está fabricado en un material homogéneo (porcelana, resina), véase el numeral 8.
El objeto de esta norma es:
- definir los términos que se utilizan; - prescribir métodos de ensayo; - prescribir los criterios de aceptación.
Esta norma no incluye requisitos sobre la elección de aisladores para condiciones de operación específicas.
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3 2. REFERENCIAS NORMATIVAS
Los siguientes documentos son indispensables para la aplicación de esta norma. Para referencias fechadas sólo se aplica la edición citada. Para referencias no fechadas se aplica la última edición del documento referenciado.
IEC 60383-1, Insulators for Overhead Lines with a Nominal Voltage Above 1 000 V - Part 1:
Ceramic or Glass Insulators Units for a.c. Systems - Definitions, Test Methods and Acceptance Criteria. (NTC 4336)
IEC 60383-2, Insulators for Overhead Lines with a Nominal Voltage Above 1 000 V - Part 2:
Insulator Strings and Insulator Sets for a.c. Systems - Definitions, Test Methods and Acceptance Criteria. (NTC 4337)
IEC 61446-1, Composite String Insulator Units for Overhead Lines with a Nominal Voltage
Greater than 1 000 V - Part 1: Standard Strength Classes and End Fittings. (NTC 4814)
IEC 62217:2005, Polymeric Insulators for Indoor and Outdoor Use with a Nominal Voltage >1 000 V - General Definitions, Test Methods and Acceptance Criteria. (NTC 5537)
ISO 3452: (todas las partes), Non-Destructive Testing - Penetrant Testing.
3. TÉRMINOS, DEFINICIONES Y ABREVIATURAS
Para los propósitos de esta norma se aplican los siguientes términos, definiciones y abreviaturas.
NOTA Algunos términos de la NTC 5537 (IEC 62217) se reproducen aquí para facilidad de referencia. Las definiciones adicionales aplicables a aisladores se pueden encont rar en la NTC 2341 (IEC 60050-471) [6]. 3.1 TÉRMINOS Y DEFINICIONES
3.1.1 Aislador polimérico (Polymeric Insulator). Aislador cuyo cuerpo de aislamiento consta de al menos un material de base orgánica.
NOTA 1 Los aisladores poliméricos también se conocen como aisladores no cerámicos.
NOTA 2 Los dispositivos de acople se pueden colocar en los extremos del cuerpo de aislamiento.
[IEV 471-01-13]
3.1.2 Aislador compuesto (Composite Insulator). Aislador fabricado al menos con dos partes aislantes, a saber, un núcleo y una cubierta, equipado con herrajes metálicos.
NOTA Los aisladores compuestos, por ejemplo, pueden constar de campanas ( Sheds) individuales montadas sobre el núcleo, con o sin un forro intermedio, o alternativamente, de una cubierta moldeada o fundida directamente en una o varias piezas sobre el núcleo.
3.1.3 Núcleo de un aislador compuesto (Core of a Composite Insulator). Parte aislante interna de un aislador compuesto, diseñado para asegurar las características mecánicas. NOTA El núcleo normalmente consta de fibras (por ejemplo, de vidrio) que se colocan en una matriz de base de resina o sobre un material aislante homogéneo (por ejemplo, porcelana o resina).
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4 [IEV 471-01-03, modificada].
3.1.4 Tronco del aislador (Insulator Trunk). Parte aislante central de un aislador, de cual se proyectan las campanas.
NOTA También se conoce como cuerpo en los aisladores más pequeños.
[IEV 471-01-11]
3.1.5 Cubierta (Housing). Parte aislante externa de un aislador compuesto que brinda la distancia de seguridad necesaria y protege al núcleo del ambiente.
NOTA Un forro intermedio fabricado en material aislante puede ser parte de la cubierta.
[IEV 471-01-09]
3.1.6 Campana de un aislador (Shed of an Insulator). Parte aislante que se proyecta del tronco del aislador, destinada a incrementar la distancia de seguridad.
NOTA La campana puede tener o no rebordes.
[IEV 471-01-15]
3.1.7 Interfaces (Interfaces). Superficie entre diferentes materiales. NOTA En la mayoría de aisladores compuestos ocurren varias interfaces, por ejemplo:
- entre la cubierta y los dispositivos de fijación,
- entre diferentes partes de la cubierta, por ejemplo, entre campanas o entre el forro y las campanas.
- entre el núcleo y la cubierta.
[Definición 3.10 de la NTC 5537 (IEC 62217)].
3.1.8 Herraje terminal (End Fitting). Componente integral o parte formada de un aislador previsto para conexión a una estructura de soporte, o a un conductor o a un elemento del equipo o a otro aislador.
NOTA En donde el herraje terminal es metálico se denomina comúnmente "herraje metálico".
3.1.9 Zona de conexión (Connection Zone). Zona en donde la carga mecánica es transmitida entre el cuerpo de aislamiento y el herraje terminal
[Definición 3.12 de la NTC 5537 (IEC 62217)].
3.1.10 Acople (Coupling). Parte del herraje terminal que transmite la carga a los accesorios externos al aislador.
[Definición 3.13 de la NTC 5537 (IEC 62217), modificada].
3.1.11 Carga mecánica especificada, SML (Specified Mechanical Load, SML). Carga especificada por el fabricante, usada para ensayos mecánicos en esta norma.
3.1.12 Carga de ensayo de rutina, RTL (Routine Test Load, RTL). Carga aplicada a todos los aisladores compuestos ensamblados durante un ensayo mecánico de rutina.
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3.1.13 Carga de falla (Failing Load). Carga máxima que se alcanza cuando el aislador es ensayado bajo las condiciones establecidas.
3.2 Abreviaturas.Se usan las siguientes abreviaturas en esta norma: E1, E2 Juegos de muestras para ensayos de muestreo
MAV Carga de falla promedio en 1 min, del núcleo ensamblado con los herrajes
RTL Carga de ensayo de rutina SML Carga mecánica especificada
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BIBLIOGRAFÍA
[1] IEC 61467, Insulators for Overhead Lines with a nominal Voltage above 1 000 V - AC
Power arc Tests on Insulator Sets (GTC 75).
[2] CIGRE 22.03, Electra No. 214, 2004, Brittle Fracture of Composite Insulators. Field
Experience, Occurrence and Risk Assessment.
[3] CIGRE 22.03, Electra No. 215, 2004, Brittle Fractures of Composite Insulators. Failure
Mode Chemistry, Influence of Resin Variations and Search for a Simple Insulator Core Evaluation Test Method
[4] CIGRE D1.14, Technical Brochure 255, Material Properties for Non-Ceramic Outdoor
Insulation, August 2004.
[5] IEC Guide 111, Electrical High-Voltage Equipment in High-Voltage Substations.
Common Recommendations for Product Standards
[6] IEC 60050-471, International Electrotechnical Vocabulary. Part 471: Insulators (NTC 2341) [7] IGRE 22.03, Technical Brochure 184. Composite Insulator Handling Guide. April 2001 [8] IEC 60826, Design Criteria of Overhead Transmission Lines
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