RA7033

NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS CRUCETA DE RESINA REFORZADA EN FIBRA DE VIDRIO RA7­033 PRIMERA EDICIÓN: MAYO 2011 DIBUJÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN APROBÓ: SUBGERENCIA REDES DISTRIBUCIÓN
ÚLTIMA PUBLICACIÓN: MAYO 2011 REVISÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN Página 1 de 13 1 NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS CRUCETA DE RESINA REFORZADA EN FIBRA DE VIDRIO RA7­033 PRIMERA EDICIÓN: MAYO 2011 DIBUJÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN APROBÓ: SUBGERENCIA REDES DISTRIBUCIÓN
ÚLTIMA PUBLICACIÓN: MAYO 2011 REVISÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN Página 2 de 13 2 NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS CRUCETA DE RESINA REFORZADA EN FIBRA DE VIDRIO RA7­033 1. ALCANCE El propósito fundamental de esta norma, es determinar las especificaciones y características técnicas garantizadas que deberán tener las crucetas de resina reforzadas en fibra de vidrio, , los herrajes y accesorios que se contraten, se usen, se suministren y se instalen en el sistema de distribución de energía de las Empresas Públicas de Medellín E.S.P. 2. FUNCIÓN Y CONDICIONES AMBIENTALES Las crucetas o brazos plásticos reforzados en fibra de vidrio son utilizados como estructuras de apoyo de conductores y aisladores en los postes de las redes de distribución aérea en los niveles de tensión de 0.6 kV, 13.2 kV y 44 kV de las Empresas Públicas de Medellín. Se de instalar la cruceta de resina reforzada en fibra de vidrio en las zonas costeras, de alta contaminación, alto nivel de descargas atmosféricas y postes congestionados donde peligra la vida del personal liniero. Condiciones ambientales: ­ ­ ­ ­ ­ Altura sobre el nivel del mar Humedad relativa máxima Temperatura ambiente mínima Temperatura ambiente máxima Temperatura ambiente promedio 0 ­ 3000 m. De hasta el 95% 10º C 40º C 25º C Características eléctricas del sistema Tensión nominal 13.2 / 7.62 kV estrella multiaterrizado; 44 kV sistema delta o Y Tensiones de servicio 15 kV; 35 y 44 kV Delta Conexión Se instalarán en sistemas trifásicos como Monofásicos respectivamente para 15kv; trifásicos para 35 y 44kv Frecuencia nominal 60Hz Máxima corriente de cortocircuito simétrica: De hasta 25 kA en 15 kV y 12 kA en 44 kV Sistema en Y Con neutro sólidamente aterrizado para 15 kV
PRIMERA EDICIÓN: MAYO 2011 DIBUJÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN APROBÓ: SUBGERENCIA REDES DISTRIBUCIÓN ÚLTIMA PUBLICACIÓN: MAYO 2011 REVISÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN Página 3 de 13 3 NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS RA7­033 CRUCETA DE RESINA REFORZADA EN FIBRA DE VIDRIO 3. CARACTERÍSTICAS Antes de describir con detalle las características que deben cumplir las crucetas, es necesario explicar algunos términos propios de este tipo de elementos. Terminología propia de la fabricación de las crucetas reforzadas en fibra ­ Bolas Superficiales: Elevación redondeada en la superficie del material laminado. ­ Curvatura: Variación máxima de la linealidad en +/­ 2° con respecto al eje central. ­ Quema: Alteración de la superficie de la cruceta como resultado de la descomposición térmica del material. ­ Microfisuras (Crack). Separación visual en la estructura de la pieza, con menos de 6.6 mm de longitud, que ocurre internamente en la pieza fabricada, afectando una o más capas de refuerzo. ­ Grietas Externas: Grietas en la superficie fabricada, excediendo 6.6 mm de longitud, cuya profundidad afecta la capa de refuerzo. ­ Grietas Superficiales: Grietas en la superficie fabricada, (de cualquier longitud) que no afectan la capa de refuerzo. ­ Grietas internas: Grietas longitudinales en las piezas o elementos fabricados con longitudes superiores a 6.6 mm, encontradas en las áreas de refuerzos de fibra de vidrio continuas. ­ Delaminación: Separación de dos o más capas de refuerzo que ocurren durante el proceso de fabricación del compuesto. ­ Fibras expuestas: Fibras de vidrio no cubiertas por la resina que ocurren en la superficie del perfil de la cruceta. ­ Fractura: Grieta o rompimiento que ocurre en la cruceta, resultante de daños físicos. ­ Inclusión: Cualquier partícula extraña embebida o encapsulada en el perfil de la cruceta. ­ Curado Insuficiente: Deficiencia en el proceso, provocada por la polimerización incompleta de la resina. Estas condiciones pueden ser detectadas por el aspecto superficial opaco, baja dureza Barcol y bajas propiedades físicas. 3.1 Material El compuesto o material de la cruceta debe ser homogéneo, conformado por el conjunto sintético de dos (2) o más materiales. Se trata de un elemento de refuerzo (fibra de vidrio) y un elemento fijador (resina) para obtener las características específicas y las propiedades deseadas. La resina y la fibra
PRIMERA EDICIÓN: MAYO 2011 DIBUJÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN APROBÓ: SUBGERENCIA REDES DISTRIBUCIÓN ÚLTIMA PUBLICACIÓN: MAYO 2011 REVISÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN Página 4 de 13 4 NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS CRUCETA DE RESINA REFORZADA EN FIBRA DE VIDRIO RA7­033 de vidrio deben ser compatibles desde el punto de vista químico. La resina deberá ser termoestable y podrá ser un poliéster tipo isoftálica o estervinílica, acrílico modificado, epóxica, fenólica o uretano. Los hilos de fibra de vidrio deberán cumplir con la clasificación ASTM tipo E de material homogéneo a base de silicio­aluminio, propio para la fabricación de uso eléctrico. La fibra de vidrio debe ser de grado eléctrico E, según lo establecido en la ASTM D578. Composición química de la fibra grado E Composición química B2O3 CaO Al2O3 SiO2 MgO Na2 O y K2 O TiO2 Fe2 O3 Fluorina % por peso 5 a10 16 a 25 12 a 16 52 a 56 0 a 5 0 a 2 0 a 8 0.05 A 0.4 0 a 1.0 También se aceptará la composición E ­ CR libre de boro, que es una modificación del grado E para ser resistente a la corrosión y ácidos húmedos. Cuando exista otro tipo de fibra diferente a la de vidrio esta debe ser lo suficiente ensayada y aprobada por más de tres años. La cruceta podrá ser fabricada por dos métodos:
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Proceso de Pultrusión: Donde los hilos de fibra de vidrio son halados a una tensión constante y trefilados a través de un baño de resina, siendo los hilos de fibra completamente saturados de resina.
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Laminación por Enrollamiento: Donde la porosidad debe ser controlada. Las crucetas deben ser fabricadas con eje rectilíneo, sin enmendaduras. La parte interna de la cruceta o brazo será hueca y deberá tener un relleno de poliuretano u otro compuesto para evitar el ingreso de humedad, agua, animales e insectos. Este relleno debe aumentar ligeramente el peso de la cruceta. El material de la cruceta debe ser totalmente reciclable de acuerdo con lo especificado en las siguientes normas: ­ ISO Guide 64 (1997) Guide for the inclusion of environmental aspects in product standards.
PRIMERA EDICIÓN: MAYO 2011 DIBUJÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN APROBÓ: SUBGERENCIA REDES DISTRIBUCIÓN ÚLTIMA PUBLICACIÓN: MAYO 2011 REVISÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN Página 5 de 13 5 NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS RA7­033 CRUCETA DE RESINA REFORZADA EN FIBRA DE VIDRIO ­ IEC 6109 Environmental aspects ­ Inclusion in electrotechnical product standards. ­ ASTM D 5033 Standard Guide for Development of ASTM Standards Relating to Recycling and Use of Recycled Plastics. ­ ASTM D5834­95 Standard Guide for Source Reduction Reuse, Recycling, and Disposal of Solid and Corrugated Fiberboard (Cardboard). 3.2 Geométricas o Dimensionales La cruceta será de sección transversal rectangular de 100 mm * 115 mm. Las longitudes de las crucetas serán de 1000, 1500, 2400 y 3600 mm. Para el alumbrado público se utilizará un brazo de sección circular con un diámetro de 1 ½” (38 mm) y 2” (51 mm). Los huecos de las crucetas serán de acuerdo con lo especificado en la norma RA7­013, pero el número de huecos mínimo serán: Crucetas de 1000 mm y 1500 mm de 6 huecos Cruceta de 2400 mm y 3600 mm de 9 huecos. Para el montaje de equipos y dispositivos de maniobra y protección se sugiere instalarlos. Los huecos deberán realizarse en fábrica y eventualmente podrán hacerse en el campo según las necesidades. Cuando se hacen en el terreno orificios adicionales, la superficie del hueco debe ser lisa y el compuesto de relleno no debe fracturarse ni presentar escamas que afecten la hermeticidad y la estabilidad mecánica. Cuando los huecos, orificios preformados, se realizan en fábrica, podrán estar protegidos por un tubo de PVC o PE con relleno. También se podrán aceptar tapones de caucho o de polietileno de alta densidad que sean resistentes a los rayos solares y a la intemperie. El relleno utilizado deberá ser de fácil remoción y no afectar las características mecánicas, térmicas y de hermeticidad de la cruceta. Los orificios para los pernos que no se utilicen en el montaje o vestida no se deben abrir. 3.3 Mecánicas y Térmicas La cruceta o brazo compuesto deberá ser adecuado para soportar la carga de tensión ejercida por los conductores ACSR, ACSR/AW, cable cubierto, cable aéreo aislado o AAAC y los cables cubiertos del sistema de distribución de energía tanto en sistemas mecánicamente balanceados como no balanceados. Los requisitos mecánicos y térmicos de las crucetas serán de acuerdo con las condiciones reales de montaje (según el tipo de perno porta aislador) y las características de los materiales y producto; según las diferentes normas ASTM.
PRIMERA EDICIÓN: MAYO 2011 DIBUJÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN APROBÓ: SUBGERENCIA REDES DISTRIBUCIÓN ÚLTIMA PUBLICACIÓN: MAYO 2011 REVISÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN Página 6 de 13 6 NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS CRUCETA DE RESINA REFORZADA EN FIBRA DE VIDRIO RA7­033 Deberá ser resistente a los rayos solares, a la humedad y a la lluvia. La superficie debe ser lisa y auto­limpiante con el fin de evitar la acumulación de la suciedad. Debe ser resistente a la llama que se puede producir como consecuencia de las descargas atmosféricas. El peso deberá ser como máximo la tercera parte de la correspondiente en cruceta de madera o la mitad de la correspondiente en material metálico. El relleno debe ser uniforme y compacto de tal manera que cuando se perfore la cruceta en el montaje toda la parte superficial interna del hueco debe quedar lisa y uniforme. La cruceta no debe sufrir talladuras de las arandelas de presión, tuercas y tornillos que se utilicen en la fijación de los diferentes elementos. El fabricante deberá verificar que estos materiales normalizados por las Empresas Publicas de Medellín no afecten el funcionamiento de la cruceta. Los requisitos mecánicos serán de acuerdo con lo establecido en la regla 252 “Loads on line supports” del NESC ANSI/IEEE C2. ­ Deberá resistir una carga vertical mínima hacia abajo de 340 kgf con una deflexión máxima de 63 mm simulando las condiciones de trabajo. ­ Deberá resistir a una temperatura de 50°C, una carga vertical mínima en un extremo hacia abajo con 340 kgf y no debe presentar deflexión de más de 70 mm, de acuerdo con el montaje en el terreno. ­ No debe existir rotura a carga máxima, donde la carga máxima es superior a 1021 kgf. ­ Para el ensayo debido a la carga transversal del pin o del perno porta aislador. El ensayo se debe hacer con el montaje de suspensión indicado en las normas RA1 y RA2. Para el aislador tipo pin según la norma RA7­009. La carga es aplicada a la altura del conductor y perpendicular a él. La cruceta debe resistir sin fallas o defectos hasta 370 kg y de falla de 740 kg. ­ Para el ensayo longitudinal del pin o perno porta­aislador con la carga horizontal a la altura del conductor y paralelo a él: 772 kg de máxima carga con aislador tipo pin. ­ La cruceta no deberá quemarse a una rata de velocidad 2.54 cm/min, de acuerdo con lo indicado en la norma ASTM D635. ­ Deberá tener una dureza BARCOL de 32 según la norma ASTM D2583. ­ La absorción de humedad de la cruceta debe tener como máximo un porcentaje de absorción de 0.6% después de inmersión en agua a 25 °C de acuerdo con lo indicado en la norma ASTM D570. ­ Deberá tener una resistencia a la flexión, por el método de los cuatro puntos de acuerdo con las normas ASTM D790 y D6242, mayor de 3000 kgf/cm2 y una flexión máxima de 40 mm. ­ Deberá tener una resistencia a la termo­deformación tal como lo indica la norma ASTM D648 (a una temperatura mínima de 100 °C).
PRIMERA EDICIÓN: MAYO 2011 DIBUJÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN APROBÓ: SUBGERENCIA REDES DISTRIBUCIÓN ÚLTIMA PUBLICACIÓN: MAYO 2011 REVISÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN Página 7 de 13 7 NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS CRUCETA DE RESINA REFORZADA EN FIBRA DE VIDRIO RA7­033 ­ Deberá resistir una prueba de impacto con una fuerza de 82 kilogramos tal como lo indica la norma ASTM D2444. 3.4 Eléctricas El material debe ser eléctricamente no conductivo. No deberá permitir corrientes de fuga a voltajes de 13.2 kV y 44 kV. El método de ensayo se hará según la norma ASTM D149 ó 257. Se harán pruebas de diseño para determinar las características eléctricas de la cruceta. Los ensayos serán de tensión en corriente alterna tanto en condiciones secas como en húmedas y de impulso en condiciones secas. Los ensayos se realizarán a montajes similares a los que se utilizan en el terreno con y sin aisladores tipo suspensión y/o tipo pin para 13.2 kV y 44 kV y con conductores desnudos o tubos metálicos. Las normas para estos ensayos serán de acuerdo con lo indicado en la norma IEEE­4 y la norma ANSI C29.1. Los ensayos en corriente alterna son para determinar el comportamiento de los aisladores en crucetas no conductivas. El BIL de las crucetas debe ser mínimo de 300 kV. Para la pruebas en AC seco o húmedo se aplicará el voltaje según el nivel de tensión de los aisladores para 13.2 kV ó 44 kV. 3.5 Acabado y Recubrimiento El acabado y material de la cruceta no debe causar irritaciones, alergias, salpullidos en la piel, o problemas respiratorios, en general, no debe afectar la salud del operario. La cruceta deberá ser libre de burbujas, escamas, fibras expuestas, roturas y poros. Las Microfisuras serán de menos a 6.6 mm de longitud. La cruceta será libre de agrietamientos internos y externos. 3.6 Herrajes para Instalación Las crucetas se instalarán con pernos espaciadores utilizados para crucetas de madera, es decir, dimensiones más largas que las de cruceta metálica. El herraje para sujetar los cortacircuitos y pararrayos puede ser en L según RA7­053 o el recomendado por los fabricantes de estos dispositivos para crucetas de madera. 4. ENSAYOS 4.1 Dimensionales La verificación de las dimensiones de las crucetas con sus orificios se hará de acuerdo con lo indicado en los diagramas o esquemas anexos.
PRIMERA EDICIÓN: MAYO 2011 DIBUJÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN APROBÓ: SUBGERENCIA REDES DISTRIBUCIÓN ÚLTIMA PUBLICACIÓN: MAYO 2011 REVISÓ: ÁREA INGENIERÍA DISTRIBUCIÓN Página 8 de 13 8 NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS CRUCETA DE RESINA REFORZADA EN FIBRA DE VIDRIO RA7­033 4.2 Mecánicos Los ensayos mecánicos serán de dos tipos: ­ De acuerdo con las condiciones de montaje real según las normas de construcción de red aérea. ­ De acuerdo con las especificaciones del material y del producto según las normas ASTM enunciadas en esta norma. Las que simulan las condiciones de montaje real serán pruebas tipo y de aceptación (se realizarán cuando las Empresas Publicas de Medellin lo soliciten); las de producto se harán según las normas ASTM (diseño y aceptación). A las crucetas de perfil redondo se les harán pruebas dimensionales según la norma ASTM F711. Pruebas de aplastamiento horizontal y de cizalla: La cruceta redonda deberá ser rematada en un extremo con los herrajes metálicos adecuados para ser fijada al poste y en el otro extremo con el herraje metálico incluyendo el perno porta aislador para el aislador tipo pin. Características y requisitos mecánicos de los ensayos que se deben realizar a las crucetas: 4.2.1 Resistencia Última de Tensión Para el ensayo se instala la cruceta de 2400 mm, simulando la instalación de campo, centrada en el poste u otra forma similar en el laboratorio con una diagonal en “V”, para el ensayo en desbalance de carga. Se le aplica una carga de 227 Kg a 40 cm del extremo en incremento por paso de 227 kg hasta 6 veces, 1362 kg, sin que ocurra falla. La deflexión máxima debe ser de 70 mm. La cruceta debe volver a su posición inicial. La resistencia a la tensión de la materia prima se hará de acuerdo con lo indicado en la norma ASTM ­ D638 ”Standard test method for tensile properties of plastics”. 4.2.2 Ensayo de Flexión con Carga y sin Calor El ensayo de flexión con carga y sin calor se realiza colocando la cruceta en una estructura rígida asegurándola a 35.5 cm del hueco del perno del aislador pin y se hala hacia abajo con una carga variable entre 227 kg hasta 1500 kg, los cuales producirán una flexión máxima de 2”. El ensayo de flexión transversal del perno del aislador tipo pin se hace en dirección perpendicular a la cruceta y en la misma dirección en que va instalado el conductor desde 114 kg hasta 454 kg siendo la flexión máxima de 70 mm. La cruceta debe volver a su posición inicial. Cuando se le aplica la flexión con carga y calor, es el mismo procedimiento que el descrito en la parte anterior pero aplicando tres (3) lámparas infrarrojas tipo sol de 250 Watt, las cuales son colocadas 661 mm encima de la cruceta y a una temperatura de 78°C. Este ensayo también se puede realizar como reemplazo al de simulación del montaje en el campo el especificado en ASTM D648 STANDARD TEST METHOD FOR DEFLECTION TEMPERATURE OF PLASTICS UNDER FLEXURE LOAD IN THE EDGEWISE POSITION.
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