El diseño de aislamiento de líneas de transmisión es una práctica conocida a nivel mundial y se tienen normas y estándares internacionales reconocidos tales como EPRI, IEC, IEEE y CIGRE que, sumados a la normatividad eléctrica de cada país y a la experiencia específica en el desarrollo de proyectos de líneas transmisión, se aplican a la mayoría de los diseños.
Sin embargo, a la hora de diseñar líneas de transmisión de extra alta tensión en altitudes de hasta 5000 msnm no todo está definido en la normatividad, ya que son muy pocos los países a nivel mundial que han desarrollado proyectos con estas características. Incluso en Latinoamérica, puede decirse que ISA es pionero en este tipo de proyectos y, por lo tanto, se hizo necesario explorar alternativas y desarrollar nuevas metodologías que permitieran garantizar la correcta operación de las líneas en altura, cumpliendo con los requisitos técnicos y buscando desarrollar criterios que permiten diseñar proyectos de líneas de transmisión sin perder de vista la competitividad.
El diseño de aislamiento en altitudes extremas representa un gran reto de ingeniería, debido a la escasa información técnica de proyectos similares a nivel global que puedan servir de referencia tanto para el diseño, como para definir parámetros y criterios para la realización de pruebas RIV y Corona.
Historia del diseño de aislamiento en zonas altitudinales > 3000 msnm en isa y sus empresas
La experiencia a nivel mundial en líneas de extra alta tensión en niveles altitudinales superiores a 3000 msnm es poca. En Latinoamérica, ISA es pionero en este tipo de líneas de transmisión y su recorrido a lo largo de más de 14 años en el diseño y ejecución de proyectos, principalmente en Perú, que por su ubicación geográfica van desde los 1000 hasta los 5000 msnm, ha permitido capitalizar conocimiento y experiencia valiosa para el sector eléctrico.
La cronología de los proyectos de líneas de transmisión de ISA en altitudes superiores a 3000 msnm se presenta a continuación:
La historia de la selección y diseño de aislamiento para este tipo de proyectos ha pasado por varios escenarios regulatorios, así como por el estudio e implementación de diferentes metodologías, unas reconocidas a nivel mundial y otras desarrolladas a medida de las necesidades de los proyectos, necesarias para garantizar la correcta operación de esta infraestructura eléctrica.
A continuación, se presentan los cambios y evolución para cada uno de los tipos de sobretensiones que influyen en el diseño del aislamiento de líneas de transmisión.
Aislamiento a frecuencia industrial: El cálculo de las sobretensiones a frecuencia industrial se ha mantenido a lo largo de los años con la implementación de la formulación y metodología indicada en EPRI Transmission Line Reference Book, la cual incluye la corrección por altura. Esta metodología ha demostrado ser adecuada para garantizar el desempeño de las líneas en alturas extremas ante este tipo de sobretensiones.
Aislamiento por contaminación: Por otro lado, para el cálculo del aislamiento por contaminación, en la actualidad se sigue la metodología de la norma IEC 60815, con corrección por altura para cada uno de los sectores altitudinales de la línea indicada por la norma IEC 60694 y, particularmente en Perú, complementando con el requerimiento de gradiente de distancia de fuga según el nivel altitudinal exigido por el Procedimiento técnico 20 – Ingreso, Modificación y Retiro de Instalaciones en el SEIN (PR-20); esto buscando tener las distancias de fuga óptimas en cada uno de los sectores altitudinales definidos en el diseño electromecánico.
Cabe anotar que el requerimiento de gradiente de distancia de fuga según el nivel altitudinal se incluyó como parte de los requisitos en el PR-20 a partir del año 2016, aplicando para líneas de extra alta tensión por primera vez en el proyecto Mantaro – Montalvo 500 kV, primera línea de 500 kV en altura de Latinoamérica, lo cual implicó un ajuste en los valores de cumplimiento que se venían trabajando desde el 2011 en proyectos de 220 kV en Perú.
Aislamiento ante sobretensiones por maniobra: El diseño de aislamiento para sobretensiones por maniobra ha sido una de las metodologías con mayores ajustes a lo largo del tiempo; la razón principal para estos cambios es que es justo esta sobretensión la que domina el aislamiento para líneas con longitudes consideras como largas (L > 300 km) a 500 kV, impactando las dimensiones eléctricas para la definición de la cabeza de las estructuras y siendo fundamental en la correcta operación de las líneas de transmisión, lo que ha generado la necesidad de tener metodologías cada vez más optimizadas que permitan garantizar no solo el correcto desempeño sino también la competitividad en este tipo de proyectos.
En los inicios del diseño de las líneas a 220 kV en altitudes de hasta 4500 msnm, el cálculo de las sobretensiones por maniobra seguía una metodología determinística, basada en factores establecidos por EPRI y otros que eran resultado de la experiencia operativa de las empresas transmisoras.
Con la llegada de la primera línea a 500 kV en altura en Perú, proyecto Mantaro – Montalvo 500 kV, esta metodología tuvo que ser retada y migró hacia un enfoque probabilístico que permitiera abordar el cálculo de manera más optimizada, teniendo en cuenta que este tipo de sobretensión gobernaría el aislamiento en este nivel de tensión y, por consiguiente, impactaría las definiciones del dimensionamiento eléctrico de las estructuras, inductor clave del caso de negocio en líneas a 500 kV, a diferencia de las líneas en 220 kV donde el aislamiento es típicamente gobernado por las sobretensiones asociadas a descarga atmosférica. Este enfoque probabilístico también ha venido evolucionando con el pasar de los años, los avances tecnológicos y los nuevos proyectos a 500 kV que han sido ejecutados por ISA en territorio peruano.
Es así como en un principio la metodología probabilística se basaba en la solución de un sistema de ecuaciones propuesto en el Capítulo 2 del libro Insulation Cordination for Power Systems de Hilleman y en la actualidad se hace uso de software especializado donde el factor de sobretensión de la línea se obtiene a partir de histogramas elaborados por medio de simulaciones probabilística realizadas con el programa ATP, en donde se considera el caso con pararrayos y resistencias de preinserción en las subestaciones extremas.
Aislamiento para sobretensiones por descarga atmosférica: El cálculo de las sobretensiones por descarga atmosférica también ha tenido una evolución interesante, pasando por actualizaciones regulatorias de alto impacto, avances tecnológicos e implementación y desarrollo de metodologías diferentes; todo esto, en aras de cumplir con el desempeño por tasa de salidas de servicio de las líneas de extra alta tensión por cada 100 km/año, exigidas para cada uno de los proyectos. Los cambios regulatorios principales han venido de la mano de la actualización del PR-20 en Perú, impactado significativamente el diseño de las líneas a través de los años.
Estas actualizaciones se han visto reflejadas en mayores longitudes de aislamiento y ajuste de las siluetas de las estructuras para lograr el desempeño requerido, lo que ha impactado en los criterios de diseño al requerir distancias eléctricas seguras mucho mayores que los diseños convencionales, con un significativo impacto en el costo de los proyectos.
Por otro lado, también se ha dado un desarrollo de nuevas metodologías en lo correspondiente al parámetro de nivel ceráunico y su equivalencia con la densidad de descargas a tierra DDT. Este parámetro, clave para el cálculo de tasa de salida de líneas, ha pasado por diferentes abordajes en estos 14 años de historia:
– 2011-2013: Mapa de niveles Isoceráunicos (días de tormenta/año). Tomado de Perú, Ing. J. Yanque, M.Sc. App. Lima – año 2002.
– 2016: Estudio de densidad de descargas a tierra – DDT para trazado de línea específico en el sur de Perú. Keraunos (históricos 2009-2010).
Utilizala Red mundial de localización de rayos WWLLN – World Wide Lightning Location Network, la cual cuenta con aproximadamente 60 sensores instalados alrededor del mundo.
– 2018: Estudio de densidad de descargas a tierra – DDT para trazado de línea específico. Keraunos (históricos 2012-2016). Utiliza la red WWLLN
Simulaciones en Applet “L-1 Transmission Line Lightning Performance” el cual se fundamenta en el método de los dos puntos, desarrollado por EPRI (EPRI AC Transmission Line Reference Book).
Se comparó Applet L1 de EPRI con estudio DDT Keraunos y se tomó el mayor valor.
– 2024: Estudio de densidad de descargas a tierra – DDT para trazado de línea específico basado en los datos de la red LINET y procesados bajo técnicas matemáticas modernas. Keraunos.
Participe en el CONGRESO MUNDIAL INMR 2025 en Panamá. Andrea Rendón Llanos de Interconexión Eléctrica en Colombia presentará el camino recorrido y los retos superados por ISA en proyectos de líneas de extra alta tensión con altitudes de hasta 5000 msnm.
