Análisis de la distribución de voltajes en las cadenas de aisladores de una línea de transmisión de 500kv empleando el método de elementos finitos

Abstract

En esta investigación se diseñó y simuló el comportamiento del voltaje distribuido en una cadena de aisladores de suspensión mediante el uso del método de elementos finitos. Con base en las ecuaciones de Maxwell y Laplace, se formularon soluciones tanto analíticas como numéricas que permitieron analizar la distribución de voltaje en dichos aisladores, destacando su relevancia para comprender fenómenos relacionados con campos electromagnéticos y electrostáticos. Se presenta un análisis conciso sobre el uso del método de elementos finitos y su utilidad en la resolución de ecuaciones diferenciales asociadas al electromagnetismo. Se examina la formulación matemática del modelo y el desarrollo del cálculo empleando dicho método. A partir de información obtenida de catálogos y diseños estructurales certificados, se integra el modelo de la cadena de aisladores junto con la torre de transmisión en un software especializado. Posteriormente, mediante simulaciones iterativas, se identifica la posición de un punto de voltaje nulo como condición de contorno, localizada a una distancia específica de la cadena de aisladores. Se realizan simulaciones para analizar la distribución de voltaje en aisladores fabricados con porcelana y vidrio, obteniendo los respectivos resultados para cada caso.

In this research, the behavior of the voltage distributed in a chain of suspension insulators was designed and simulated using the finite element method. Based on the Maxwell and Laplace equations, both analytical and numerical solutions were formulated that allowed the analysis of the voltage distribution in said insulators, highlighting their relevance to understand phenomena related to electromagnetic and electrostatic fields. A concise analysis is presented on the use of the finite element method and its usefulness in solving differential equations associated with electromagnetism. The mathematical formulation of the model and the development of the calculation using said method are examined. Based on information obtained from certified structural catalogs and designs, the model of the insulator chain is integrated together with the transmission tower in a specialized software. Subsequently, through iterative simulations, the position of a zero voltage point is identified as a boundary condition, located at a specific distance from the insulator chain. Simulations are performed to analyze the voltage distribution in insulators made of porcelain and glass, obtaining the respective results for each case.