Contaminación en Aisladores

Contaminación en Aislamiento Eléctrico

INDICE 1.- I NTRODUCCION. 1.1.- El problema de la Contaminación 1.2.- Tipos de aisladores y definiciones 1.3.- Métodos para selección y dimensionado de aisladores

2.- PROCESO DE FLAMEO POR CONTAMINACION. 2.1.- Introducción 2.2.- Modelado 2.2.1 superficie hidrofólica 2.2.2 superficie hidrofóbica (repelente al agua) 2.3.- Aspectos ambientales 2.3.1 Variables climatológicas (Viento, intensidad y dirección, humedad, presión, temperatura, lluvia) 2.3.2 Tipos de contaminación (salina, industrial, desértica, otros) 2.3.3 Mecanismos de acumulación en aisladores 2.3.4 Mecanismos de humedecimiento (condensación, absorción higroscópica, etc) 2.3.5 Proceso de limpieza natural 2.3.6 Condiciones para el humedecimiento crítico 2.3.7 Efecto de varios aspectos de aisladores en la acumulación de la contaminación* 2.3.8 Modelos físicos y matemáticos para el depósito de contaminación

3.- CARACTERISTICAS DE LOS AISLADORES. 3.1 Introducción 3.2.- Materiales utilizados para aisladores Cerámicos y poliméricos 3.3 Comportamiento de los aisladores 3.3.1 Aisladores cerámicos 3.3.2 Aisladores poliméricos 3.3.3 Efecto de la orientación del aislador 3.3.4 Influencia de la contaminación no uniforme 3.3.5 Campos eléctricos en la superficie del aislador 3.4 Aisladores semiconductores 3.5 Conclusiones

4.- MONITOREO DE LA CONTAMINACION 4.1 Introducción 4.2 Medición de la contaminación en el aire Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted


4.2.1 medidor direccional de depósitos de polvo 4.3 Densidad de depósito de sal equivalente DDSE (ESDD) 4.3.1 Ventajas 4.3.2 Desventajas 4.3.3 Desarrollos adicionales 4.4 Densidad de depósito de no solubles DDNS (NSDD) 4.4.1 mediciones ópticas 4.5 Conductancia superficial 4.5.1 Ventajas 4.5.2 Desventajas 4.5.3 desarrollos adicionales 4.6 Flameo de aisladores 4.6.1 Ventajas 4.6.2 Desventajas 4.7 Medición de la corriente de fuga 4.7.1 conteo de pulsos 4.7.2 Corriente máxima 4.8 Conclusiones

5.- SELECCIÓN Y DIMENSIONADO DE AISLADORES 5.1 Introducción 5.2 Selección de las características del aislador 5.2.1 Selección del perfil 5.2.2 Selección las dimensiones del aislador 5.2.3 Método determinístico.

6.- MANTENIMIENTO 6.1 Introducción 6.2 Procedimientos de mantenimiento 6.2.1 Lavado en vivo de aisladores cerámicos 6.2.2 Lavado en vivo de aisladores poliméricos 6.3 Uso de grasas y recubrimientos de hule silicón RTV 6.3.1 Introducción 6.3.2 Hidro-carbono y grasas silicón 6.3.3 Recubrimientos de hule RTV Comportamiento de recubrimientos RTV Selección del recubrimiento Especificación Adhesión al aislador Espesor del recubrimiento, Degradación por corona Vida esperada Métodos de aplicación de recubrimientos RTV Re-aplicación Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted


Métodos de prueba para evaluar los recubrimientos RTV Experiencia de servicio 6.3.4 Resumen.

7.- IMPACTO AMBIENTAL 7.1 Descargas visibles 7.2 Ruido audible 7.3 Interferencia en radio 7.4 Interferencia en TV 7.5 Corrosión 7.6 Criterios para limitar la interferencia en radio debida a los aisladores 8.- EVALUACIÓN Al final del curso se hará una evaluación de comprensión del tema. Adicionalmente al material del temario, se han anexado 3 Apéndices, los cuales serán analizados o consultados, en caso de que se requiera. APÉNDICE I CONTAMINACIÓN AISLADORES Cimador y Vitet APÉNDICE II Tabla de clasificación de climas. Apéndice III Cuestionario IEC 815 Apéndice IV Tabla Diferentes tipos de aisladores poliméricos Nota: El presente curso se preparó teniendo en cuenta la ultima información publicada en este campo, en el trabajo “Polluted Insulators: A Review of Current Knowledge” preparado por CIGRE Taskforce 33-04-01 September 1999. Donde el Expositor participó siendo miembro del WG 33-04-01. Esta información es la base para la elaboración de la Nueva Publicación IEC que se encuentra en proceso a cargo del Dr. Clive Lumb. Se utilizan fotos y dibujos e información de las revistas y Guía Técnica de NGK ,con autorización del Dr. T.Irie Director de la NGK Review. También se utilizó información de Papers publicados en los Transactions del IEEE sobre los recubrimientos poliméricos RTV y HTV. Información sobre las técnicas de lavado en vivo en México publicada por CFE es analizada junto con información comercial de AB Chance. MMB2002-06-07 Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted


1.-INTRODUCCIÓN 1.1.- El problema de la contaminación El comportamiento de los aisladores utilizados en líneas aéreas de distribución, líneas de transmisión, y subestaciones abiertas, es un factor clave en la Confiabilidad de los Sistemas Eléctricos de Potencia. Los aisladores no solo deben soportar el voltaje de operación normal, sino también deben soportar sobre-voltajes sin reducción del comportamiento que pudiera ocasionar disturbios, flameos y salidas de línea. La reducción del comportamiento del aislamiento externo ocurre principalmente por la contaminación depositada en la superficie de los aisladores por el viento, pudiendo formar una capa superficial conductora o parcialmente conductora cuando ésta se humedece. La presencia de una capa de contaminación conductora o parcialmente conductora sobre la superficie del aislador definirá el comportamiento del flameo. Es impractico en muchas situaciones, evitar la formación de dicha capa y en consecuencia los aisladores se deben diseñar de modo que el comportamiento al flameo permanezca suficientemente elevado para aguantar todos los tipos de esfuerzos de tensión anticipados a pesar de la presencia de la capa de contaminación. En ciertas situaciones cuando la contaminación es extremadamente severa, pueden ser necesarias medidas preventivas tales como el lavado periódico o aplicación de recubrimientos poliméricos RTV y HTV.

1.2 Tipos de aisladores y Definiciones Los aisladores se dividen en 2 grandes categorías: Aisladores cerámicos y Aisladores poliméricos. Los aisladores cerámicos tienen una parte manufacturadas ya sea de vidrio o porcelana, mientras que los aisladores poliméricos están formados por una parte aislante que consiste de una cubierta polimérica, - por ejemplo, Hule Silicón, EPDM y EPR- la cual se fija a un núcleo de fibra de vidrio. Una descripción más precisa se proporciona mas adelante.

Definiciones Aislador: Material aislante diseñado en cierta forma para soportar un conductor físicamente y separar eléctricamente este de otro conductor . Aislamiento externo: Es el aislamiento en aire y las superficies expuestas del aislamiento sólido de los equipos, los cuales están sometidas a esfuerzos dieléctricos y los efectos de las condiciones atmosféricas tales como contaminación y humedad. Flameo: Una descarga a través del aire o sobre la superficie del aislamiento sólido, entre partes de potencial diferente o polaridad, producido por la aplicación de voltaje en la cual, la trayectoria de ruptura esta suficientemente ionizada para mantener un arco eléctrico. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

1


Distancia de arqueo en seco: Es la distancia mas corta a través del medio circundante entre los electrodos terminales, o la suma de las distancias entre dos electrodos, la que sea más corta. Distancia de Fuga: La suma de las distancias mas cortas medidas entre las partes conductoras. Aislamiento Auto recuperable: Aislamiento que recobra completamente sus propiedades aislantes después de una descarga disruptiva causadas por la aplicación de voltaje de prueba. Aislante de esta clase es generalmente, pero no necesariamente, el aislamiento externo. Perforación: Término utilizado cuando una descarga disruptiva ocurre a través de un dieléctrico sólido. Esto generalmente ocasiona pérdida permanente de la rigidez dieléctrica. Aislamiento No Auto-recuperable: Un aislamiento que pierde sus propiedades aislantes o no las recobra completamente, después de una descarga srcinada por un voltaje de prueba; aislamiento de éste tipo es generalmente, pero no necesariamente, aislamiento interno. Tipos de aisladores Existe una gran variedad de tipos y perfiles como se indica abajo.

1.3.- Métodos para selección y dimensionado de aisladores Existen diversos métodos para selección y dimensionado de aisladores, entre ellos podemos citar a manera de ejemplo: A) Guía IEEE. “Application of Insulators in a Contaminated Environment “ IEEE Trans. Vol. PAS 98, Sept / Oct 1979 B) Guía NGK Technical Guide Cat No 91 R NGK Insulators Ltd. 1989 C) Guía IEC 815, 1986 D) Nueva Guía IEC 60915, April 2000 Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

2


En la siguiente pagina se muestra una hoja del pre-draft de la nueva IEC 815. Obsérvese que se divide en 5 secciones y su alcance es mas amplio que el de la anterior IEC 815, ya que considera los aisladores cerámicos, poliméricos y semiconductores, tanto para los sistemas de C.D. como de C.A.

Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

3


Perfiles y dimensiones de algunos tipos de aisladores


4



5


2.- PROCESO DE FLAMEO POR CONTAMINACION

Figura a)

Figura B)

Figura 2-1a Comparación comportamiento entre semiconductores y poliméricos NGK Lab. Figura 2-1b Flameo de una cadena de aisladores de vidrio

2.1.- Introducción El proceso de flameo de los aisladores es influenciado de manera importante por las propiedades de la superficie del aislador. Se reconocen dos condiciones superficiales: hidrofólica e hirofóbica. Una superficie hirofólica generalmente esta asociada con aisladores cerámicos mientras que una superficie hidrofóbica esta asociada con aisladores poliméricos, especialmente de hule silicón. En condiciones húmedas, tales como, lluvia, niebla, etc. – las superficies hidrofólicas se mojarán completamente de modo que una película electrolítica cubrirá el aislador, y en una superficie hidrofóbica se formarán gotas de agua separadas y distribuidas en toda la superficie del aislador. El proceso de flameo para aisladores cerámicos [Electra 64], es decir, aisladores con superficie hidrofólica es como sigue: Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

6


a) El aislador es cubierto con una capa de contaminante que contiene sales solubles o ácidos diluidos, o álcalis. Si la contaminación se deposita como una capa de electrolito liquido, es decir, como brisa mariana, las etapas c) a f) pueden proceder inmediatamente. Si la contaminación no es conductora cuando esta seca, es necesario un proceso de humedecimiento (paso o etapa (b)). b) La superficie del aislador contaminado se encuentra humedecido ya sea completamente o parcialmente por niebla, neblina, lluvia ligera, aguanieve y la capa de contaminación es conductiva. La lluvia fuerte es un factor complicado: esta puede lavar parcial o totalmente la capa contaminante sin que se inicien las otras etapas en el proceso de ruptura, o puede brincar el la distancia en aire (gap) entre faldones ocasionando así el flameo. c) Una vez que el aislador energizado esta cubierto con una capa de contaminación conductora, fluye una corriente de fuga superficial y su efecto térmico comienza a secar partes de la capa contaminante. d) El secado de la capa contaminante es siempre no uniforme y, en ocasiones la capa de contaminación conductiva, se interrumpe por las bandas secas que inhiben el flujo de la corriente de fuga. e) La tensión de línea a tierra es aplicada a la banda seca, la cual puede ser de solamente unos cuantos centímetros de ancho. Esta causa ruptura del aire y se establece un arco en la banda seca, que están eléctricamente en serie con la resistencia de porciones húmedas de la capa de contaminación. Una corriente de fuga transitoria ocurre cada vez que las bandas secas arquean. f) Si la resistencia de una parte húmeda de la capa contaminante es suficientemente baja, los arcos que brincan o cortocircuitan las bandas secas, son capaces de mantenerse continuamente y así se pueden extenderse a lo largo del aislador, por lo que brincan o puentean cada vez mas la superficie. Esto a su vez decrece la resistencia serie con los arcos, aumentando la corriente y permitiendo que los arcos brincan aun más la superficie. Finalmente el aislador es completamente cortocircuitado y se establece la falla de línea a tierra. En la Figura 2-2 se muestra el proceso completo.

1 de Depósito Contaminación

2 Humedecimiento

3 en Arqueo banda seca

4Flameo completo Dr. Marcos Moreno

ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

7


Figura 2-2 Representación esquemática del proceso de flameo por contaminación en un aislador cerámico. Los procesos claves involucrados en el proceso de flameo se muestran en la Figura 2-1. El medio ambiente, dentro del cual el aislador opera, influencia los dos primeros procesos - depósito y humedecimiento del contaminante – mientras que los aspectos eléctricos gobiernan los últimos dos procesos.

2.2.- Modelado 2.2.1 Superfice hidrofólica Se ha supuesto que el proceso de flameo a través de aisladores cerámicos se aplica a superficies hidrofólicas, es decir, donde esta superficie es cubierta con una película de electrolito. Los modelos están, por lo tanto, basados en el estudio de un arco en serie con una resistencia, representando un arco de banda seca y una superficie contaminada húmeda respectivamente. 2.2.1.1 Modelo matemático para C.D. y C.A El modelado matemático del flameo por contaminación en aisladores cerámicos para C.D y C.A se explica en el Apéndice I (Cimador y Vitet) 2.2.2 Superficie hidrofóbica (repelente al agua) El comportamiento superior de los nuevos aisladores poliméricos bajo contaminación es generalmente atribuido a su propiedad de repelencia al agua, es decir, a su hidrofobicidad. Debido a que la superficie no se humedece, el agua forma gotas aisladas más que una película superficial continúa. La hidrofobicidad puede ser perdida debido a diferentes mecanismos de envejecimiento, como el humedecimiento severo, chorro de arena, corona y descargas tipo chispa y posiblemente radiación solar. Para la misma densidad superficial de contaminación, la resistencia superficial de un aislador polimérico es generalmente algunos órdenes de una magnitud mayor que el de un aislador de vidrio o porcelana similar. Se tiene también que las corrientes de fuga asociadas con las descargas del aislador polimérico son generalmente algunos órdenes de magnitud más bajos que los niveles correspondientes para los aisladores cerámicos. Debido a la naturaleza dinámica de una superficie polimérica y la compleja interacción resultante con los contaminantes y agentes humectantes, hoy no existen modelos cuantitativos del flameo por contaminación para aisladores poliméricos que sea similar a lo expuesto en la sección 2.2.1 para aisladores cerámicos. Sin embrago, un cuadro cualitativo para el mecanismo de flameo esta emergiendo [30] Este involucra elementos tales como la migración de sal en las gotas de agua, inestabilidad de las gotas de agua, formación de filamentos líquidos superficiales y desarrollo de descargas entre filamentos o gotas cuando el campo eléctrico es suficientemente elevado. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

8


2.3.- Aspectos Ambientales 2.3.1 Climas o Variables climatológicas y ambientes típicos Las condiciones que rodean al aislamiento externo conducen al depósito del contaminante, y el humedecimiento o limpieza del aislamiento. Estas son causadas por un conjunto de variables atmosféricas que interactúan entre ellas y con la superficie del aislador. Las variables más importantes son: el viento, lluvia, humedad, temperatura y presión. Las condiciones atmosféricas pueden variar tanto en tiempo como en espacio. Los patrones de ocurrencia de las condiciones atmosféricas similares pueden agruparse en climas. Un clima es por lo tanto, el resultado de la interacción de las condiciones atmosféricas con la superficie de la tierra y se pueden clasificar en: local, regional y global. Una clasificación general de los climas se encuentra en el Apéndice II.

2.3.1.1 Clima local Por sus características generales, el clima local depende del clima regional y en última estancia del clima global. Es por lo tanto útil recordar que el clima local de un lugar particular es una variación del clima regional. Esto significa que es posible aplicar el conocimiento para crear modelos para: a) Entender los procesos físicos de la interacción entre clima y aislamiento externo. b) Predecir el fenómeno de contaminación. El propósito de tales estudios es encontrar las relaciones básicas entre las variables atmosféricas y el fenómeno de la contaminación. Información sobre la variación en el tiempo de las variables atmosféricas es necesaria. Las fuentes de información, desde luego, variarán según las necesidades. El Servicio Meteorológico generalmente proporciona valores promedio, sin embargo, si se requiere información específica, será necesario recurrir a su departamento de investigación. Dependiendo del tipo de estudio que se vaya a realizar, la información podrá ser sobre el clima local o regional. Por ejemplo para estudiar el diseño del aislamiento o el mantenimiento de una L de T de 100 km de longitud y para una vida esperada de 50 años, será conveniente utilizar la información del clima regional. En el Apéndice II se indica una clasificación de los climas.

2.3.1.2 Ambientes típicos y tipos de contaminación Para la selección y diseño del aislamiento externo, se han definido ambientes típicos, algunos ejemplos son: Marino: Áreas cercanas a las costas, donde el contaminante es predominantemente sal (NaCl) y el componente inerte de la contaminación es bajo. Industrial: Áreas próximas a industrias contaminantes como Plantas de acero, Plantas de carbón, fábricas de cemento, plantas químicas, plantas generadoras. En estas áreas los tipos de contaminante pueden ser muy diversos. El contaminante presente puede variar desde ácidos disueltos hasta sales de disolución lenta (yeso, o cemento), generalmente el componente de Dr. Marcos Moreno material inerte es alto. ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

9


Desértico: El contamínate básicamente es arena, que puede contener altas cantidades de sal, por ejemplo en Tunes es, 18% , resultando en una capa muy conductiva cuando se humedece. El contaminante en el aislador tiende a ser higroscópico con un alto contenido de material inerte. Áreas desérticas tierra adentro, típicamente son muy secas, con mucho viento y polvo y además calientes. Las grandes fluctuaciones entre día y noche eleva la humedad relativa a niveles tan altos como 93% durante la salida del Sol, srcinando una humedad muy elevada que ocasiona flameos frecuentes en algunos casos. Si las áreas desérticas están cerca de la costa, el problema de contaminación es combinado y por supuesto mas complejo. Mixta Si las áreas industriales están próximas a la costa o al desierto, entonces la contaminación se describe como mixta. Agrícola: Contaminación causada por la aspersión de fertilizantes e insecticidas al cultivo. Cuando la línea cruza la tierra lista para la cosecha, las estructuras sirven para que los pájaros grandes se posen sobre ellas, produciendo fallas por excremento. El ambiente puede ser clasificado de acuerdo a la naturaleza de la fuente de contaminación: - Áreas sin problemas de contaminación o áreas limpias. - Áreas con problemas de contaminación aislada y de extensión limitada que pueden generalmente se pueden referir a una fuente de contaminación particular. Estas áreas son definidas como aquellas que experimentan una contaminación local. La contaminación local a menudo se encuentra en áreas sin contaminación, pero actividades agrícolas o industriales causan el problema. -Áreas con problemas de contaminación muy dispersa que usualmente no se puede referenciar a una sola fuente de contaminación localizada. Estas áreas son definidas como contaminación regional. La contaminación regional puede a menudo encontrarse en áreas industrialmente desarrolladas, típicamente con numerosas plantas químicas, fabricas de acero, cemento, fertilizantes, etc. La contaminación regional puede encontrarse también a lo largo de áreas costeras, especialmente si el patrón meteorológico incluye sesiones secas incluyendo una estación seca que permite la acumulación de la contaminación en los aisladores. Estos tipos de clasificación solamente pueden ser utilizados para describir el ambiente en términos generales. Por lo tanto, un estudio detallado de la contaminación realmente presente es requerido para lograr la selección del aislamiento óptimo. La experiencia de servicio ha mostrado que el comportamiento de los aisladores cerámicos es adecuado si los aisladores han sido dimensionados apropiadamente. Sin embargo, varios factores pueden influenciar el comportamiento de manera adversa aunque la selección del aislador fue apropiada en el tiempo del diseño.

Factores adversos Primero, el ambiente puede cambiar durante la vida de los aisladores. Esto puede ser particularmente problemático en áreas industrializadas, donde la región puede haber sido clasificada srcinalmente como limpia y luego, en algún punto, las fuentes de contaminación adicionales se Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

10


localizaron cerca de la instalación. Este podría ser el caso si nuevas fábricas son construidas, o si un área es desarrollada para la agricultura después de que los aisladores ya fueron seleccionados.

Segundo, se ha observado que, en algunas áreas aunque estén limpias, los efectos de la contaminación se manifiesta varios años después deque los aisladores han sido instalados, aun si no tiene lugar una nueva actividad industrial o agrícola. Esto es simplemente que la contaminación se va acumulando gradualmente en el aislamiento en el transcurso del tiempo; a menudo en una escala de tiempo de varios años. Otros cambios en el ambiente podrían estar relacionados con los cambios en los nidos de las aves, las cuales srcinan flameo por contaminación del excremento. Tercero, cambios en el clima se sabe que causan salidas importantes debido a los patrones meteorológicos inusuales. Grandes tormentas que pueden ocurrir con probabilidad relativamente baja pueden repentinamente causar contaminación costera severa. En áreas de tierra adentro, prolongados periodos de sequía puede también causar una acumulación inusual de la contaminación. 2.3.2 Tipos de contaminación La contaminación se clasifica en dos tipos: a) activa y b) inerte. La primera es la contaminación que forma una capa conductora, la segunda, la que influye de manera adversa a la conductividad de la capa. La cantidad o severidad de la capa de contaminación en un aislador, normalmente se expresa en términos de la Densidad de Deposito de Sal Equivalente (ESDD). Esta cantidad se obtiene al medir la conductividad de la solución que contiene los contaminantes removidos de la superficie del aislador y luego calculando la cantidad equivalente de sal que tiene la misma conductividad. La ESDD se expresa en mg de sal /cm2 del área superficial del aislador.

Tipos de contaminación activa. La contaminación activa se clasifica de acuerdo a la facilidad con la que se forma la capa conductiva. Se tiene dos tipos: a) contaminación conductora b) contaminación que debe disolverse en agua para ser conductiva. Ejemplos típicos de estos tipos de contaminación se muestran en la siguiente tabla. Contaminación conductora Depósitos metálicos Depósitos metálicos se encuentran normalmente cerca de las minas e industrias relacionadas. La rigidez dieléctrica del aislador es severamente afectada si la densidad de los contaminantes en la superficie del aislador es tal que las partículas individuales están en contacto o si las distancias entre partículas son conectadas por un electrolito. El excremento de aves generalmente es una pasta húmeda con sales de alta conductividad. Contaminantes disueltos Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

11


2.3.3 Mecanismos de acumulación del contaminante en aisladores La acumulación de contaminantes en la superficie de un aislador, es el resultado neto de los procesos que traen el contaminante a la superficie y de aquellos que ocasionan su auto-limpieza

2.3.3.1 Proceso contaminante. El proceso contaminante es decidido por la fuerza que trae las partículas contaminantes hacia la superficie del aislador y por la condición de esa superficie. La fuerza F p que determina el movimiento de una partícula contaminante cerca del aislador es la combinación de tres fuerzas: fuerza del viento FW , fuerza gravitacional Fg , y la fuerza del campo eléctrico FE , es decir: →

→

→

→

Fp = Fw + Fg + FE

La fuerza del campo eléctrico sobre una partícula neutra es la fuerza dielectroforética , algunas veces llamada la fuerza del “ gradE ”, y esta sobre una partícula cargada, es la fuerza electrostática. Esta última solo tiene efecto bajo tensión de c.d. Estudios realizados por [Schei] indican que el viento es la fuerza dominante que gobierna el movimiento de las partículas contaminantes para velocidades de viento de 2 a 3 m/s y mayores. Cuando la velocidad del viento es baja, la fuerza electrostática (en el caso de c.d.) y la fuerza gravitacional dominaran. Para c.a., el viento es el factor dominante.

2.3.3.2 Deposito de contaminación por el viento El viento se debe a cambios en la presión atmosférica o por diferencias de temperatura entre dos sitios. La velocidad y dirección son las principales características del viento.Existe una buena correlación entre la cantidad de contaminación (materiales soluble e insoluble) en la superficie del aislador y la velocidad del viento predominante, si el viento no contiene grandes partículas. La figura 2-3 muestra un ejemplo de la relación entre la Densidad de Deposito de Sal (SDD) y la velocidad del viento marino para un aislador instalado cerca de la costa y para la cual la contaminación en su superficie no es removida por el viento. La relación empírica es S =C

∑V i

3

i

• ti

Donde S = densidad de deposito de sal en la superficie del aislador. (mg / cm 2 ) Vi = velocidad del viento promedio, para cada intervalo de tiempo i (m/s) ti = longitud del intervalo de tiempo i (hora) C = Constante que depende de ka localización de la estación de prueba y del tipo de aisladores; valores típicos están entre 5.2 x 10-6 y 8.0 x 10-6


12


Figura 2-3 Acumulación de contaminantes por un fuerte viento marino El viento puede transportar contaminantes a grandes distancias, los cuales pueden ser sólidos o gases. La figura 2-4 muestra que aunque el efecto del mar se reduce rápidamente con la distancia a la costa, el viento puede transportar los contaminantes tierra adentro, de modo que el efecto de la costa aun puede ser significativo a cierta distancia dependiendo de la topografía. También, debido al transporte de los contaminantes por el viento, puede resultar una capa de contaminación mayor a la normal cuando se utilizan fertilizantes o se queman los residuos de la cosecha.

Figura 2-4 Relación entre la distancia desde la costa y el ESDD medido en un aislador de disco estándar en condiciones de contaminación salina ordinario. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

13


En contraste, la acción del viento puede modificar el proceso de flameo debido a que podría remover partículas no adheridas o extinguir el arco en la superficie contaminada.

2.3.3.3 Contaminación depositada por la lluvia Los gases como SO2 en la atmósfera aumentan continuamente debido a la influencia de los residuos industriales, estos gases se disuelven en agua y forman ácidos, lo que conduce a tener lluvia ácida, niebla ácida, hielo ácido. En condiciones de lluvia o niebla ácida, la conductividad superficial del aislador aumenta. Gases que son la causa de la lluvia ácida pueden viajar (por el viento) distancias hasta de 2000 km. La lluvia ácida puede tener valores de pH tan bajos como 3. 2.3.3.4 Otros mecanismos Además del proceso bien conocido de la acumulación de contaminantes en áreas costeras o regiones con depósitos sólidos, hay otros eventos que pueden causar flameos inesperados. Estos eventos ocurren aun si el diseño del aislador parece ser el correcto para las condiciones de contaminación al voltaje fase tierra en el sitio específico. Por ejemplo la acumulación de excremento de aves, ya visto, la distribución del contaminante no uniforme axialmente, o el humedecimiento no uniforme en los aisladores uniformemente contaminados. En estas condiciones, el voltaje de flameo puede reducirse a un 70 % del valor obtenido con una distribución uniforme de contaminación (laboratorio) 2.3.4 Mecanismos de humedecimiento Los mecanismos de humedecimiento son: Precipitación Condensación Absorción higroscópica Difusión molecular.

Precipitación La precipitación de la niebla, llovizna y lluvia son considerados como los más severos, debido a que estos pueden humedecer tanto la superficie inferior del aislador como la superior. Este efecto depende de las condiciones de viento. Algunos investigadores han estudiado el proceso de humedecimiento de los depósitos de contaminación en un aislador y desarrollaron un modelo físico que tiene en cuenta tres procesos: El de colisión de las gotas de agua (niebla), La condensación, El comportamiento higroscópico y La difusión molecular (presión de vapor). Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

14


La conclusión principal es que el efecto de la diferencia de temperatura entre el depósito superficial y la niebla es muy importante, ya que este parámetro afecta los 3 procesos de humectación. Si la temperatura superficial es mas alta (positiva) que la temperatura ambiente del aire, la humectación solamente será debida al comportamiento higroscópico y a la difusión molecular. Por otro lado, si la temperatura superficial es menor que la del ambiente (negativa), los 3 procesos (condensación, comportamiento giroscópico y difusión molecular) se combinan para producir el humedecimiento. La magnitud de la diferencia de temperatura, siendo positiva, para el comportamiento higroscópico y difusión, o negativa, para los 3 procesos combinados, afecta la rapidez del humedecimiento. Entre más positiva es la diferencia de temperatura, menor es la rapidez del humedecimiento. Entre mayor es la diferencia de temperatura negativa, mayor es la rapidez del humedecimiento. También, se concluyó que el valor de la humedad absoluta tiene una influencia considerable en el humedecimiento debido al comportamiento higroscópico y difusión molecular pero muy poco en el proceso debido a la condensación. Se recuerda que la presión del vapor de una solución es siempre menor que la de un liquido en estado puro.

Tipos de precipitación y duración Las características de la precipitación que tienen el máximo efecto en el comportamiento del aislador son la intensidad y la resistividad del agua de lluvia. La intensidad de la precipitación y su duración dependen del tipo de nube, esta a su vez esta directamente conectada con el proceso de formación de la nube. En general, las nubes tipo cúmulos nimbus involucra vigorosos movimientos, produciendo grandes gotas de agua y una precipitación intensa por un corto periodo. Su influencia esta restringida a pequeñas áreas geográficas. Las nubes Estratos y alto estrato – en contraste- involucran movimientos verticales más persistentes, menos vigorosos en un área mucho amplia, por lo que resultan precipitaciones prolongadas, más estables y generalmente menos intensas. Esto se puede ver de la Figura 2-5 que muestra curvas de intensidad –versus- duración de la lluvia. Por ejemplo, en Miami es un área dominada por nubes tipo cúmulos. Aquí, lluvias de corta duración son probablemente mucho mas intensas que en Seattle, donde las precipitaciones debidas a las depresiones, son predominantes. La diferencia en intensidad decrece a medida que la duración crece. Las curvas indican que solamente una vez en 10 años se espera que Seattle tenga una intensidad de lluvia – promediada en 12 horas-- que alcance o exceda los 5.5 mm/h .


15


Figura 2-5 Curvas de Intensidad versus duración de la lluvia Los tipos de precipitación se presentan en la Tabla 2-6.

. Mediciones de resistividad del agua de lluvia tomada en Japón se muestran en la Figura 2-6. El promedio de la distribución de resistividad varia de 10 a 30 kΩcm


16


Figura 2-6 Resistividad del agua de lluvia (kΩcm) Para resistividades de lluvia menores a 14 kΩcm, la rigidez del aislamiento decrece rápidamente, principalmente en función de la resistividad de la lluvia aunque también de la intensidad de la precipitación como se muestra en la Figura 2-7.

Figura 2-7 Relación entre la resistividad del agua de lluvia y la rapidez de reducción del voltaje de flameo.

Niebla La niebla puede formarse cuando un volumen de aire es enfriado por debajo de su punto de rocío. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

17


La nieblas de radiación se forman cuando la tierra se enfría debido a la perdida de calor por radiación. Particularmente en noches claras y quietas, cuando el efecto de radiación es grande, el aires puede enfriarse por abajo de su punto de rocío y resultara una niebla.. Esto comienza a formarse muy cerca de la superficie de la tierra- alrededor de la media noche- y gradualmente se va haciendo espesa e intensificando a medida que la noche progresa. Otro mecanismo que produce la niebla esta asociado a movimiento horizontal del aire. Si una corriente de aire caliente comienza a soplar sobre una superficie más fría, el aire rápidamente se ajusta a la temperatura de esa superficie. De nuevo, dando suficiente enfriamiento o suficientemente aire húmedo, la niebla resultara. Este tipo de niebla es conocida como niebla advectiva. Tabla 2-7 Características de la niebla Valores típicos.

La densidad de la niebla natural varia en un rango de 0.01 g/m3 (muy ligera9 hasta 1.0 g/m3 (muy fuerte, niebla marina) y aproximadamente el 90 % de todas las nieblas tienen densidades menores de 0.5 g/m3 Otras características típicas se indican en la Tabla 2-7. La niebla artificial para pruebas en aisladores tienen densidades de 10 a 100 veces mas grandes que la niebla natural. Una razón para esta diferencia es que la mayoría de las instalaciones de prueba no están térmicamente aisladas suficiente para mantener una densidad de la niebla uniforme menor a 2.0 g/m3. Otra razón es que las pruebas artificiales están ideadas para abarcar el espectro completo de niebla, bruma, llovizna. En la Tabla 2-8 se indican las características de la niebla artificial de algunos laboratorios. Tabla 2-8 Características de niebla artificial Valores típicos


18


Condensación La condensación ocurre cuando la temperatura de la superficie del aislador cae por debajo de la temperatura del punto de rocío. En noches quietas y claras, la superficie del aislador -particularmente en la parte superior- pierde calor por radiación al cielo oscuro, más rápido que el calor suministrado a este por corrientes de aire. Si la temperatura cae abajo del punto de rocío, la humedad forma en la superficie del aislador. Estas condiciones son comúnmente producidas en ambientes desérticos por la noche o muy temprano en las mañana. El humedecimiento por condensación –rocío es la causa principal de flameo en los aisladores en servicio. Estudios han mostrado que esto a menudo ocurre en la madrugada cuando el aislador esta a una temperatura menor que la del aire circundante, debido al defasamiento térmico. Absorción de humedad El humedecimiento de la capa de contaminación en un aislador puede ocurrir mediante la absorción de humedad de los componentes solubles e insolubles de la capa. Esto da como resultado un aumento de la conductividad superficial y, por lo tanto, la humedad relativa del ambiente tiene gran influencia en el voltaje de flameo. La Figura 2-8 muestra esta condición. La cantidad de humedad absorbida por la capa de contaminación, depende de su presión de vapor. Si la presión de vapor en la atmósfera es mas alta que la de la presión de vapor de la solución, esta solución absorbe humedad. La presión de vapor del agua siempre es más alta que la de las soluciones acuosas.

Figura 2-8 Influencia de la humedad del ambiente en el voltaje de flameo del aislador. La conclusión principal de estudios es que la intensidad de la absorción de humedad en la superficie de un aislador depende de la composición química del contaminante. El efecto la absorción intensa y continua puede ocasionar descargas superficiales prolongadas al voltaje de operación o puede ser una razón flameos cortos después de que el voltaje ha sido aplicado. Alta humedad en el aire y las propiedades higroscópicas de las capas de contaminación son también muy importantes en la determinación del comportamiento de los aisladores a los impulsos de maniobra Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

19


2.3.5 Proceso de limpieza natural Los procesos naturales que limpian la superficie del aislador son el viento y la lluvia. Mientras que el viento puede acarrear contaminantes a la superficie del aislador, este también puede soplar y retirar la contaminación. Una tormenta de arena en un área desértica puede tener un efecto de chorro de arena que limpia el aislador. La lluvia intensa es el medio más efectivo para limpiar el aislador. Los contaminantes son eliminados por el impacto de alta velocidad de las gotas de lluvia. Este efecto es reducido, sin embargo, en aquellas áreas de los aisladores, que están protegidas con faldones que tienen nervaduras inferiores profundas. Una reducción similar ocurre en las aletas que no están muy separadas. Los aisladores con perfil abierto logran un lavado más efectivo por la lluvia que aquellos con perfiles con nervaduras inferiores. La orientación de un aislador y el tamaño del área que ésta presenta a la limpieza por lluvia, también juega un parte importante en la efectividad del lavado natural. Los aisladores montados horizontalmente son lavados mas efectivamente que los instalados verticalmente. La tabla 2-9 muestra los valores aproximados del comportamiento de lavado por lluvia natural de aisladores en condiciones de contaminación ordinaria.

Tabla 2-9 Lavado por lluvia natural

2.3.6 Condiciones para el humedecimiento crítico Hay una cantidad critica de agua requerida en la superficie del aislador para producir el voltaje de flameo mínimo. Las condiciones mas severas requieren suficiente cantidad y duración temporal del humedecimiento para disolver la mayoría de los contaminantes conductivos sin removerlos de la superficie del aislador. Dependiendo de los tipos de contaminantes y de las características del aislador, las condiciones de humectación criticas mas comúnmente ocurren durante la niebla, rocío o lluvia ligera. 2.3.7

Efecto de los diferentes aspectos de los aisladores en la acumulación de la contaminación Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

20


2.3.7.1 Perfil El proceso de acumulación de los contaminantes en los aisladores en servicio es muy complejo. Observaciones de la distribución de la contaminación en aisladores instalados en áreas desérticas se muestran en la Figura 2- 9.

Figura 2- 9 Distribución de sal en la superficie de aisladores de dos perfiles diferentes expuestos en el desierto En tales áreas, se ha encontrado que los aisladores que tienen un perfil aerodinámico son menos contaminados que aquellos que tienen perfiles más complicados. Sin embargo, esto no siempre es el caso. Algunas observaciones de campo han mostrado la situación opuesta. Adicionalmente, estas diferencias no son únicas para los ambientes desérticos. Un mecanismo por el cual los aisladores antiniebla recogen menos contaminación que los aerodinámicos en ciertas áreas desérticas puede ser como sigue: Cerca de la costa, donde la humedad durante la noche es generalmente alta, los aisladores pueden humedecerse de modo que la unión entre la superficie y la contaminación aumenta. Debido a una superficie de exposición relativamente mayor del aislador aerodinámico- que permite que se enfríe mas efectivamente que el de oto tipo de aislador, este aislador será humedecido mas que el antiniebla con una superficie Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

21


mas complicada. Por lo tanto, los aisladores aerodinámicos pueden entonces recoger mas contaminación. Otro factor puede ser la superficie expuesta en la parte superior donde la contaminación que puede caerse es mayor. También es la diferencia en la limpieza -por el viento- de las partículas de contaminación para perfiles diferentes. En áreas con precipitaciones regulares mensualmente, los aisladores con perfiles aerodinámicos son menos contaminados tanto en el corto como en el largo plazo de exposición. Algunas áreas reciben lluvia solo por unos cuantos meses mientras que el resto del año es muy seco. En tales áreas, las aletas aerodinámicas pueden recoger menos contaminación durante los meses secos que aquellos con perfiles mas complejos. Después de los meses con lluvia , las aletas aerodinámicas están menos contaminadas que aquellas con aletas complicadas. Si se realiza el mantenimiento, un perfil abierto es mucho mas fácil de manejar que un perfil con la parte inferior complicada. La relación superior / inferior de contaminación en las aletas del aislador puede ser diferente en áreas diferentes y para diferentes tiempos del año. Algunas veces, la superficie del faldón se contamina mas que la superficie superior y algunas veces ocurre lo opuesto.

2.3.7.2 Orientación Resultados obtenidos en México, en 23 estaciones de prueba instalados en varios climas y condiciones de contaminación, han proporcionado factores de corrección para la composición química y distribución no uniforme de sales para diferentes regiones. También patrones de largo tiempo de acumulación de contaminación muestran que los cadenas de aisladores estándar con una orientación inclinada tiende a recoger menos contaminación que los montados verticalmentesiendo una relación de 0.9. Los aisladores montados horizontalmente recogen aun menos contaminación- la relación es de 0.15. Sin embargo, los efectos de orientación dependen de la región (rural, marina, industrial o una combinación de ellas) Los aisladores de tensión pueden también estar sujetos a efectos de dirección si la fuente principal de contaminación es de una fuente bien definida. En este caso, puede haber una influencia de la orientación y dirección en la determinación del comportamiento del aislador bajo contaminación natural para un lugar particular o tipo de locación. Para otras locaciones donde la contaminación puede acumularse rápidamente o la frecuencia de limpieza natural por la lluvia es muy bajo, la influencia de la orientación puede ser significativamente alterada- de la indicada arriba- para el mismo tipo de aislador.

2.3.7.3 Diámetro La experiencia de campo indica que –para aisladores cilíndricos - entre mayor es el diámetro de un aislador, menor será el nivel de ESDD acumulado en un tiempo dado, comparado con la superficie inferior de un aislador de suspensión de 250 mm. Los resultados de la medición de ESDD en una serie de aisladores cilíndricos con diferentes diámetros, que fueron expuestas – bajo condiciones desenergizadas - para contaminación costera, como se muestra en la figura 2-9 Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

22


La relación entre el nivel del ESDD relativo y el diámetro promedio. D, del aislador es: ESDDr = 13.9 ∗ D −0.55

Donde ESDDr = 1 para el aislador cilíndrico con un diámetro promedio de 115 mm. Sin embargo, ha sido recomendado por Ozaki [ ] que, para propósitos de diseño, seria mas adecuado usar un a relación mas conservadora – tal como: −0.21

ESDDr = 2.6 ∗ D

Figura 2-9 Relación entre el diámetro de un aislador de porcelana y la densidad de depósito del contaminante en condiciones desenergizada y condiciones naturales de servicio.

2.3.7.4 Material Otro factor que influye en el depósito de la contaminación en los aisladores, es el material de la envolvente. La figura 2-10, que esta basada en lo reportado por Imagawa, muestra una comparación de mediciones de ESDD tomadas en aisladores poliméricos y de porcelana tanto en sitios costeros como tierra adentro. Estos resultados indican que los aisladores de hule silicón tienden a acumular más contaminación que los de porcelana. Mediciones realizadas en Tunes han indicado que esta tendencia es también cierta para ambientes tipo desérticos.


23


Figura 2-10 Comparación del ESDD para aislador de porcelana y polimérico en 4 sitios diferentes

2.3.8 Modelos físicos y matemáticos Cimador y Vitet han recomendado que se observe la interacción entre los diferentes tipos de humectación y el depósito de contaminación para obtener la clasificación de un sitio particular. Luego dicha clasificación se puede generalizar para adaptarla a la red eléctrica. J.L.Fierro desarrolló un modelo dinámico para predecir la resistencia superficial de aisladores usando las variables meteorológicas, tales como la dirección y velocidad del viento, temperatura ambiente, presión atmosférica la formación de roció y la ocurrencia de lluvia. Arabani desarrolló una red neuronal artificial para la determinación del ESDD para un ambiente Irani. Hasta ahora, este método es aplicable solo para contaminación natural y no ha sido aplicado para los tipos de contaminación industrial .Mediciones adicionales han utilizado un sistema de iterferometría a laser para mediciones precisas de la temperatura superficial de un aislador contaminado. El método es ideal para registrar fenómenos estacionarios y transitorios. Sugawara ha calculado la temperatura y la resistividad de la capa de contaminante durante diferentes fases del flameo. Un procedimiento de medición simple para determinar la conductividad de la niebla fue presentado por Pilling. Este permite la medición directa de la conductividad de la niebla pero no en registro continuo. El espesor efectivo de la capa en la medición varia en un amplio rango (20 a 100 µm) y debe, por lo tanto, ser adicionalmente investigado en condiciones de servicio.


24


3.- CARACTERISTICAS DE LOS AISLADORES 3.1 Introducción Los aisladores de vidrio y porcelana se han utilizado ampliamente en todos los tipos de ambientes y han dado buenos resultados excepto en algunas áreas de alta contaminación. Además de la longitud axial y distancia de fuga, hay otros factores que influyen en el comportamiento, tales como el perfil, orientación, características de las descargas superficiales y el efecto de lavado natural. Por otra parte los aisladores poliméricos – introducidos en los 70´s - han tenido importantes desarrollos con mejoras en la tecnología al punto que las empresas eléctricas los están empleando no solo a nivel experimental, sino también para diseño completo de líneas. Recientemente se han estado aplicando en subestaciones para los aisladores soporte y para el aislamiento externo de equipos. Las razones principales para su utilización son: • Mejor comportamiento a la contaminación comparado con los de porcelana, para ciertos ambientes • Menor mantenimiento, especialmente en áreas donde se requiere el lavado de los aisladores de porcelana. • Resistencia al vandalismo. • Fácil instalación. • Corrosión reducida en los herrajes ( menor corriente de fuga ) • Mejora la estética de las líneas. • Resistencia al diseño sísmico La experiencia en servicio ha demostrado que tienen buen comportamiento si el material y el diseño son apropiados para la aplicación especifica. Actualmente se están realizando estudios de campo a largo plazo ya que existe evidencia de cambios en el material durante el servicio que afecta de manera importante la vida esperada. Resumen de propiedades de los materiales dieléctricos para aisladores.


25


3.2 Materiales utilizados para aisladores Los materiales típicos para el aislamiento externo son:

• Porcelana y vidrio. • Poliméricos ( EPDM, hule silicón, etc. ) 3.2.1 Porcelana Y vidrio. Utilizando materiales de calidad y practicas de manufacturas apropiadas se obtienen aisladores confiables para C.A. Para sistemas de C.D. hay que tener consideraciones especiales sobre la composición , pureza, homogeneidad y resistividad para evitar fallas en servicio. 3.2.2. Poliméricos La selección de los materiales determinará grandemente su comportamiento a la contaminación. La selección de la distancia de fuga no es un factor importante como en el caso de la porcelana y vidrio. La construcción mas común para aisladores poliméricos están formados por un núcleo de fibra de vidrio unida con resina (la cual proporciona la resistencia mecánica) y una envolvente externa polimérica, la cual se supone que es resistente a la degradación debida a la intemperie y otros factores ambientales. En el pasado la fibra de vidrio falló debido al ingreso de humedad y formación de ácido clorhídrico que ataca la fibra de vidrio. Ahora algunos fabricantes están utilizando formulaciones especiales de vidrio que son resistentes a esta forma de ataque. Hay una gran variedad de materiales que se pueden utilizar para la cubierta externa. Las propiedades mas importantes en servicio son: la repelencia al agua y la resistencia al tracking. En la mayoría de las formulaciones, se utiliza un relleno – tal como la alúmina tri-hidratada – para darle resistencia al material contra el tracking. El hule silicón ha sido ampliamente utilizado debido a su baja energía superficial, la cual inhibe la formación de una película de agua en la superficie. Una ventaja adicional con el hule silicón es que los componentes de bajo peso molecular en el hule se dispersan en las capas contaminantes en la superficie e imparten propiedades hidrofóbicas a ellas. A menudo los materiales de la cubierta polimérica se han dividido en clases simples, siendo la mas común el Silicón y el EPDM. Tal generalización es peligrosa por que hay muchos hules silicón diferentes y formulaciones de EPDM, cada una con características especificas para la aplicación y proceso de manufactura seleccionado. Por ejemplo, los silicones se pueden subdividir en RTV y HTV; estos son productos enteramente diferentes cuyos materiales varían desde colados líquidos hasta una pasta sólida densa. Los procesos de producción pueden ser colado por gravedad extrusión o inyección a elevada presión y temperatura. Cada fabricante selecciona una formulación adaptada al proceso y a las características requeridas del producto terminado. Por lo tanto, la cantidad de relleno, el tipo de catalizador, los tipos y proporciones de moléculas de silicón y otros elementos del polímero varían notablemente de un producto a otro. La definición de valores específicos para las diferentes propiedades mecánicas y eléctricas de los polímeros se hace imposible en tales circunstancias. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

26


Igualmente el comportamiento del polímero en servicio depende de muchos parámetros, que no incluyen solo el material y el proceso, sino también la forma de la cubierta y los herrajes. La formulación del material y el proceso de producción tienen una influencia en las características de la cubierta polimérica; la siguiente lista enumera aquellas que se consideran entre las mas importantes: • Hidrofobicidad • Resistencia al tracking • Resistencia a la erosión • Resistencia a la perforación • Resistencia a la luz ultravioleta y otros esfuerzos climáticos. • Resistencia mecánica ( dureza, resistencia al corte ) • Unión o sellado a otros componentes del aislador. El diseño apropiado de aisladores poliméricos, para ambientes contaminados específicos debe, por lo tanto, tener en cuenta estas propiedades y los cambios que ellas tienen en el tiempo. También debe notarse que, como en el caso de aisladores de porcelana y vidrio, la experiencia en servicio ha mostrado que los aisladores poliméricos pueden no comportarse apropiadamente si el nivel de contaminación es excesivo o si se ha incrementado considerablemente desde que lse hizo la selección inicial. Las normas actuales tal como la IEC – 1109 consideran pruebas generales para evaluar el comportamiento global de los aisladores poliméricos ( en este caso cubriendo materiales, proceso de manufactura y forma ), teniendo en cuenta muchas de las características anteriores. Se esta trabajando para ampliar y mejorar el alcancé de dichas evaluaciones de manera que garanticen el comportamiento, no desde las características básicas de las componentes del aislamiento, sino mas bien del comportamiento completo del producto terminado. 3.3 Comportamiento de los aisladores En la consideración de los diferentes diagramas y tablas de datos, es importante reconocer que la prueba de contaminación artificial ( niebla salina, niebla limpia ) determina solamente la habilidad del aislador para enfrentarse eléctricamente con una severidad controlada de la contaminación húmeda. En contraste, la prueba de contaminación natural reproduce completamente la condición de servicio en que esta muestra el grado al cual el aislador recoge la contaminación de un cierto ambiente y la habilidad de este aislador energizado para soportar este deposito de contaminación cuando es naturalmente humedecido ( niebla, bruma, llovizna )

3.3.1 Aisladores cerámicos Efecto de la severidad de la contaminación Generalmente, el esfuerzo critico E (kV/m) al flameo y la severidad de la contaminación se puede expresar como: E ∝ S −p El valor de p varia entre 0.08 a 0.6. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

27


Desde el punto de vista matemático, el valor de p se puede considerar como un promedio pesado de uno para la superficie electrolítica y para la ruptura del aire ( p = 0) entre partes de la superficie del aislador. La relaciona correspondiente en terminaos de la longitud especifica SL es:

SL

∝ Ss

Donde el valor de s esta obviamente relacionado al de p para cada tipo de aislador y método de prueba.

3.3.2 Aisladores poliméricos 3.3.2.1 Contaminación natural. El comportamiento al flameo en c.a. de algunos tipos de aisladores poliméricos han sido determinados en la estación experimental de Brighton utilizando la técnica desarrollada para aisladores cerámicos. De un análisis de resultados se concluyó que tanto los aisladores de hule silicón como los de hule etileno propileno ( EPR y EPDM ) se comportan mejor que la cadena de aisladores de referencia de porcelana tipo antiniebla. Un buen comportamiento de los aisladores de hule silicón se ha sido confirmado en servicio, por ejemplo, en Sudáfrica – que probablemente en la actualidad es el usuario mas grande de estos aisladores a nivel de trasmisión - no han tenido flameos por contaminación en líneas previamente problemáticas, después de que fueron cambiados los aisladores por los de hule silicón. En condiciones desérticas de Tunes, los aisladores poliméricos se han comportado muy bien en un buen numero de años en diversas estaciones de prueba, en regiones contaminadas que comprenden: a) marina / agrícola b) marina / industrial c) marina / industrial / química d) marina / química /industrial / desértica e) desértica. En contraste, el comportamiento al flameo por contaminación de aisladores de resina epóxica es inferior a los aisladores de porcelana.

3.3.3 Efecto de la orientación del aislador Introducción La contaminación húmeda en la superficie de cualquier aislamiento de alta tensión puede producir una reducción importante en su rigidez eléctrica. Sin embargo el efecto de la orientación y el tamaño de tal aislamiento en su comportamiento al flameo, generalmente no esta sujeto a reglas simples.


28


El tipo de aislador directamente afecta el comportamiento del aislamiento contaminado en diferentes orientaciones. Además la severidad de la contaminación en el sitio y el tiempo necesario para alcanzar los niveles de contaminación máximo pueden determinar el efecto de orientación. La naturaleza de los procesos de humedecimiento subsecuentes y el mecanismo de flameo también son factores importantes que afectan la influencia de orientación y tamaño. Por lo tanto, la resistencia al flameo de diferentes tipos de aisladores y orientación es un balance entre los diferentes procesos que influyen directamente tal comportamiento. Los siguientes mecanismos pueden contribuir, o se dominantes, para cada diseño y orientación: 1.- Limpieza natural mejorada a medida que los cambios de orientación son de vertical a horizontal. 2.- efectos direccionales de el deposito de contaminación para orientación ángulo / horizontal desde una fuente de contaminación localizada. 3.- Ruptura entre aletas debida a lluvia y contaminación fuerte. 4.- Ruptura entre aletas debida a la contaminación y aun pobre perfil. 5.- Reducción de la resistencia al flameo debida a la concentración de contaminación en la superficie inferior de aislamiento horizontal o casi horizontal durante niebla espesa o lluvia.

Principio En realidad, no hay un sustituto real para probar los aisladores en la contaminación apropiada y condiciones de humedecimiento para determinar como se comportaran los diseños de aisladores reales en diferentes orientaciones. Aun que hay una escasez de datos publicados para cuantificar estos efectos, esta sección –sin embargo- presenta y discute algunos resultados de investigación sobre la influencia de la orientación y tamaño en la resistencia al flameo de aisladores contaminados de diferentes diseños. Resultados experimentales de pruebas de contaminación artificial y de estaciones de pruebas marinas exteriores para diferentes aisladores y orientaciones son analizados para investiga si algunas conclusiones simplificadas se pueden obtener de estos datos. 3.3.4 Influencia de la contaminación no uniforme Los aisladores en servicio raramente están uniformemente contaminados. Generalmente hay una diferencia en el ESDD medido en la superficie inferior y superior de los aisladores. Frecuentemente la severidad de la contaminación el la superficie superior es mucho menor que en la superficie inferior, generalmente debida a la acción limpiadora de la lluvia. Fue mostrado que la distribución no uniforme de la contaminación afecta la resistencia al flameo tanto en CD como en CA. La figura 3-1 muestra un resumen de los resultados reportados para aisladores con diferente relación de densidades superior a inferior pero con el mismo ESDD en el aislador total.


29


Figura 3-1 voltaje de aguante para aisladores contaminados no uniformemente

Para la configuración cadena de aisladores, diferentes densidades de deposito de contaminación también será experimentado en los discos que forman la cadena.

3.3.5 Campos eléctricos en la superficie del aislador Descargas en la superficie de aisladores de alta tensión es causada por el campo eléctrico local que tiene un valor mas alto que el nivel de ionización del aire. Este elevado campo eléctrico es el resultado del voltaje aplicado y las condiciones ambientales, tales como la lluvia y la contaminación. Trabajos recientes indican que las descargas superficiales –tales como chispa (spark) y coronacausadas por el aumento del campo eléctrico local alrededor de las gotas de agua en la superficie de aisladores poliméricos pueden conducir a una degradación severa del material. Si el campo eléctrico superficial bajo las diferentes condiciones puede ser calculado –o medido- este proporcionará conocimiento para aplicaciones a modelos de descargas y ayuda a mejorar el diseño del aislador a través de diseños con graduación del campo eléctrico. Aunque el objetivo final de tal investigación no se ha logrado, el progreso en las técnicas de cálculo de campo y la introducción de nuevos métodos de medición han proporcionado una mayor posibilidad. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

30


3.4 Aisladores semiconductores Estos aisladores han estado disponibles desde hace varios años, la utilización del recubrimiento resistivo se ha encontrado efectiva, tanto para los aisladores de suspensión como los tipo poste para aplicaciones de extra alta tensión como una solución para el diseño de aisladores para áreas fuertemente contaminadas. El principio básico involucra el flujo continuo de corriente –cerca de 1 mA- que proporciona suficiente calor en la superficie del aislador manteniéndola seca bajo niebla o rocío. Evita la formación de arcos en las bandas secas que puedan iniciar el flameo. El vidriado semiconductor contiene, como base, un óxido metálico, tal como el oxido de estaño dopado para dar sus propiedades semiconductoras. Como estos aisladores conducen continuamente la corriente cuando están energizados, se tuvieron problemas en el pasado debido a la corrosión del vidriado mismo y de la unión metal vidrio. Sin embargo, se han hecho mejoras tecnológicas importantes y actualmente existe experiencia significativa de servicio. En consecuencia, su utilización debe ser considerada en el diseño de líneas de transmisión y en aisladores para subestaciones. Un problema adicional, es el de la inestabilidad térmica la cual puede presentarse debido al coeficiente de temperatura negativo. Sin embargo, este problema se puede evitar mediante un diseño apropiado. Por ejemplo, el voltaje aplicado a cada disco en una cadena de aisladores debe mantenerse por abajo del límite recomendado por el fabricante. Debido a la corrosión electrolítica del vidriado, los aisladores semiconductores pueden no ser apropiados para su uso en sistemas de corriente directa. Mediante pruebas de contaminación con la contaminación predepositada, el comportamiento de los aisladores semiconductores bajo niebla y con una distancia de fuga especifica de 13 mm/kv. han mostrado que soportan un SDD de 0.25 mg / cm2 (Contaminación severa o fuerte) También se ha demostrado que la distribución de tensión a lo largo de una cadena de aisladores semiconductores es bastante lineal y que la longitud de la cadena será térmicamente estable debido a la distribución de tensión lineal de tensión. Los aisladores semiconductores también muestran un voltaje de aguante de casi 3 veces el de los aisladores con vidriado normal y cerca de 2 veces el de los aisladores con vidriado tipo niebla, como se muestra en la figura 3-2


31


Figura 3-2 Voltaje de aguante para aisladores semiconductores contaminados La longitud mínima de la cadena de aisladores semiconductores se determina por su habilidad de soportar energizaciones repentinas cuando esta contaminado y húmedo, esta condición es conocida como Cold Switch-on, es decir conexión en frío. Esta situación ocurre en líneas que han sido des-energizadas por un periodo de tiempo suficientemente prolongado para producirle calentamiento, que resulta del vidriado semiconductor mientras que las unidades energizadas son energizadas no efectivas para evitar la acumulación de la humedad en la superficie de los aisladores.. Se han realizado pruebas para hacer una comparación directa entre la resistencia del switcheo en frío de aisladores convencionales y aisladores semiconductores cuya forma es similar. Estos resultados que el voltaje de flameo 50% en función de la longitud de la cadena se muestra en la Figuramuestran 3-3

Figura 3-3 Voltaje de aguante para la energización en frío en función de la longitud de la cadena de aisladores (Cold switch-on). Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

32


Debido a la graduación de voltaje lograda por el vidriado semiconductor, el comportamiento es superior al de los aisladores cerámicos y poliméricos. La disipación de energía calorífica constante – y por lo tanto penalización económica- debe ser considerada en una aplicación extensa de aisladores semiconductores.

3.5 Conclusiones • El comportamiento al flameo por contaminación de aisladores de porcelana y vidrio generalmente es bueno. Sin embargo se han presentado problemas en el servicio en algunos lugares que no han sido resueltos.

• La resistencia al flameo por contaminación de algunos materiales poliméricosespecialmente los de hule silicón- es superior al de los aisladores de vidrio y porcelana. En contraste, las resinas epóxicas se degradan rápidamente , su resistencia al flameo por contaminación es menor que el de la porcelana. • Los materiales poliméricos son muy diversos y los fabricantes escogen formulaciones especificas adaptadas al proceso y características requeridas del producto final. • Además de la longitud axial y la longitud de la distancia de fuga hay otros factores que influyen en el comportamiento, tales como la orientación, el efecto del lavado natural y las características físicas de las descargas superficiales. • Para todos los aisladores, la longitud especifica necesita aumentarse a medida que la severidad de la contaminación aumenta. Aunque puede haber una gran dispersión en los resultados experimentales, hay una tendencia clara que soporta el uso de una relación del tipo exponencial entre la longitud especifica (SL) y la longitud axial especifica y la longitud de fuga especifica – y la severidad de la contaminación(S) SL= kSs donde k y s son constantes. Típicamente s00.2 para aisladores de porcelana tipo longrod y aproximadamente el mismo valor para formas de aisladores cilíndricos y para aisladores tipo disco estándar. • Los aisladores cap-and-pin inclinados comparados con los verticales mejoran su comportamiento, Esto ha sido confirmado tanto en pruebas de contaminación natural como en pruebas artificiales. • Las descargas eléctricas en la superficie de los aisladores poliméricos pueden causar severa degradación del material, reduciendo así su comportamiento al flameo Tales descargas pueden evitarse o minimizarse mediante un diseño apropiado de los aros equipotenciales. • Hay un gran numero de programas de calculo de campo eléctrico, basados en diferentes métodos (Elemento Finito, Elementos de frontera, Simulación de carga) que permiten realizar diseños apropiados de aisladores. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

33


• La resistencia al flameo de aisladores que son energizados repentinamente (Cold switchon) pueden ser al menos 40% menos que el del mismo aislador cuando esta energizado continuamente para las mismas condiciones de contaminación. • La contaminación puede reducir significativamente la resistencia al flameo de aisladores en condiciones transitorias (Descargas atmosféricas, sobre-tensiones de maniobra, temporales etc. Si se comparan cuando están limpios y secos. • La resistencia al flameo del aislamiento contaminado se reduce a medida que la altitud del sitio aumenta. El grado de esta reducción depende de la forma de onda del voltaje, pero para situaciones practicas (altitudes hasta 3000m) esta disminución será de menos del 20% del valor a nivel de mar. • El comportamiento de aisladores huecos pueden tener un comportamiento al flameo inferior al comparado con aisladores sólidos, esto debido a la influencia del campo eléctrico y al calor generado por los componentes internos. Es recomendable diseñar el equipo de manera que se tenga una distribución de tensión axial uniforme en la superficie externa de la cubierta. • Para interruptores de potencia existe poca información sobre su comportamiento en los aislamientos horizontales, los cuales exhiben un comportamiento diferente a los aisladores verticales del interruptor. Falta también resultados de pruebas naturales y artificiales para comprender la interacción de los diferentes parámetros. • En aquellos casos en que los aisladores de vidrio o porcelana normales o tipo niebla no proporcionen el resultado esperado, es posible utilizar aisladores poliméricos o aisladores semiconductores o aplicar recubrimientos de hule silicón sean los vulcanizados a la temperatura de cámara RTV o los de vulcanizado a alta temperatura HTV.


34


4.- MONITOREO DE LA CONTAMINACIÓN 4.1 Introducción Mediciones de la severidad de la contaminación en sitio Los resultados de las técnicas de monitoreo de la contaminación se utilizan para establecer la severidad de la contaminación en el sitio de un área determinada y, si aplicada ampliamente, los resultados se pueden también utilizar para producir un mapa de contaminación. En base a la información recogida, se puede seleccionar el diseño y las dimensiones del aislador para lograr un buen comportamiento a la contaminación. El objetivo de las mediciones de severidad de la contaminación en el sitio es proporcionar un parámetro de severidad que puede ser correlacionado con el comportamiento de un aislador, como se determinó de las pruebas de contaminación natural y/o artificial

Caracterización del aislador. El objetivo es establecer un estudio comparativo del comportamiento de varios tipos de aisladores instalados en el mismo sitio de prueba. Mediante dicho estudio, el diseño y dimensiones del aislador mas apropiado- para las condiciones dadas- se pueden determinar. Iniciador para el mantenimiento del aislador. Algunas de las técnicas de monitoreo tienen en cuenta automatización que proporciona monitoreo continuo de la condición de la superficie de un aislador, proporcionando por lo tanto un disparador para el mantenimiento del aislador antes de las condiciones críticas se presenten. Un amplio rango de tales dispositivos y técnicas de monitoreo se han desarrollado en el transcurso de los años. Los más ampliamente utilizados son: Calibrador de depósito de polvo direccional Densidad de depósito de sal equivalente Monitoreo ambiental (muestreo del aire, mediciones de clima) Densidad de depósito de no solubles. Conductancia superficial Esfuerzo de flameo del aislador Conteo de surges Medición de corriente de fuga Cada uno de los antes mencionados se pueden clasificar en dos grandes grupos de métodos de monitoreo de contaminación, esto es, medición del comportamientote la contaminación y medición de la severidad del ambiente, como se muestra en la Figura 5-1. Aquellos métodos mostrados abajo de otros indican un refinamiento de ese método, por ejemplo, Surge conteo de pulsos es un refinamiento del método de Insulator stress flashover. Aislador esfuerzo flameo. Las mediciones de comportamiento del aislador evalúan el aislador, como instalado en servicio, en base a que la corriente de fuga a través del aislador proporciona una medida de su comportamiento Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

35


a la contaminación. Esta medición incluye los efectos de ambas, el depósito de contaminación y el humedecimiento natural. Por otro lado, la medición de la severidad ambiental relaciona solamente la contaminación acumulada en el aislador; en el mejor caso, incluye el efecto del lavado natural. DE esta medición, el comportamiento bajo contaminación de los aisladores es derivado de ya sea de los resultados de prueba de contaminación natural o artificial. Los resultados de las mediciones de severidad ambiental pueden también proporcionar una entrada para la creación de un modelo dinámico del ambiente para predecir el caso de la elevada probabilidad de flameo. En secciones previas, se mostró que la forma del aislador afecta la cantidad de contaminación colectada por el aislador. Por esta razón, la mayoría de las mediciones de severidad del ambiente emplean ya sea aisladores reales o modelos de aisladores como dispositivos de acumulación de contaminación. Hay sin embargo, mediciones puramente ambientales- como se muestra en la Figura 4-1, tal como los medidores direccionales del depósito de polvo y muestreo de la contaminación del aire.

Figura 4-1 Organización de los métodos para monitoreo de la contaminación para estimar la severidad del sitio.

4.2 Medición de la contaminación del aire Las mediciones de contaminación del aire se llevan a cabo durante un periodo dado de tiempo, para determinar la cantidad y características de la contaminación del aire en el sitio. Para estos métodos, la consideración básica es que la correlación se puede establecer entre el comportamiento del flameo de los aisladores y los análisis físico o químicos del aire en el sitio. 4.2.1 Medidor direccional de depósito de polvo. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

36


Esta técnica es probablemente la más simple de todas actualmente disponibles. Cuatro medidores de polvo. Cada uno de los 4 puntos básicos de la brújula, son usados para colectar partículas de contaminación en el aire. Estas muestras se recogidas mensualmente. Una conductividad normalizada (índice de contaminación) es luego determinado haciendo una solución de las muestras recogidas y utilizando un medidor de conductividad. Para convertir el índice de contaminación en un a severidad del sitio real, se requiere que este disponible información del comportamiento de la línea. Una correlación entre el índice de contaminación y las dimensiones del aislador requerido puede ser establecida a través de una investigación sistemática del índice de contaminación y el comportamiento de los aisladores en las líneas actuales en la vecindad de cada una de los sitios de prueba. Esta correlación puede entonces ser usada para estimar las dimensiones del aislador requerido en un nuevo sitio sin previo conocimiento de estos sitios.

Ventajas El equipo no es costoso El operador no requiere habilidades especiales El equipo se puede utilizar en un sitio sin una alimentación eléctrica La técnica proporciona una indicación de todos los tipos de contaminación presentes en el sitio Los resultados no son dependientes de un juicio subjetivo. Desventajas La respuesta del aislamiento al ambiente no es evaluada; es decir, los efectos de lavado y humectación del aislador Largos periodos son necesarios para obtener resultados. El método no distingue entre sales solubles lentas o rápidas. Las condiciones de humectación críticas no son, por lo tanto, determinadas. La cantidad de lluvia durante el ciclo de medición influencia la severidad obtenida. Una precipitación alta durante el periodo de medición causará que el nivel de contaminación medido sea mayor que el nivel real – y viceversa- debido a la habilidad de limpieza natural de los aisladores no es tomado en cuenta. 4.3 Densidad de depósito de sal equivalente (ESDD) ESDD es dado por el depósito equivalente-en mg de NaCl / cm2 - en el área superficial de un aislador, que tiene la misma conductividad que la del depósito actual disuelto en el mismo volumen de agua. El ESDD se determina removiendo una muestra de contaminación de la superficie de un aislador escogido y disolviendo esta en una cantidad conocida de agua (la IEC 507 recomienda el uso de 2 a 4 litros de agua desmineralizada por metro cuadrado de superficie del aislador). La conductivitas de la solución resultante, su volumen y temperatura- junto con el área superficial- son utilizadas para calcular una densidad de depósito de sal equivalente. El cloruro de sodio es la sal de referencia en el método ESDD. Tiene una parte lineal en su conductividad eléctrica- curva de concentración, por lo tanto, las mediciones de ESDD tiene que Dr. Marcos Moreno ser llevarse a cabo dentro este rango lineal. Sin embargo, los aisladores en el campo pueden ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

37


contaminados con una combinación de sales de baja solubilidad. Esto hace necesario agregar suficiente agua para permitir que la mayoría de los iones se disuelvan y mantener la conductividad eléctrica en la parte lineal de la curva. A menudo es necesario aumentar las mediciones de ESDD con las mediciones del NSDD. Esto es especialmente así cuando la contaminación natural para áreas tierra adentro son reproducida en pruebas artificiales. En este caso, la mejor manera de seleccionar la composición de la contaminación para las pruebas de contaminación artificial es teniendo en cuanta la relación soluble/ no soluble y la composición química del depósito de contaminación.

Ventajas El perfil de los faldones se puede evaluar en términos de la acumulación de la contaminación ESDD es el parámetro de severidad de un número diferente de métodos de prueba artificial. Esta práctica común facilita la comparación entre los diferentes ambientes las pruebas artificiales. Muchos investigadores están a favor de éste método – y así un flujo libre de información es, por lo tanto, posible. Sitios des-energizados se pueden evaluar. Los aparatos para este método son relativamente barato comparados con el de los otros métodos.

Desventajas Consume mucho tiempo para encontrar el nivel de contaminación máximo entre las incidencias de humedecimiento natural. La oportunidad o coordinación del monitoreo es esencial. ESDD es insensible a químicos volátiles disueltos en lluvia, niebla, rocío que no deja depósitos en la superficie del aislador. Químicos tales como SO 2 y H2S no serían detectados. Para realizar la medición del ESDD, una cierta cantidad de habilidad es necesaria. La prueba remueve la capa de contaminación de la superficie del aislador. Varias cadenas de aisladores se deben, por lo tanto, monitorear para determinar la formación de la contaminación. El método no discrimina entre depósitos que se disuelven lentos y rápidos. Las condiciones de humedecimiento crítico para aisladores no son determinados por el SED . Hay incertidumbre en la aplicabilidad de éste método para los aisladores poliméricos, debido a la transferencia de las propiedades de hidrofobicidad a la capa contaminante.


38


Desarrollos adicionales. En la revisión de Cigre 1994 se reportó algunos dispositivos automatizado para medir el ESDD. Además de aquellos dispositivos, otros recientemente han sido desarrollados en Japón. Este dispositivo comprende un modelo de aislador- que parece muco como un aislador tipo alfiler – este es expuesto a las condiciones del sitio. La cantidad de contaminante que es recogido en la superficie inferior es entonces determinada haciendo una medición especial de corriente de fuga en placas de muestreo. Para iniciar la corriente de fuga, estas placas de muestreo sin enfriadas por un modulo Peltier para promover condensación de la humedad natural en el aire. Después que la corriente de fuga se ha terminado, el modulo Peltier es también usado para secar la placa de muestreo para evitar el removido de la contaminación a través del efecto de leaching escurrido ¿ Calibraciones entre la corriente medida y el nivel de ESDD ha sido establecido Una limitación de éste dispositivo es que la condensación no tiene lugar antes de que ocurra el congelamiento para las condiciones combinadas de baja temperatura y baja humedad relativa. Por ejemplo la temperatura necesita estar arriba de 10 °C si la humedad relativa esta abajo del 50 %. Aunque experimentos de campo han sido realizados, poco se reporta en la comparación de mediciones de campo y las lecturas correspondientes del instrumento. Otros aspectos del empleo del enfriador Peltier para hacer tales mediciones también han sido reportados.

4.4 Densidad de Depósitos No Solubles NSDD La densidad de depósito no soluble es algunas veces medido junto con el ESDD y éste caracteriza el contenido de contaminantes no solubles en la capa de contaminación. Este normalmente se expresa en miligramos del depósito / cm2 de área superficial del aislador. Las mediciones del NSDD también pueden estar acompañadas de análisis químicos y físicos de la capa del depósito teniendo en cuenta la identificación de la fuente de contaminación. La NSDD es una medición importante para tomarse conjuntamente con la medición del ESDDcomo la rigidez dieléctrica de un aislador es afectada por la cantidad de material inerte presente. Mediciones ópticas Se han usado mediciones ópticas para determinar el espesor de la capa de contaminación en la superficie del aislador. Algunos de estos dispositivos también permiten que las características del material sean determinadas. 4.5 Conductancia superficial La conductancia superficial es la relación de la corriente a 60 Hz que fluye en un aislador testigo al voltaje aplicado. El voltaje debe ser de suficiente magnitud para que se obtenga una lectura de corriente adecuada pero suficientemente baja – y de suficiente corta duración- para evitar efectos de calentamiento y descargas. La conductancia indica el estado global de la superficie de un aislador. Esta incluye la cantidad de contaminación – i.e. el efecto de la parte conductiva y la parte inerte del depósito de contaminación.y el grado de humectación. Humedeciendo el aislador testigo artificialmente, de bodoque la conductancia pueda ser medida, la condición superficial del aislador puede ser continuamente Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

39


monitoreada. Si la condición de humedecimiento es tal que los contaminantes no son leached esta técnica puede monitorear la formación de la contaminación. La conductividad de la capa puede ser obtenida utilizando factor de forma del aislador para hacer una conversión para un aislador uniformemente contaminado. Algunos dispositivos miden la conductividad superficial de la capa directamente. Una descripción de estos dispositivos se puede encontrar en la IEC 507.

Ventajas El perfil de los faldones de un aislador puede ser evaluado en términos de colección de la contaminación La deterioración de la superficie del aislador, debida a al ambiente, puede ser monitoreada. El aislador de prueba no esta continuamente energizado, reduciendo por lo tanto el riesgo de flameo. Los resultados pueden ser usados para iniciar una prueba artificial. El método conduce en si mismo a la automatización, tal que este puede monitorear la formación de la contaminación en el aislador. Desventajas La conductancia superficial puede solamente ser medida bajo condición húmeda. La aplicación de este método puede, por lo tanto, ser impractica en áreas de baja precipitación o sin niebla o rocío. Si el humedecimiento artificial es introducido, usualmente como vapor o niebla, los resultados solamente serán aplicables a las áreas con sales disueltas rápidas. Debido a la complejidad del equipo, este método es bastante costoso El método no discrimina entre depósitos que se disuelven lenta o rápidamente. Las condiciones de humedecimiento crítico para aisladores no son determinadas.

Desarrollos adicionales Varios dispositivos que ofrecen una medición de conductancia automatizada han sido desarrollados. Uno de estos dispositivos, producido por ENEL fue también listado en la revisión previa y ha tenido desarrollo adicional. E s llamado AMICO (Artificial Moistened Insulator for Cleaning Organisation). E l aislador monitoreado es un aislador hueco tipo poste, llenado con un líquido refrigerante circulante que baja la temperatura superficial para provocar el humedecimiento. La conductancia superficial del aislador completo es entonces medida para establecer la severidad de la contaminación. Un detalle interesante, es la inclusión de una pantalla que es elevada durante el proceso de enfriamiento y medición para reducir turbulencia alrededor del aislador. Esta precaución es tomada en cuenta porque dicha turbulencia del aire puede influenciar el proceso de humidificación y así proporcionar un resultado errático. Las mediciones disponibles de uso en servicio son, desafortunadamente, limitadas y de modo que una evaluación completa del comportamiento de este método no es aun posible. Otro ejemplo de un dispositivo recientemente desarrollado- que esta basado en la medición de la conductividad superficiales el LWS, (Liquid Water Sensor). Este dispositivo se puede usar para determinar el nivel de contaminación cuando la humedad relativa esta por arriba del 65 %. Este mide Dr. Marcos Moreno la cantidad de agua liquida y el nivel de contaminación en un aislador testigo. ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

40


De acuerdo a los autores, el LWS es un mejor indicador del nivel de contaminación que la corriente de fuga pico, que depende de la cantidad de humedecimiento. Sin embargo, poca información del principio de trabajo del LWS ha sido proporcionado.

4.6 Esfuerzo de Flameo El esfuerzo de flameo del aislador es el voltaje de flameo dividido por la longitud total del aislador. En un periodo dado, sea el esfuerzo de flameo mínimo o la relación entre el esfuerzo de flameo y la frecuencia de flameos es determinada. Esto usualmente se realiza cortocircuitando algunos aisladores en una cadena con fusibles explosivos de modo que después del flameo la cadena es automáticamente acortada. Tal arreglo se muestra en la Fig. 4-2.

Figura 4-2 Ejemplo de uso de fusibles explosivos para monitoreo del comportamiento

Ventajas 1. Los aisladores reales son probados en condiciones de servicio, dando por lo tanto directamente el nivel del aislamiento requerido. 2. Dependiendo de la implementación de este método el costo involucrado puede ser razonable. Desventajas 1. Los resultados son únicamente validos para el tipo de cadena de aislador bajo prueba. 2. A medida que ocurre el flameo en el aislador bajo prueba, generalmente no es aceptable en un sistema de transmisión. 3. La impedancia de la fuente debe ser baja, puede por lo tanto se r costosa. 4. No se obtienen datos relacionados con el mecanismo del flameo. 4.7 Corriente de fuga La corriente de a través de laCon superficie del aislador depende deldelvoltaje dealservicio la conductancia de fuga la capa superficial. frecuencia, el comportamiento aislador flameo ys3e estima de las mediciones de corriente de fuga o de la medición de conductividad superficial. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

41


Una investigación concluyo que, cuando los picos de la corriente de fuga son mayores a 250 mA , mantenimiento preventivo, es decir limpieza o sustitución de aisladores, es entonces recomendada. Hay dos métodos de medir la corriente recogida en el extremo de tierra del aislador. Estos métodos son discutidos separadamente como:

• Conteo de pulsos • Medición de la corriente máxima. Conteo de Pulsos En este método, el número de pulsos de corriente de fuga por arriba de una amplitud fija conducida en un aislador de prueba – energizada con su voltaje de servicio - Son contados en un periodo dado de tiempo.

Ventajas 1. Los aisladores reales son probados en condiciones de servicio, dando por lo tanto el nivel de aislamiento requerido. 2. Dependiendo de la implementación de este método el costo involucrado puede ser razonable. 3. Esta técnica proporciona información de todas las etapas del mecanismo de flameo por contaminación. 4. Este método permite que la información sea determinada si una línea o subestación existente necesitan ser aumentadas de tensión. Desventajas 1. Este método solamente proporciona información comparativa que debe ser evaluada contra información similar recolectada en alguna otra parte. 2. Un grado de sofisticación es requerido para la instrumentación. 3. No se obtiene información relacionada con el mecanismo de flameo. 4. Los resultados son validos únicamente para el tipo de aislador bajo prueba. Corriente máxima. La corriente máxima es el valor pico mas elevado de la corriente de fuga que es registrado en un periodo de tiempo dado en un aislador continuamente energizado a su voltaje de servicio. A sido considerado como un parámetro apropiado para indicar que tan cerca un aislador de vidrio o porcelana esta del flameo.

Ventajas 1. Aisladores reales son probados en condiciones de servicio, dando por lo tanto directamente el nivel de aislamiento requerido. 2. Esta técnica proporciona información de todas la etapas del mecanismo de flameo por contaminación. 3. La información, proporcionada por esta medición puede ser fácilmente comprobada con la Dr. Marcos Moreno obtenida de las pruebas de laboratorio. ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

42


4. Proporciona un registro continuo del comportamiento del aislador en varias condiciones meteorológicas. 5. Este método permite información a ser determinada si una línea o subestación existente necesitan ser aumentada en la tensión de servicio.

Desventajas 1. Se requiere un alto grado de sofisticación para la instrumentación. 2. El costo del equipo es alto. 3. No se obtiene información relacionada con el mecanismo de flameo. 4. Los resultados son validos únicamente para la cadena de aisladores bajo prueba. 5. Debido a la complejidad del equipo de medición, este método no es apropiado para reconocimientos de gran escala


43


5.- SELECCIÓN Y DIMENSIONADO DE AISLADORES 5.1 Introducción El proceso de selección del aislador y su dimensionado axial junto con sus parámetros influyentes se muestra en la Figura 5-1. El diagrama de flujo en esta figura constituye la base de selección y dimensionado de aisladores. El proceso se selección del aislador se inicia con la reunión de la información que consiste en:

1.- La aplicación del aislador es un aspecto importante desde el punto de vista del comportamiento a la contaminación ya que este se determina de la dimensión radial y la orientación del aislador. 2.- Una parte integral de los datos básicos es la característica de los aisladores disponibles. Algunas de estas características son analizadas en el presente documento. Otra información se puede obtener de los fabricantes. 3.- Los parámetros del sistema eléctrico de potencia que forman parte de la información básica consiste de:

• El ambiente eléctrico en el que se aplica el aislador. Es decir, voltaje de C.A., voltaje máximo del sistema, sobre-voltajes atmosféricos, maniobra y temporales y sus efectos en el comportamiento de aisladores. • El comportamiento requerido del aislador. Este es determinado por criterios de calidad de potencia tal como la sensitividad del sistema de potencia a las salidas. 4.- Cada ambiente donde serán instalados los aisladores tienen un conjunto de condiciones diferentes bajo las cuales el aislador debe operar confiablemente. Un aislador que tiene un buen comportamiento bajo un conjunto de condiciones puede tener un mal comportamiento en un conjunto de condiciones diferentes. Por lo tanto es necesario caracterizar el ambiente en términos específicos al comportamiento del aislador. 5.- Las restricciones pueden también influenciar la selección de los aisladores. Por ejemplo, las limitaciones en el derecho de vía, pueden dictar el uso de estructuras para las cuales un diseño especifico de aislador es requerido. En tales casos, el rango de la disponibilidad de los aisladores puede estar restringido. El costo y la necesidad de minimizar el impacto visual pueden también ser factores importantes que tienen que ser incluidos en el proceso de selección. El comportamiento de campo de los aisladores en servicio es una fuente valiosa de información para futuras aplicaciones. Desafortunadamente, esta información no siempre esta disponible, y como se indicó antes, su aplicabilidad a diferentes ambientes pueden siempre cuestionarse. No obstante, la experiencia en servicio es generalmente una componente importante de la información básica ya que esta constituye la base para determinar si la selección de un aislador en particular proporciona Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

44


un comportamiento aceptable. La experiencia en servicio puede también indicar si cierta prueba de contaminación artificial es apropiada para un ambiente específico, y puede también contribuir a la información de las características de aisladores.

Figura 5-1 Proceso de selección del aislamiento Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

45


Una vez que la información básica se ha reunido, diversas opciones para la selección de aisladores se pueden identificar por estudios adicionales. Dependiendo de si hay información disponible o no sobre la experiencia de servicio, las características del aislador y el ambiente, se debe determinar la necesidad de pruebas de campo adicionales. Sin embargo, debe notarse que estas pruebas normalmente toman de 2 a 4 años. Puesto que el tiempo requerido para las pruebas de campo es muy largo, tales pruebas generalmente son complementadas con las pruebas de laboratorio. Cuando los datos básicos y los resultados de pruebas de laboratorio se han recopilado, el procedimiento de diseño actual puede iniciarse. La selección entre un método determinístico o estadístico dependerá de la criticidad del diseño. Las restricciones económicas y de tiempo pueden dictar un procedimiento de diseño corto con la posible reducción concomitante en la confianza del diseño. En el caso que no se logre un diseño confiable del aislamiento, los métodos de mitigación pueden ser necesarios. El mejoramientos en el proceso de diseño requieren verificación del comportamiento lo cual también proporcionará experiencia de servicio adicional para diseños futuros.

5.2 Selección de las características del aislador. Cuando las características del aislador son seleccionadas, el proceso de flameo completo debe tenerse en mente. Ambos, los aspectos ambientales y los eléctricos por lo tanto deben ser incluidos. En la Figura 5-2 se muestra el procedimiento para seleccionar las características del aislamiento. Proceso de flameo por contaminación El proceso de flameo se divide en varias etapas para su mejor comprensión. I.- La contaminación se deposita en la superficie del aislador. Los estudios han demostrado que el mecanismo más importante del depósito de contaminación es a través del movimiento del aire. Para propósito de esta descripción asuma que esta es en forma de sales solubles. II.- La contaminación normalmente seca tiene una resistencia muy elevada pero con la adición de agua esta se disuelve y forma un electrolito que puede ser altamente conductivo. III.- Una vez que la capa electrolítica cubre al aislador la corriente empieza a fluir en la superficie del aislador. Debido a las perdidas correspondientes (watt loss) en la capa, el agua se evaporará en algunas áreas creando las bandas secas. En esta condición la distribución de campo eléctrico del aislador es altamente disturbado y la banda seca creada arqueará. IV.- Si la conductividad de capa superficial húmeda es suficientemente alta, los arcos de la banda seca crecerán hasta que se produce el arqueo de todo el aislador. Se puede resumir el proceso completo, como una interacción entre aislador, contaminantes, Dr. Marcos Moreno condiciones de humectación y voltaje aplicado ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

46


Figura 5-2 Proceso de selección de las características del aislador

PROCEDIMIENTO PRACTICO 1.Introducción. Se presenta la exposición completa de un procedimiento practico y sencillo 2. Procesos de Flameo por Contaminación 2.1 Proceso de flameo completo I. La contaminación se deposita en la superficie del aislador. Los estudios han mostrado que el mecanismo mas importante para el deposito de contaminación es por el movimiento del aire. Para propósito de esta descripción se supone que ésta es alguna forma de sal soluble. II. La contaminación seca normalmente tiene una resistencia muy alta pero con la adición de agua esta se disuelve y forma un electrolito que puede ser altamente conductivo. III. Una vez que la capa de electrolito cubre el aislador, comienza a fluir la corriente en la superficie del aislador. Debido a las pérdidas eléctricas ( i 2 R) en la capa, el agua se evaporará Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

47


en algunas áreas, creando bandas secas. Bajo estas condiciones la distribución del campo eléctrico del aislador es altamente disturbado y la banda seca creada arqueará. IV. Si la conductividad de la capa superficial húmeda es suficientemente alta, los arcos de la banda seca crecerán hasta el flameo del aislador.

2.2 Modelo eléctrico del flameo La fuerza impulsora detrás del proceso de flameo es el voltaje aplicado. El arqueo en las bandas secas generalmente se describe en términos eléctricos como un arco en serie con una resistencia que representa la capa superficial conductiva. La Figura 1 muestra este modelo.

Figura 1 Modelo eléctrico de la banda seca De este modelo se deduce que la probabilidad de flameo aumenta al aumentar la corriente de fuga y esta es principalmente la resistencia de la capa superficial la que determina la magnitud de la corriente. Por lo tanto se puede concluir que la resistencia de la capa superficial es el factor fundamental que determina si el aislador flameará o no. La resistencia superficial esta determinada por la conductividad de la capa , el perfil y diámetro del aislador. La condición de máxima conductividad de la capa superficial presenta por lo tanto las mejores condiciones para el flameo.

2.3 La interacción del contaminante y el aislador 2.3.1. El mecanismo del depósito del contaminante La contaminación se deposita a través de varios mecanismos en la superficie del aislador. Estos pueden ser: 1.- Debido a la atracción electrostática de las partículas eléctricamente. 2.- Por gravedad 3.- Debido a la captación aerodinámica del aislador. De los mecanismos mencionados, la captación aerodinámica del aislador es por mucho la más importante. La Figura 2 da una explicación del mecanismo de captación aerodinámica. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

48


Cuando el aire contiene partículas en suspensión estas fluyen alrededor del aislador, las partículas dependiendo de sus densidades no son desviadas alrededor del aislador con la misma magnitud. Las partículas densas como arena no desviaran en total y serán depositadas en lado del cable del aislador. Partículas con densidades similares a las del aire seguirán las corrientes de aire mas estrechamente. Serán depositadas en el lado opuesto del aislador donde los vértices están presentes y la curvatura del flujo del aire es cerrada Para explicar los efectos del perfil en la captación de la contaminación de un aislador, dos categorías de perfil son definidas: estas categorías se muestran en la Figura 3

Figura 3 Categoría de Perfiles Un perfil abierto es un diseño aerodinámico, generalmente tal perfil no recogerá una gran cantidad de contaminación debido a suave flujo de aire alrededor de éste. Sin embargo, la contaminación fuerte se depositará en el núcleo del aislador y el la parte superior de los faldones. El perfil cerrado recogerá mas contaminación, es de diseño complicado Este diseño de aislador recogerá mas contaminación que el diseño de perfil abierto debido a los vórtices creados por los costillas inferiores de la concha la contaminación fuerte será depositadas principalmente en el núcleo y parte superior de sus faldones mientras que la contaminación ligera será depositada en las costillas inferiores de la concha.

2.3.2 Tipos de contaminación La conductividad de la capanominalmente superficial eslamuy importante.activa La contaminación es porconductiva lo tanto clasificada en dos categorías, contaminación que forma una capa y la contaminación inerte que influencia la capa conductiva. La tabla 1 lista estas categorías junto con ejemplos típicos. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

49


Tabla 1: Tipos de contaminación

Contaminación activa Forma una capa conductiva

Contaminación inerte Influencia la capa conductiva

Contaminación conductiva

Contaminación hidrofólica

Polvo metálico Sales de alta solubilidad

Kaolin, Arcilla Contaminación hidrofóbica

NaCl, MgCl, NaSO4 …

Grasa silicón, Aceite

Sales de baja solubilidad

Yeso, Cenizas, Cemento

La contaminación activa se subdivide en contaminación conductiva que es permanentemente conductiva, sales de alta solubilidad, que son sales que se disuelven rápidamente en el agua y sales de baja solubilidad que necesitan un gran volumen de agua para disolverse. La contaminación inerte se clasifica como hidrofólica cuando ésta absorbe agua o hidrofóbica cuando ésta repele el agua. La necesidad para esta clasificación se hará clara en la siguiente sección.

2.4 Humedecimiento del aislador 2.4.1 Mecanismo de humedecimiento del aislador El humedecimiento de la superficie del aislador puede tener lugar de varias formas ejemplos típicos son: lluvia, neblina y humedad. La lluvia es muy direccional y su eficiencia en el humedecimiento del aislador se expresa mejor usando la idea de distancia de fuga protegida. Distancia de fuga protegida se define como la parte de la distancia de fuga del aislador que es inaccesible a la lluvia directa como se muestra en la Figura 3. La distancia de fuga protegida no es solamente una función del perfil de la aleta, sino también de la altitud a la cual se instale el aislador. Es claro que de la Figura 3, que la lluvia moja el perfil abierto más efectivamente, que el perfil cerrado. Por otro lado, la niebla humedecerá completamente tanto el perfil abierto como el cerrado. El movimiento del aire alrededor del aislador depositará sus gotas de agua sobre el aislador, de la misma manera en que la contaminación se deposita, esto se debe a la baja densidad de las gotas, especialmente donde existen vórtices. La limpieza natural del aislador tendrá lugar en condiciones de lluvia. La contaminación se disuelve Dr. Marcos Moreno en el agua y el escurrimiento la elimina de la superficie. ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

50


2.4.2 humedecimiento crítico Fue demostrado en la sección 2.2 que la conductivita de la capa superficial de contaminación es el factor crucial que determina la probabilidad de flameo. La peor condición o crítica ocurre por lo tanto cuando el ambiente influye los resultado de la conductividad superficial más alta. Esta condición define el humedecimiento crítico. Una rapidez de humedecimiento crítico es aquella que es suficientemente rápida para humedecer la contaminación para que el proceso de flameo tenga lugar y suficientemente baja para no lavar el contaminante de la superficie del aislador. En resumen, es la condición de humedecimiento bajo la cual es muy probable que ocurra un flameo de la contaminación. En un ambiente específico, el tipo de contaminación se puede utilizar para obtener las condiciones criticas de humedecimiento. La tabla 2 sugiere condiciones de humedecimiento critico equivalentes para cada uno de los tipos de contaminación dados en la tabla 1.

Tipos de contaminación

Humedecimiento crítico

Contaminación Activa

Conductora

Siempre critica

Sales de alta solubilidad

Bajo rango de humedecimiento Niebla, rocío, lluvia ligera

Sales de baja solubilidad

Alto rango de humedecimiento Lluvia fuerte

Contaminación Inerte

Hidrofólica

Aumento del humedecimiento de la contaminación

Hidrofóbica

Inhibición del humedecimiento de la contaminación

Tabla 2 Humedecimiento crítico Las condiciones de humedecimiento en las que ocurrió previamente el flameo por contaminación en un sitio determinado, definirá el humedecimiento crítico para ese sitio.


51


3. Selección de Aisladores 3.1 parámetros importantes Un aislador es seleccionado para operar óptimamente bajo condiciones ambientales críticas como se definió en la sección previa. Para lograr este objetivo es necesario seleccionar un perfil apropiado para el aislador así como también la distancia de fuga correcta. Las condiciones ambientales gobiernan principalmente la selección del perfil, mientras que los requerimientos eléctricos determinan la selección de la distancia de fuga. Para un ambiente dado el perfil se selecciona primero, después la distancia de fuga es determinada como el perfil determinará la cantidad de contaminación en la superficie del aislador. 3.2 Selección del perfil El perfil es definido en la sección 2.3.1, es seleccionado principalmente en la condición de humedecimiento critico y en menor grado en su captación de la contaminación. En la Tabla 3 la relación entre el humedecimiento crítico y el perfil del aislador es dado. Tabla 3 humedecimiento critico y perfil del aislador. Humectación critica Perfil del aislador Humedecimiento no necesario rapidez de humectación lenta rapidez humectación alta

tipo abierto tipo abierto tipo cerrado

En condiciones donde la contaminación es conductiva y no humectación es necesaria seria mejor escoger un perfil abierto para tener la contaminación captada tomada agarrada del aislador tan baja como sea posible Para un humectación lento se reconoce que para ambos tipos de perfiles, el aislador completo será humedecido en condiciones críticas. La baja captación de contaminación así como también las buenas propiedades de limpieza natural del perfil abierto será por lo tanto benéfico. Bajo condiciones de humectación rápida la distancia de fuga protegida por el perfil cerrado probará ser valiosa como parte del aislador, ya que no será suficientemente humedecida para que se forme un capa continua de alta conductividad También es importante seleccionar las dimensiones físicas correctas para el perfil pero ese detalle no es considerado aquí.

3.3 Selección de la distancia de fuga La única manera segura para seleccionar la longitud de la trayectoria de deslizamiento del aislador es probando el aislador propuesto en el ambiente donde este será instalado. Sin embargo, la IEC ha proporcionado una amplia guía para la distancia de fuga con respecto al nivel de contaminación. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

52


La tabla 3 muestra la guía IEC para niveles de contaminación y sus longitudes de fuga correspondiente. La distancia de fuga específica es calculada como la longitud de la trayectoria de fuga en mm dividido por el voltaje del sistema más alto (fases-fase) en kV aplicados a la trayectoria de fuga Tabla 3 Niveles de contaminación - vs- distancia de fuga Nivel de contaminación Distancia de fuga especifica mm / kV Ligera 16 Media 20 Fuerte 25 Muy fuerte 31

4 Ejemplos 4.1 Un Ambiente industrial Esta subestación esta localizada cerca de una planta de acero. Han ocurrido varios flameos en la SE durante fuertes tormentas atmosféricas (lluvia muy fuerte). I. Tipo de contaminación presente Activa - baja solubilidad (yeso) Inerte - hidrofólico (óxido de hierro) II. Ambiente Lluvia - verano, tormentas con fuertes lluvias Invierno seco con ocurrencia regular del rocío Incidencia regular de niebla a finales de invierno III Humectación crítica Tormenta con fuerte lluvia IV. Limpieza natural Lluvia ( La contaminación inerte retarda el proceso de limpieza ) V. Clasificación IEC Fuerte VI Conclusión Perfil cerrado con 25 -30 mm / kV VII Discusión Se escoge un perfil cerrado en base a que durante la humectación crítica, la parte protegida de la distancia de fuga especifica permanecerá seca proporcionando una baja conductividad superficial La distancia de fuga específica fue seleccionada de acuerdo a la Tabla 3. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

53


4.2 Un ambiente marino Esta SE esta situada aproximadamente a 5 km de la costa. Ocurrieron flameos en el pasado durante una espesa niebla marina. I Tipo de contaminación presente Activa: Altamente soluble Inserte: Ninguno II Ambiente Verano con lluvias, Tormentas con fuerte lluvias Invierno seco con ocurrencia regular de humedad Incidencia regular de niebla en el invierno pasado III Humectación crítica Niebla o Rocío IV Limpieza natural Lluvia V Clasificación IEC para la contaminación Fuerte VI Conclusión: Perfil abierto a 25 mm / kV VII Discusión Fue seleccionado un perfil abierto ya que las condiciones críticas de humectación de la aislamiento completo será humedecido y luego es importante escoger un perfil que no recoja una cantidad grande de contaminante y tenga buenas propiedades de auto limpieza. La distancia de fuga fue seleccionada de la Tabla 3.


54


EJEMPLO NGK En la siguiente sección se presenta un ejemplo de selección utilizando la Guía NGK La Determinación del número de aisladores se obtiene aplicando la siguiente relación N

=

Vmax φ − g xF .S kV / unit

Ejemplo: El voltaje máximo de fase a tierra es

230 3

x1.05 = 139kV , un Factor de

seguridad =1.05, El voltaje de aguante para un aislador normal para un SDD= 0.1 mg/cm2 y NSDD=0.1 se obtiene de la Figura III-15

→

6kV/unit. N =

139 x1.05 6

= 24 , ó 11 aisladores tipo niebla


55


6.- MANTENIMIENTO 6.1 Introducción En la presente sección se describen los métodos de lavado en líneas energizadas y la utilización de grasas hidrocarbonadas y las de silicón, así como también los recubrimientos de hule silicón RTV.

6.2 Procedimientos de mantenimiento Lavado en vivo de aisladores cerámicos LAVADO DE AISLADORES EN LINEAS ENERGIZADAS

RECOMENDACIONES GENERALES El método de lavado de aisladores en líneas energizadas utilizando agua a alta presión se ha empleado desde hace ya un buen número de años y se considera el procedimiento normal de lavado. Consideraciones para lavado de aisladores: l. Entrenamiento, capacitación. 2. Circuitos energizados o des-energizados. 3. Pureza del agua. 4. Puestas a tierra. 5. agua. 6. Presión Distanciadelentre la boquilla y el circuito energizado. 7. Normas de lavado (configuración de la estructura y tipo de aislador)

1. Entrenamiento o capacitación. Todos los integrantes de la cuadrilla deberán estar entrenados en el uso del equipo de lavado (ver instrucciones de operación del equipo) y ver las normas de lavado (puntos 7 y 8). 2. Circuitos energizados El lavado en circuitos des-energizados se podrá hacer cuando sea posible. Se puede utilizar agua de mayor conductividad cuando se lavan circuitos des-energizados, que cuando se lavan circuitos energizados. 3. Pureza del agua Se deberá utilizar agua de la mas baja conductividad cuando se lavan circuitos energizados. Ver Tabla no.1 para establece los limites mínimos de conductividad del agua. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

56


Para medir la conductividad del agua antes de llenar el tanque de agua del equipo, se utiliza un medidor de conductividad portátil. Esta medición debe realizarse cada vez que se llena el tanque – sin importar que se utilice la misma fuente de agua. Recordar que la conductividad del agua varia con su temperatura, por esto, si el agua se deja en el tanque por un largo periodo, se deberá medir antes de ser nuevamente utilizada.

4. Puesta a tierra: Cada equipo de lavado se suministra con un perno para hacer la conexión a tierra, por lo que debe conectarse a tierra. Cuando se este lavando, debe evitarse que cualquier persona que este parada en el suelo toque el equipo de lavado. Cuando sea necesario lavar desde una estructura metálica conectada a tierra, la boquilla de la pistola debe conectarse a la tierra de la estructura.

5. Presión del agua Se deberá mantener una presión del agua de 400 a 500 lb/pulg2 en la boquilla (ver tabla no. 5 presión - voltaje). Presiones de agua menores a éstas, disminuyen la distancia y efectividad del lavado. Presiones mayores darán mayor distancia pero con un ligero aumento en la efectividad del lavado. Por otro lado, la presión más alta hace que el chorro del agua se abra más, haciendo más difícil que el operario pueda ver el aislador que esta lavando.

6. Distancia entre la boquilla y el circuito energizado. La Tabla No.5 establece las distancias mínimas entre la boquilla y el circuito energizado según cada voltaje. Se debe recordar que estas son distancias mínimas y cuando sea posible, se deberán mantener distancias mayores.

7- Normas de lavado (-configuración de la estructura) (-tipo de aislador) Un factor que se debe tener en cuenta es la dirección del viento. El operario debe lavar desde una posición en la cual el chorro de agua que sobrepasa el aislador que se esta lavando, no le caiga a un aislador contaminado. Cuando se están lavando aisladores tipo alfiler, tipo pedestal, ó tipo poste, o los “bushings” de equipo eléctrico o pararrayos (instalados en posición vertical), el lavado se hace de abajo hacia Dr. Marcos Moreno arriba. ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

57


Cuando hay que lavar los bushings de los transformadores o interruptores en aceite, o aisladores tipo long rod, o en áreas de mucha congestión, se sugiere utilizar dos pistolas, y así dos chorros para el lavado. Con aisladores que están colgados en una estructura, siempre comience desde abajo y lave hacia arriba.

Cadena de aisladores en suspensión –sencilla. Dirija el chorro del agua de tal manera que el chorro impacte al aislador en un ángulo de aproximadamente 45°. Inicie el lavado desde el extremo del conductor y lave hacia la estructura, luego enjuague los aisladores inferiores para quitarles el agua con contaminación que les haya podido caer al lavar los aisladores superiores.

Cadena de aisladores en suspensión -doble: Primero lave los aisladores inferiores de ambas cadenas -2 en cadenas de 69kv, 3 en 138kv, 4 en 220kV, 6 en 345kV y 8 en 500kV, antes de seguir lavando hacia arriba, enjuague los aisladores como en cadenas sencillas de suspensión.

Cadenas de suspensión en V: Se deben utilizar dos pistolas simultáneamente, cada chorro dirigido a una cadena, y lavar tal como si fuera una cadena de suspensión doble, comenzando por los aisladores inferiores y procediendo hacia arriba.

Aisladores de amarre -cadena sencilla: Comience lavando los aisladores que estén más lejanos (del viento), en grupos de cuatro a seis unidades. Una vez que hayan, sido lavados, vuelva a enjuagarlos todos. Estas cadenas de aisladores pueden ser lavadas comenzando en cualquiera de los dos extremos -dependiendo de la dirección del viento.

Aisladores de amarre -cadena doble Comience lavando los aisladores que estén mas (lejanos del viento), primeros cuatro a seis aisladores, luego pase a lavar los mismos cuatro a seis aisladores en la otra cadena, después devuélvase a la primera cadena y siga con los siguientes cuatro a seis aisladores y así sucesivamente de una cadena a la otra.


58


Combinación de cadena de amarre y de puente. Comience lavando la cadena más lejana del viento tal como se ha explicado para aisladores de amarre, cadena sencilla o cadena doble, luego lave la cadena de aisladores en suspensión, comenzando por el extremo del conductor.

Lavado sin viento -cadena doble el agua que salpica del aislador que se esta lavando a otros aisladores no lavados, hará necesario que se laven varios aisladores a la vez en cada cadena antes de proseguir con una cadena completa, tal como se ha explicado para cadenas de aisladores dobles. Nota: Nunca se deberán lavar aisladores que estén instalados en un poste de madera, con el operario parado en el mismo poste. Se debe lavar con el operario subido a alguna otra estructura ya sea una plataforma aislada o un camión canastilla. El operario encargado de lavar, deberá tener mucho cuidado para no dirigir el chorro del agua hacia una persona, ya que el agua podría herir a esa persona o hacerla caer. Conductividad del agua para ser utilizada en el lavado de los diferentes voltajes y Tabla de comparación de conductividad vs resistividad Conductividad µmhos 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500 2000 2500

Resistividad ohmios-cm 10000 5000 3333 2500 2000 1667 1430 1250 1111 1000 667 500 400

Resistividad ohmios-pulgada 3937 1969 1312 984 787 656 563 492 437 394 262 197 157

kV 4 a 765 4 a 765 4 a 765 4 a 500 4 a 115 4 a 34.5 ---------------

Revoluciones por minuto del motor –vs- presión del agua en la bomba y en la boquilla, con una y dos pistolas; con orificio de 1/4 pulgada y conectada(s) a una manguera de 150 pies de largo y 1 pulgada de diámetro Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

59


Revoluciones Pistolas por minuto presión/bomba presión/boquilla Una pistola 1500 380 250 Una pistola 1800 550 410 Una pistola 2000 700 550 Una pistola 2200 890 720 Una pistola 2500 1045 860 Dos pistolas Dos pistolas Dos pistolas Dos pistolas Dos pistolas

1500 1800 2000 2200 2500

310 480 610 750 830

210 360 500 620 700

Tabla No. 2 Características de operación del equipo de lavado -Lavando con una pistola con orificio de 1/4 pulgada -Una manguera de 150 pies de largo y 1 pulgada de diámetro -Presión de la bomba 700 lb/pulg2 -Presión en la boquilla al nivel del suelo 550 lb/pulg2 -Flujo de agua de 35 galones/minuto -Perdida de presión por cada 100 pies de altura sobre el nivel del suelo 115 lb/pulg2 Ejemplo: una pistola con boquilla de 1/4 pulgada a una altura de 100 pies; presión de la bomba 700 lb/pulg2; presión en la boquilla de 505 lb/pulg2 (550 -45). Tabla No 3 Características de operación del equipo de lavado Lavando con dos pistolas con orificios de 1/4 pulgada. Dos mangueras de 150 pies cada una y 1 pulgada de diámetro Presión de la bomba 750 lb/pulg2 Presión en la boquilla al nivel del suelo 620 lb/pulg2 Flujo de agua de 76 galones/minuto Perdida de presión por cada 100 pies de altura sobre el nivel del suelo -45 lb/pulg2 Ejemplo: dos pistolas con boquillas de 1/4 pulgada a una altura de 125 pies, presión de la bomba 750 lb/pulg2, presión en cada boquilla 564 lb/pulg2. Tabla No. 4 Normas de lavado – equipo energizado Mínima distancia y presión para cada voltaje Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

60


kV pies 4 8 7.2 8 11 8 15 8 25 8 34.5 10 45 10 66 12 80 12 110 15 130 15 161 15 220 15 345 18 400 18 500 18 765 20

metros presión (lb/pulg2) 2.43 400 2.43 400 2.43 400 2.43 400 2.43 400 3.05 450 3.05 450 3.66 450 3.66 450 4.57 500 4.57 500 4.57 500 4.57 500 5.49 550 5.49 550 5.49 550 6.10 550

LIMPIEZA DE AISLADORES 1 INTRODUCCION

El problema de la contaminación ha existido por muchos años, también desde hace muchos años ha existido una solución -no una solución económica -pero una solución. Esta solución era desenergizar la línea o subestación y limpiar los aisladores a mano. Esto, obviamente, no es económico porque las empresas eléctricas no producen ganancias si sus líneas están des-energizadas. Se descubrió que si se le ponía una capa de silicón al aislador, los arqueos se retrasaban. Este silicón generalmente se ponía después de haber limpiado el aislador y con el equipo des-energizado. Pero como la vida moderna depende más y más de la utilización de energía eléctrica, la "continuidad de servicio" se convierte más en una necesidad que en un lujo. La economía del mantenimiento de líneas energizadas es realmente muy sencilla, cada vez que se des-energiza una línea para mantenimiento o reparaciones, se deja de percibir ingresos. Así que se construyen sistemas dobles o se hace mantenimiento de líneas energizadas. Diferentes empresas han desarrollado métodos para limpiar y aplicar silicón a los aisladores en líneas energizadas. En lo que sigue se proporciona información básica sobre estos métodos. Para limpiar hay dos métodos, uno con agua y otro en seco que utiliza cáscaras de nuez de nogal granulada El lavado limpia la mayoría de los contaminantes aun grado aceptable.

EFECTIVIDAD DEL LAVADO CON AGUA

Dr. Marcos Moreno


61


Contaminante Industria petrolera Agua de mar Industria de manufactura Tierra Polvo Polvo de cemento

Efectividad 80% 85% 90% 95% 97% 0%

El lavado se puede hacer en un sistema energizado, es rápido, seguro y eficaz relativamente. La limpieza en seco se puede hacer también en un sistema energizado, es seguro y eficaz pero no tan rápido como el lavado con agua. La limpieza en seco elimina contaminantes que no remueve el agua. Tales como polvo de cemento, calcio, carbono de magnesio, hollín. También puede limpiar la contaminación producida por la industria petrolera más eficazmente que el agua. Haciendo hincapié en lo anterior, los dos sistemas tienen sus ventajas y en lugar de competir entre si, son complementarios. Un programa completo de mantenimiento debe incluir lo siguiente: (1) lavado de aisladores (2) Limpieza en seco de los aisladores no lavados con agua. (3) Aplicación de silicón con el sistema energizado en los lugares de más alta contaminación.

1.- Lavado de aisladores Existen varios tipos de equipos para lavar aisladores. Algunas SE y torres de transmisión en lugares especiales, tienen un sistema instalado de lavado fijo. Estos sistemas generalmente son rociadores como los utilizados para combatir incendios. Pero para obtener un lavado eficaz, el impacto del chorro de agua en el aislador debe ser desde un ángulo variable y por diferentes lapsos de tiempo. Debemos anotar que el tipo de contaminación y la dirección del viento harán que un lado del aislador esté más contaminado que el otro. Este tipo de control de los rociadores se vuelve más complejo, sofisticado y costoso. Con la utilización de un sistema de lavado móvil, con la boquilla sostenida por un operador o una boquilla de control remoto, se evitan esos sistemas de control costosos y se pueden utilizar la misma bomba, la misma manguera, etc. Para lavar aisladores en SE o en sistemas de distribución o transmisión. Debido a la eficacia y seguridad obtenida con estos equipos de lavado móviles, su uso se ha generalizado en el mundo. Hay equipos de lavado que son muy sencillos y económicos. Generalmente son limitados en cuanto a su efectividad debido a la baja presión de agua conque operan, por consiguiente alcance e impacto limitado. Estos equipos de lavado no tienen equipo de seguridad incorporado. Hay otros equipos que no son tan sencillos y con los que se puede lavar hasta cualquier voltaje de transmisión y que se apagan automáticamente si se sobrepasan ciertos límites pre-seleccionados. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

62


La mayoría de los equipos de lavado requieren cierto tipo de agua -" tipo" refiriéndose a la resistencia del agua al paso de corriente, medido en ohmios. En general, el valor óhmico del agua y la forma como se va a "rociar" determinan hasta que voltaje se puede lavar. En la India utilizan un equipo lavador móvil, hecho en Europa, que requiere que el agua sea destilada y mezclada con bióxido de carbono para obtener un valor óhmico que le permita lavar los voltajes de distribución energizados. Los Japoneses tienen un lavador muy sencillo que consiste en una motobomba, una manguera y una pértiga de madera con la boquilla rociadora. El agua debe ser suministrada aparte porque este equipo no tiene su propio tanque de agua. El agua utilizable en este tipo de lavador es del orden de 3150 ohmios por pulgada cúbica o 8000 ohmios cm3. El fabricante de este equipo realza la importancia del mango de madera y que todos los componentes estén conectados a tierra. Con este lavador se pueden lavar voltajes hasta de 154 kV. Los Rusos tienen un equipo lavador que instalan en un camión con una cesta muy sencilla. Dicha cesta es rudimentaria porque sólo se extiende verticalmente, no tiene giro ni elevación. Este tipo de lavador tampoco tiene su propio tanque de agua y por eso requiere que otro camión con tanque le suministre el agua a través de mangueras. Desafortunadamente no sabemos los detalles del tipo de agua que requiere ese lavador, ni hasta qué voltaje se puede utilizar. Los Canadienses construyen un equipo lavador, también montado en un camión. Este lavador tiene un brazo de madera que se utiliza para girar y elevar la boquilla del agua. La efectividad de este lavador es limitado debido a que no se puede girar la boquilla. Uno de los sistemas más eficaces producido actualmente en los Estados Unidos es un sistema móvil, que utiliza agua con una resistencia de 1000 ohms por pulgada, o 2540 ohms por centímetro, o 394 µmho/cm y puede ser utilizados para lavar en caliente cualquier voltaje en uso hoy en día.

Este, o en general cualquier lavador, va a consistir de los siguientes componentes: Un tanque para almacenar el agua, una bomba de agua, una manguera con su carrete, una boquilla o pistola, un tanque para combustible y un motor para la bomba. Algunos de estos componentes son variables, tal como el tanque del agua. Hay lavadores con tanque de agua desde 300 hasta 2400 galones. Los tanques pueden ser de acero, con un revestimiento interior epóxico para prevenir la corrosión, o pueden ser de acero inoxidable. La bomba de agua puede ser sencilla, para lavar líneas de distribución, o doble, para lavar subestaciones o líneas de transmisión. "Bomba doble" quiere decir que se utiliza el agua de la salida de la bomba CPK-2 como entrada a 1 a bomba CPT -4 para as f obtener una mayor presión. El equipo puede tener una o dos mangueras para el agua. En cuanto a la boquilla o pistola, no hay mucha posibilidad de variación excepto en el tamaño del orificio de salida. Los diferentes tamaños son Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

63


, 3/16", 1/4" y 5/16", siendo 1/4" (.63 cm) el tamaño mas utilizado y 5/16" (.79 cm) cuando hay viento. El tanque del combustible es de aproximadamente 40 galones de capacidad. El motor para la bomba es bastante variable porque puede ser de gasolina o diesel. Cuando se va a utilizar la bomba doble se requiere un motor de mayor potencia que el requerido por la bomba sencilla. Estos componentes pueden ser instalados en cualquiera de los siguientes métodos: en un bastidor, en un remolque (acoplado), en un camión cesta, o en una grúa hidráulica con una boquilla de control remoto instalada en el extremo de la grúa. El lavador en bastidor (skid) es el lavador que tiene el tanque de agua mas variable porque el tamaño del tanque depende de la capacidad de carga del camión que lo movilizará. La gran ventaja de este tipo de lavador es que cuando ya no se requiera lavar aisladores, se quita fácilmente del camión con una grúa. De este modo el camión se puede utilizar para otros menesteres. La desventaja es la limitación de la cantidad de agua que se puede cargar. El remolque es, sin duda alguna, el lavador mas utilizado porque tiene un tanque de agua bastante grande (1000 galones) y no requiere que se le asigne un camión sólo para uso como lavador. De este modo cualquier camión con suficiente capacidad para tirar y parar el remolque puede ser utilizado. Este tipo de lavador es bastante móvil, pudiendo ser utilizado para lavar una subestación o líneas de distribución o transmisión. En el caso de estos equipos montados en un bastidor o en un remolque, el operario puede lavar estando parado en el suelo, desde una cesta, o desde la misma estructura, si se trata de líneas de transmisión. Ya refiriéndonos a los equipos un poco más complejos, están todos los componentes anteriores pero se agrega una boquilla hidráulica de control remoto que se instala en el extremo de una grúa telescópica. Esta boquilla tiene, independiente del movimiento de la grúa, un movimiento horizontal de 2800 y vertical de 2450, lo cual le da a este tipo de equipo un radio de acción bastante amplio. Este tipo de lavador se usa generalmente para lavar líneas de transmisión de muy alta tensión (EAT). Hay equipos de grúa o hay otros que tienen todos los controles en la cabina del camión. De este modo el operario no necesita moverse de su asiento para conducir, operar la grúa o lavar aisladores. El oficio de lavar una línea de transmisión lo puede efectuar un solo operario.

lII REQUISITOS PARA LAVAR EN CALIENTE Para asegurarse de que esta mezcla de agua y electricidad es segura, varias empresas eléctricas hicieron pruebas de lavar aisladores en líneas energizadas. Estas pruebas básicamente han buscado establecer los parámetros para lavar de un modo seguro; las variables que se deben tener en, cuenta/tales como resistencias del agua, tamaño y diseño de la boquilla, presión del agua, distancia a la cual se puede lavar y procedimientos para lavar.


64


Los primeras pruebas documentadas fueron hechas en 1941 por "Pacific Gas and Electric de California." Estas pruebas solamente fueron de corriente de fuga. En 1947 esta misma empresa volvió a hacer pruebas pero esta vez buscaba mucho más. Quería establecer si el agua realmente lavaba eficazmente. CuAles eran las corrientes de fuga en diferentes tipos de chorro de agua?' Quería probar diferentes tipos y tamaños de boquillas, agua de diferentes resistencias, "nuevos" probadores de resistencia y comprobar si lavar en caliente era realmente más económico. También se agregó un agente abrasivo (arena Monterrey triturada) para ver si esto mejoraba el efecto limpiador del agua. sí mejoro/el efecto limpiador pero si el operario dejaba el chorro del agua demasiado tiempo en un mismo lugar, éste quitaba el vidriado del aislador. La arena Monterrey triturada también taponaba la boquilla. El polvo de cemento y ciertos otros tipos de contaminantes industriales y petroleros solo las quita el agua con un grado de efectividad bastante bajo. Otra prueba consistía en tomar un aislador contaminado y elevar el voltaje hasta obtener un arqueo. Luego se lavaba el aislador y se repetía hasta el arqueo. De este modo se podía establecer la efectividad del lavado. Se vi6que lavando los aisladores la mayoría volvieron a tener la misma capacidad de aislamiento que tenían antes de ser contaminados. Se estableció que 1 miliamperio ser1a el máximo de corriente de Fuga aceptable, así que usando diferentes boquillas, presiones y distancias llegaron a establecer una distancia m1nima de acercamiento para lavar aisladores en líneas energizadas. También notaron cómo reaccionaba el chorro del agua a diferentes presiones, pudiendo establecer que después de 500 lb/pulg 2 en la boquilla, cualquier aumento de presión ocasionaba un aumento muy pequeño en la corriente de fuga. De este modo establecieron que la "distancia" era uno de los factores más importantes para poder lavar aisladores en caliente. Para estas pruebas, y hasta hace pocos anos/las boquillas y demás equipo eran generalmente equipo para combatir incendios o para rociar árboles. Pero las boquillas no daban un resultado 6ptimo, así que se comenzaron a fabricar boquillas especiales para lavar aisladores. Una buena boquilla debe dar una buena distancia sin abrirse demasiado" tener baja corriente –lo más pequeña posible, pero que permita lavar con el mínimo consumo de agua. A las pistolas de lavado modernas se les ha incorporado un "rectificador" del chorro. Uno de los factores más importantes para poder lavar en caliente es la resistencia del agua, porque agua con resistencia muy baja causaría un arco en el aislador. La siguiente tabla muestra la relación que existe entre temperatura y resistencia del agua: TEMPERATURA 13.0 °C 20.5 °C 23.0 °C

RESISTENCIA 1000 ohms / pulgada 900 ohms / pulgada 820 ohms / pulgada

Es importante tener esto presente porque al dejar el agua en el tanque durante varias horas y al rayo del sol, puede subir la temperatura de 130 °C a 20.5 °C y haría que esta agua ya no fuera utilizable para lavar en caliente. Es por esto que algún tipo de medidor de resistencia debe ser incorporado a Dr. Marcos Moreno todo lavador. ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

65


Para mostrar el efecto de un buen lavado, en una zona costera se lavaron una serie de aisladores y otros se dejaron sin lavar. Después de una neblina y llovizna, hubo 57 arqueos con el poste incendiándose y 12 interrupciones de servicio en la sección sin lavar; en la sección lavada no hubo ningún problema. Otra ventaja de tener aisladores limpios es una reducción en la pérdida de corriente debido a corrientes de fuga a lo largo de la cadena de aisladores. Pruebas recientes han demostrado que las corrientes de fuga disminuyen bastante con un aumento de resistencia del agua. El año pasado la firma.-A. B. Chance realizo pruebas extensivas sobre corrientes de fuga de diferentes tipos de chorros de agua, diferentes voltajes yaguas con diferentes resistencias. Además de estas pruebas básicas, se realizaron por primera vez pruebas de impacto para obtener la combinación optima de presión y boquilla, teniendo en cuenta el consumo del agua. PRUEBAS DE IMPACTO DISTANCIA

BOQUILLA

3.05 m 3.05 m 3.05 m 6.10 m 6.10 m 9.14 m 9.14 m

3/16 1/4 5/16 3/16 1/4 5/16 1/4

PRESION BOQUILLA 550 550 550 550 550 550 550

CONSUMO GALONES/MIN 24.5 44 66 24.5 44 66 44

IMPACTO (lb/pulg2) 21 38 53 14 25 35 12

CORRIENTES DE FUGA A). Agua conductividad = 1600 ohms/ cm3 Distancia 1.52 m 2.13 m 3.05 m

Corriente de fuga (µAmperes) 80 kV 180 kV 250 kV 41 130 -19 85 112 3 15 25

B). AGUA DESTILADA 29,000 ohms/ cm3 1.52 m 2.13 m 3.05 m

1.6 0.6 0.45

1.6 2.7 l.0

-4.9 5.0

Después de un análisis completo de todos los datos obtenidos en las pruebas, se llegaran a formular las siguientes recomendaciones para poder realizar el lavado de aisladores en líneas energizadas: Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

66


(1) El agua debe tener una resistencia mínima de 1000 ohms por pulgada cúbica, 2540 ohms por centímetro cúbico o 394 µmhos por centímetro. Cabe recordar que la resistencia disminuye con el aumento de la temperatura del agua. Es por eso que consideramos que todo equipo para lavar aisladores debe estar dotado de un medidor de la resistencia del agua. Hay medidores a base de transistores que pueden ser instalados en los equipos lavadores que dan una señalo apagan el motor de la bomba cuando se sobrepasan los límites de seguridad. También hay probadores portátiles para medir la resistencia del agua antes de introducirla en el tanque. Para protección de la bomba del agua, el equipo lavador debe tener algún sistema para indicar el nivel del agua y así no operar la bomba sin agua lo cual la dañaría. (2) La presión del agua en la boquilla no deberá ser menor de 500 lb/pulg2; la presión óptima es de 550 lb/pulg2 (3) Solo una boquilla diseñada especialmente para lavar aisladores debe ser utilizada. El orificio de la boquilla podrá ser de 3/16" (.48 cm) o 1/4" (.63 cm) o 5/16" (.78 cm). La pistola debe tener un rectificador de chorro. (4) La distancia mínima de acercamiento para lavar un aislador energizado es: VOLTAJE 0-69 kV 70-220 kV 221-765 kV

DISTANCIA MINIMA 3m 4 m. 6m

(5) Un procedimiento definido para lavar debe ser establecido para asegurar que la contaminación de un aislador no vaya a caerle a otro que no haya sido previamente lavado. Para lograr esto, se debe tener en cuenta la localización de los aisladores y la dirección del viento. Debido a de estos factores anteriormente enumerados, sugerimos que cualquier empresa que esté considerando este tipo de solución a su problema de contaminación, obtenga del fabricante del equipo lavador, un programa completo de entrenamiento para sus operarios. De este modo se asegurara que el fabricante tiene confianza y conocimiento de su equipo.

IV LIMPIEZA EN SECO El sistema de limpieza en seco es un complemento al sistema de lavado con agua. Este tipo de lavado se utiliza cuando el impacto del chorro de agua, de un sistema mojado, no puede remover la contaminación del aislador. Este tipo de sistema de lavado en seco (Dry media cleaning system) utiliza cualquiera de varios tipos de agentes abrasivos limpiadores y aire seco a alta presión como el agente propulsor. Los agentes abrasivos más comúnmente utilizados son tusa de maíz o cáscaras de la nuez de nogal granulado o caliza. Se puede utilizar cualquiera de estos agentes solos combinación de la tusa de maíz y las cáscaras de la nuez de nogal producen el mejor agente abrasivo limpiador. Estos productos se Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

67


consiguen fácilmente, ya que son utilizados en la perforación de pozos. Estos productos son biodegradables y por lo tanto no contribuyen al problema de la polución. En la actualidad no conocemos ningún otro equipo en el mercado diseñado para este fin. Este equipo para lavar en seco consta básicamente de dos unidades uno para secar y enfriar el aire y el otro para contener y/o mezclar el agente limpiador. Se requiere el uso de un compresor de aire (que no es parte del equipo) con capacidad de 125 lb/pulg 2 y 110 pies cúbicos/minuto. El aire del compresor es enviado, al "enfriador" que es un radiador dotado de un ventilador accionado por un motor de aire. De aquí va al "secador" de aire, que hace exactamente lo que su nombre indica -seca el aire. Esta unidad esta llena de unos gránulos sintéticos que secan el aire. Ya enfriado y secado, el aire es enviado a través de una manguera al "mezclador" donde recoge el agente limpiador. Este mezclador permite variar la cantidad de agente limpiador que se mezcla con el aire. Cada uno de estas unidades está montado en ruedas para permitir su fácil movilización. El aire ya mezclado con el agente limpiador es enviado a una pértiga especial de epoxiglass que está dotada con una boquilla y válvula para control del aire. Esta es una pértiga especial porque en vez de tener espuma en el interior del epoxiglass como en la mayoría de las herramientas para trabajos en líneas energizadas utilizadas alrededor del mundo, esta pértiga tiene una manguera en su interior que permite el flujo del aire con el agente abrasivo, pero manteniendo el alto grado de resistencia dieléctrica de las herramientas hechas con el epoxiglass normalizado. Esta pértiga mide 2.44 m. y tiene una extensión de 1.22 m. Viene con 3 boquillas de diferentes ángulos (0 °, 30° y 110°) lo cual permite limpiar aisladores instalados en lugares poco accesibles. Además de la manguera de 1 pulgada de diámetro entre el mezclador y la pértiga, hay 2 mangueras mas para el control del aire. Este sistema de limpieza en seco se utiliza en líneas des-energizadas y si se siguen las normas de seguridad apropiadas, se pueden limpiar aisladores en líneas energizadas. El operador puede limpiar desde el suelo, una escalera, la estructura o una cesta.

V SILICON Los métodos comúnmente aceptados para prevenir arqueos son "sobre-aislamiento" y "un programa de mantenimiento de aisladores". En cuanto al mantenimiento de aisladores) nos referimos a pruebas de aisladores, limpieza de aisladores y/o la aplicación de silicón. El uso de silicón produce dos efectos: (1) El silicón rompe la tensión superficial elevada de la porcelana o del vidrio; es decir, el agua ya no va a formar una capa conductiva en la superficie sino que va a formar gotas separadas. (2) Los fluidos dentro del silicón continuamente están cubriendo toda partícula de contaminación con una capa no conductiva. Esto pasará hasta que el silicón se sature de contaminantes y deba ser reemplazado. En el pasado, el silicón generalmente se aplicaba manualmente y con las líneas des-energizadas. También se limpiaba manualmente con esponja o cepillos de acero. Pero muchas veces este modo Dr. Marcos Moreno de limpieza dañaba el vidriado del aislador. ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

68


Hoy en día, con el uso de los sistemas de lavado y limpieza de aisladores, el silicón puede ser removido con la línea energizada. El silicón en forma de gelatina sólo puede ser aplicado manualmente con las líneas des-energizadas. Sin embargo, algunos fabricantes de silicón producen un silicón que puede ser rociado de un modo parejo y con la línea energizada. La composición de estos silicones varía muchísimo de fabricante a fabricante por la variedad de solventes utilizados para hacer que el silicón pueda ser rociado. Esto debe tenerse en cuenta cuando se escoge un silicón y así poder utilizar el que mejor rendimiento preste bajo las condiciones ambientales y de servicio en que vaya a ser empleado. La efectividad del silicón depende de su aplicación correcta; esto es, que sea una capa uniforme del espesor apropiado. El espesor apropiado dependerá del tipo de contaminante; un contaminante con partículas no absorbentes (como metales) requerirá menos silicón que un contaminante con partículas absorbentes (tales como fertilizantes). Se ha comprobado que la observación visual no permite determinar el espesor actual de una capa de silicón. Generalmente la capa no es tan gruesa como parece. No sabemos de ning6n modo práctico para medir esto. Para la aplicación de este silicón rociado se diseño una pértiga de epoxiglass con boquilla especial. La boquilla puede girar 360° en cualquier dirección para así poder rociar todo el aislador sin importar la localización del aislador con respecto al operador. La manguera del silicón se conecta a la pértiga con una unión giratoria para mayor movilidad. Se han hecho pruebas dieléctricas a la pértiga con silicón y se ha comprobado que este equipo puede ser utilizado en voltajes hasta 220kV. Los dos grandes interrogantes en cuanto a la aplicación del silicón se refiere, son: ¿cuanto se debe aplicar y cuando se debe reemplazar? Pruebas realizadas en los laboratorios de A. B. Chance han demostrado que el espesor optimo de silicón es de 0.15 cm. Cualquier capa de mayor espesor que esto es un desperdicio de silicón porque sólo el silicón en la superficie va a encapsular los contaminantes. Una vez que esta capa este saturada de contaminantes se puede hacer una de dos cosas: Una es volver a rociar otra capa de silicón encima de la capa contaminada o limpiar la capa saturada y volver a rociar una nueva capa de silicón en el aislador. El segundo interrogante -cuando se debe reemplazar el silicón? –es casi imposible de cuantificar debido al sin numero de variaciones de contaminantes y condiciones ambientales posibles. Una inspección visual del grado de contaminación del aislador sería el único modo de determinar si hay que reemplazar el silicón. Muchas empresas eléctricas cuelgan un aislador I patrón" para facilitar la inspección visual.


69


EQUIPO DE LAVADO EN VIVO UTILIZADO EN CFE, MEXICO


70



71


PROCEDIMIENTO PARA EL LAVADO DE AISLAMIENTO EN SUBESTACIONES EN MÉXICO Personal requerido De acuerdo a la experiencia en esta División se ha determinado que cuatro personas es el número apropiado para realizar el lavado de subestaciones y líneas energizadas, 2 linieros y 2 ayudantes chofer 1 liniero ---manejar la pistola #1 1 liniero 2 ---manejar la pistola #2 1 ayudante chofer ---manipular las mangueras 1 ayudante chofer ---operar el equipo de lavado

A – Inspección del depósito de agua. Invariablemente antes del llenado del depósito de agua, este será revisado regularmente en su interior con una lámpara, con el fin de que este limpio, para comprobar que no contenga substancias que cambien las características del agua que se deposite en el mismo. Ver tabla a-1-1 Tabla A-1-1 Conductividad y resistividad del agua uso en rangos de voltaje micro-ohm ohm-cm ohm-pulgada kv 300 3333 1212 100 a 200 400 2500 984 60 a 100 500 2000 787 30 a 60 600 1657 656 1 a 30

A.2.- puesta en funcionamiento del equipo de lavado. Antes de iniciar la jornada de trabajo y la operación del equipo, se deberán verificar los niveles de aceite, combustible y el sistema eléctrico de arranque, al iniciar la operación del equipo, deberá verificar la presión del agua, cuyos parámetros estarán entre 300 y 1000 lbs/plg 2, así mismo, se revisará que la manguera no presente fugas, comprobándose que el flujo de agua alcance una distancia de 6 m aproximadamente, la presión debe ajustarse con la válvula de alivio correspondiente.

A.3- Traslado, colocación y puesta del equipo. El equipo se trasladará al lugar de utilización, remolcándolo con un camión con canastilla colocándolo en la posición que permita al operador situarse a la distancia requerida para el lavado del aislamiento, tomando la precaución de aterrizaje del cuerpo del vehículo remolcador y el propio equipo de lavado mediante una varilla de tierra con broca en la punta para su fácil introducción, así Dr. Marcos Moreno mismo, se instalaran conos de señalamiento, ver fotografía no A-3-1. ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

72


A.4.- puesta a tierra pistola Se deberá aterrizar firmemente la pistola con un conector de cobre o bimetalito, por la parte más cercana al chorro, ver fotografía A-4-1 y esta deberá conectarse con un conductor flexible, o de libertad de movimiento. 4.5.- Equipo de seguridad Se deberá usar el equipo de seguridad siguiente: 1.- Guantes de 20 kV 2.- Lentes de seguridad 3.- gabardina para agua 4.- Botas de seguridad. A.6-Verificar la dirección del viento. Es necesario conocer la dirección del viento para identificar el punto de inicio de lavado y no humedecer lo que ya este sucio o sin lavar.

A.7.- Lavado en Subestaciones. Para el lavado del aislamiento en subestaciones, debe de tomarse en consideración los diferentes tipos de equipos, como son: interruptores, Transformadores de potencia, e instrumentos, pararrayos, etc., los aisladores se estos equipos deben de lavarse de preferencia con dos mangueras, aplicando los flujos de agua en sentidos opuestos, logrando que el torbellino que se forma con el agua a presión, envuelva totalmente al aislador, obteniéndose una limpieza uniforme del mismo, evitando se provoquen flameos que produzcan descargas a tierra y dañen el aislamiento. Así mismo, deberán lavarse primeramente los aisladores que se encuentran en los niveles más bajos. Iniciando este lavado en la parte inferior del aislador hacia la parte superior del mismo; lo anterior con el propósito de evitar flameos que se provoquen por los escurrimientos de agua contaminada. Cuando la flexibilidad de las subestaciones permita liberar equipos, es recomendable efectuar el lavado de aisladores des-energizados, reduciendo de esta forma la posibilidad de falla de los mismos. En otros aislamientos, como los utilizados en buses o cuchillas seccionadoras, se deben lavar energizados, sin que presenten problemas que puedan ocasionar fallas. A fin de lavar los aisladores energizados con máxima seguridad, la pistola instalada el extremo de la manguera, no debe estar más cerca de los aisladores que las distancias mostradas en la siguiente tabla No A.7-1


73


DISTANCIA EN METROS kV nominal Diámetro de los orificios de los discos fase a fase de las boquillas en mm 3.2 – 4.8 6.3 7.9 4- 12 13- 23 24- 70 71 – 115 mayor a 115

1.83 2.44 3.04 4.57 4.57

2.13 3.04 3.66 4.57 4.57

7.04 3.90 4.57 5.49 6.10

Siempre use el disco más pequeño en la boquilla, con el objeto de que el agua para el lavado se conserve mas, ya que en función del diámetro del disco, es el gasto de agua, según se muestra en la Tabla No A.7-2 Tabla No A.7-2 Tiempo Minutos a descarga 56 45 29 19 13

Disco

Descarga del agua

pulgadas mm gal/min Constante 1/8 3.2 9.0 5/32 4.0 11.4 3/16 4.8 17.0 7/32 5.6 25.8 1/4 6.3 39.0

Lts/min 36 44 68 103 156

La presión que debe usarse en el dispositivo o pistola con orificio de 3.2 mm (1/8), será de 400 a 500 lbs/plg2, presiones menores disminuyen el alcance del flujo del agua, así como la efectividad del lavado, presiones mayores proporcionan un ligero aumento en alcance, disminuyendo la habilidad del operador por alta presión perdiéndose inclusive fácilmente el blanco. La observancia de estas precauciones, la distancia mínima permitida durante el lavado y la resistividad del agua dentro de valores permisibles, harán que la corriente existente entre los aisladores y la boquilla de la pistola a través del flujo de agua sea menor de un mili-amperes, la corriente será peligrosa cuando tenga un valor por encima de los 30 mili-amperes, la reacción muscular que produce en el operador, hace que este suelte el gatillo y se interrumpa el flujo de agua y por consiguiente el de la corriente. Siempre que la magnitud de la corriente sea suficiente como para sentir sensación desagradable, significa que el operador tiene la pistola a una distancia menor que la permitida, es ese caso, el operador debe retirarse a la distancia recomendada. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

74


Se hace la observación, que el cuerpo del camión, si no se aterriza, queda aislado de la tierra por las llantas, por lo cual, se puede convertir en un condensador de gran capacidad, con la posibilidad de que la tensión del camión se incremente de tal forma que llegue a tener el mismo valor de la tensión del bus o línea, por esta razón, si se utiliza un remolcador que no tiene gatos estabilizadores, aun cuando tenga gatos, así como también al equipo de lavado. Cuando la pistola esta en buenas condiciones, dispara un flujo de agua compacto hasta por lo menos 6 metros, mas allá de esta distancia, el flujo se convertirá en rocío. Obviamente, le flujo de agua compacto hará un mejor trabajo de limpieza que un flujo en forma de rocío, puesto que podría mojar a los aisladores sucios adyacentes y de esta manera causar flameos o descargas. Cuando se esta lavando la cadena de aisladores de remate o aisladores soportando los conductores, deberá lavarse primeramente la unidad mas alejada del conductor y luego lavarse los siguientes aisladores progresivamente hacia los conductores. Por otro lado, las cadenas de aisladores de suspensión sosteniendo conductores, deberá lavarse de abajo hacia arriba, empezando con, la unidad mas cercana al conductor y siguiendo sucesivamente hacia arriba hasta el soporte. En caso de aisladores columna soportando conductores, se empieza lavando de abajo hacia arriba, empezando por la unidad mas alejada y siguiendo sucesivamente hacia el conductor. Las unidades horizontales deben lavarse desde la abrazadera o brazo metálico hacia el conductor. Debe evitarse el lavado de aisladores tipo poste de una sola unidad, pero en caso de que sea necesario hacerlo, se deberá usar agua que no tenga una resistencia menor de 1500/pulgada3, o 25000xcm 3, iniciando el lavado en la parte mas baja. Debe observarse cuidadosamente la formación del llamado scum, o sea una especie de nata o escoria sobre los aisladores, se notará que el aislador parece tener menos brillo o lustre, particularmente después de que fue lavado y secado por el aire, esta nata es normalmente un deposito uniforme de partículas atmosféricas, mas residuo del agua de lavado lo cual causa un aumento de la corriente de fuga del aislador. Cuando mas uniforme sea la contaminación anterior, habrá menos probabilidades de que ocurran flameos, cuando se pierde esta uniformidad por el lavado, destruyéndose la uniformidad del gradiente de potencial habrá mas probabilidades de que ocurra un flameo. Lo anterior es común encontrarlo en el lavado de aisladores verticales, especialmente en el tipo poste. Normalmente se formara una corona azul junto a los aisladores durante el lavado y al corona continuará hasta que el calor de la corriente de fuga evapore el agua. También habrá un zumbido considerable, ambos fenómenos son inofensivos, pero si el zumbido continúa por más de un minuto después del lavado, el aislador debe limpiarse desde otra dirección. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

75


Si una flama o llama amarilla se inicia, un arco eléctrico se esta formando, el cual debe eliminarse con el flujo de agua antes de que se convierta en flameo, después de esto, será necesario volver a lavar el aislador sobre el lado donde se inició la flama amarilla. Debe tenerse presente que no debe dirigirse el flujo de agua en forma transversal a los conductores, procurando hacerlo longitudinalmente a los mismos. Al terminar el lavado del aislamiento localizado en los niveles superiores, es recomendable lavar nuevamente los aislamientos de los niveles inferiores, por la suciedad que las haya caído al lavar los aisladores de los niveles superiores. La selección del primer equipo a lavarse, se determina de acuerdo con la dirección del viento, si lo hay, debe iniciarse el lavado al lado opuesto a la dirección del viento.

B.- Estructuras de paso y remate para líneas de distribución. B.1.- considerar los puntos iniciales del inciso A.1 a A.6 B.2.- Forma de lavar aislamiento en estructura de paso. Deberá lavarse primeramente los aisladores que se encuentren en los niveles más bajos, iniciando este lavado en la parte inferior del aislador. Continuando hacia la parte superior del mismo, Por los escurrimientos de agua que se realicen a través de superficies de aisladores sucios o contaminados, se deberá lavar en forma diagonal de abajo hacia arriba. Se deberá adoptar una distancia entre el equipo que se va a lavar y la pistola aproximadamente entre dos y 3 metros, por seguridad, a un cuando el agua tengas una conductividad mínima, esto es con el fin de guardar una seguridad extrema si llegara a romperse o estallar dicho aislamiento. Ver tabla A.7 -1 y posteriormente se lavará de arriba hacia abajo para reafirmar el lavado y para los casos donde sean aisladores de pedestal se lavará de un solo golpe, puesto que el área del chorro es a veces mas grande que el aislador mismo. Se deberá lavar a una presión de 300 a 400 lbs/ pulg2, para los dos casos se necesitará buscar la tobera adecuada para disminuir o aumentar el diámetro del orificio por donde saldrá el chorro de agua, ver tabla A.7-2, si se observará un aislador flameado o figurado no se recomienda lavar. También lo anterior es aplicable a las estructuras de remate, solo que se debe cuidar que se inicie de la parte que no esta energizada hasta lo energizado o de acuerdo al a dirección del viento, posteriormente se enjuagará de izquierda a derecha y viceversa para reafirmar el lavado.

C.- Líneas de sub-transmisión de 115 kV estructura tipo H de paso y remate. C.1.- Considerar los puntos iniciales del inciso A-1 hasta A-5 y el inciso B-2 y se recomienda usar una canastilla para estos tipos de lavado.


76


C.2.- Se debe considerar los mismos parámetros que en el inciso B-2 solo cambia la distancia de seguridad entre la pistola y el equipo a lavar, que se ve claramente en la tabla A-7-1 y la presión se deberá aumentar entre los 600 y 800 lbs/plg 2, para un mejor alcance y fuerza para lavar. Se deberá cuidar que cuando se eleve la canastilla tomar en cuenta la manguera que suspende no golpee con otro conductor energizado.

Estructuras de acero (Torres) C.3.- para este tipo reestructuras de paso y remate se debe considerar los puntos iniciales del inciso A.1 hasta A.6 y el inciso B.2 y C.2. C.4.- Es importante lavar por dentro de la estructura, y cuando se inicie el ascenso por la torre se subirá primero sin la manguera, para verificar los puntos de lavado que no haya aisladores flameados o agrietados llevándose por un lado de su cuerpo una soga de propileno seca y en buen estado, posteriormente se subirá la manguera por dentro también. C.5.- Estructuras tronco-cónicas de paso y remate, considerar los puntos iniciales del inciso A.1 hasta A.6 y el inciso B.2 , C.2 y C.3, regularmente se puede lavar con grúas con canastillas de largo alcance como son las “ALTEC” y Hi-Ranger, ver foto No C.5 donde se muestra la altura máxima lavando la cadena de aisladores de la parte superior.

RECOMENDACIONES 1.- Se deberá revisar los tanques que se utilizan para depositar el agua para el lavado, ya que podrían encontrarse sucios o bien, oxidados, lo mismo deberá efectuarse con las mangueras, las cuales se lavan con la misma presión del agua, antes de iniciar los trabajos de lavado. 2.- Deberá utilizarse agua del condensador de la turbina, la cual se deposita en el pozo caliente del condensador y se forma al pasar el vapor exhausto del último paso de la turbina por el condensador del turbogenerador. Deberá medirse la conductividad de la misma, tanto en el lugar del llenado de los tanques como en el agua que sale por las mangueras, misma que no deberá ser mayor de 2 m, y que la corriente eléctrica que circula por el agua sea menor a 1.3 mAmpers, esta agua se utiliza para lavado de aislamientos desde 34.5 kV hasta 400 kV. 3.- El equipo de lavado deberá aterrizarse, para proteger al personal contra alguna descarga a través del agua, el aterrizaje deberá efectuarse en la red de tierras de la propia S.E., en las torres de transmisión, en circuitos de distribución deberán utilizarse las retenidas o bien varillas de tierra copperweld auxiliares. 4.- el personal para el lavado con línea energizada deberá estar debidamente capacitado para ello, pues de otra manera se aumentan los riesgos para que se produzca un accidente. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

77


5.- se recomienda no lavar los aislamientos de fases opuestas, que estén muy cercanas, ya que puede producir fallas por ejemplo: restauradores, conjunto de equipos muy cercanos, etc. 6.- El personal deberá utilizar el siguiente equipo de protección personal: Calzado y guantes dieléctricos, cinturón de seguridad y bandola, ropa para agua, caso de seguridad; no deberá usar elementos metálicos en su cuerpo(relojes , cadenas, anillos, etc) 7.- Cuando exista el viento deberá efectuarse en posición a favor del mismo, pues de otra manera no llegará el chorro de agua con la presión, a la parte que se desea lavar y pueden producirse lloviznas, con lo cual existen posibilidades de producirse flameos y descargas a tierra. 8.- Al estar lavando en algunas ocasiones se producen zumbidos fuertes en los aislamientos y en otros aislamientos se producen flameos, por lo que no deberá quitarse el chorro de agua de dicho lugar hasta que se elimine lo anterior. Con lo anterior se puede eliminar alguna probable descarga a tierra. 9.- Cuando se lave una S.E., se deberán lavar primero los aislamientos inferiores, después los intermedios y finalmente los superiores, de hacerlo en forma contraria, se podrán producir descargas a tierra, ya que el agua contaminada que cae sobre los aislamientos inferiores pueden causar una falla en los mismos. 10.- Cuando se laven aislamientos de gran diámetro, deber utilizarse doble chorro de agua a presión para que el lavado sea más rápido y eficaz, pues se producen turbulencias en los faldones que lavan rápidamente los aislamientos evitándose flameos y descargas a tierra. 11.- El lavada deberá realizarse después de que se presenten vientos fuertes (Nortes), deberá monitorearse en forma nocturna las instalaciones para observar si se producen efluvios eléctricos de gran intensidad en los aislamientos, de ser así, es una indicación de alta contaminación, por lo que deberá a procederse al lavado de los aislamientos. Normalmente, se deberá efectuar lavado de aislamientos al menos una vez por el periodo de contaminación y en algunos caso hasta en dos o tres ocasiones. Con lo anterior se evitaran probables descargas a tierra, durante lavados extemporáneos. El tiempo de lavado oscila entre los meses de noviembre a junio cíclicamente. 12.- deberán procurarse no lavar cadenas de aislamientos a las cuales les falten algunos aisladores, pues se corre el peligro de provocar un flameo a tierra ya que la distancia de la fuga es menor a la normal. 13.- de preferencia, el lavado deberá efectuarse con camión canastilla para aumentar la seguridad del trabajador y para realizar mejor y más rápido el lavado, esto deberá realizarse principalmente en aisladores que estén a grandes alturas. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

78


14.- Deberá existir una coordinación entre la persona que opera el control del equipo de lavado y el personal que esta lavando, para que la presión sea la adecuadas, tanto al lavar como al dejar de hacerlo, ya que en ningún momento deberá estar embragado el equipo cuando no se este lavando, al menos con una manguera, de no ser así se corre el riesgo de perforar las mangueras debido a la alta presión que se maneja. 15.-Se recomienda utilizar equipos de lavado de mayor capacidad de agua, tanques auxiliares más grandes, con trasiego automático y tanque fijo de almacenamiento de agua, para evitar tiempos perdidos durante el lavado. 16.- Cuando se lave con doble chorro, se deberá mantener una presión real de 400 lbs/plg 2 en cada manguera y cuando el lavado se realice con una sola manguera, la presión deberá mantenerse en 800 lbs/plg2 17.- Se recomienda probar periódicamente bien el equipo, algunos días antes del lavado, para que en caso de alguna falla, se repare a tiempo y no se pierdan horas hombre no utilizadas y evitar con esto una posible descarga a tierra durante el lavado, por falta de la presión del agua. 18.- cuando se utilice el camión grúa, se deberán usar los gatos para darle seguridad al equipo y al personal. 19.- Se deberá ajustar la pistola de manera que el chorro de agua salga uniforme y no en forma de balsa, para evitar flameos en los aislamientos contaminados.

6.3 Uso de grasas y recubrimientos de hule silicón RTV Recubrimientos Recubrimientos para mejorar el comportamiento de aisladores cerámicos ante la contaminación Practicas empleadas por la industria para combatir el problema de contaminación en aisladores cerámicos Se hace énfasis en dos métodos a).- recubrimiento con grasas b) recubrimiento de hule silicón RTV (Vulcanizado a temperatura de cuarto) Experiencia a la fecha, métodos de aplicación, inquietudes de los usuarios, teorías actuales ,el como y porqué del comportamiento de los recubrimientos, la vida esperada y la dirección futura de la tecnología. También se describen las investigaciones actuales en el comité sobre recubrimientos RTV y HTV, que es el estado del arte en recubrimientos protectores. El problema de días los aisladores debidas aeléctricas la contaminación existido desdedelosflameo primeros de las instalaciones externas. del aislamiento externo ha Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

79


El flameo de aisladores resulta en salidas de potencia que son costosas y por lo tanto indeseables. Por ejemplo, una salida de 250milisegundos puede sacar una maquina para hacer papel, resultando en horas de tiempo muerto, posible daño al equipo y hasta US$ 50 000 en pérdida de producción. Las primeras teorías sobre el flameo por contaminación datan de 1930. Fue reconocido en su infancia que una combinación de contaminantes transportados por el aire junto con la humedad en la superficie del aislador, podía resultar en una corriente de fuga incontrolada que conducía al flameo. Corriente de fuga Se sabe que con el fin de evitar el flameo, se debe minimizar la corriente de fuga. Las prácticas utilizadas para ello por las compañías eléctricas se pueden clasificar en los siguientes grupos: 1) Eliminar la acumulación del contaminante en los aisladores mediante limpieza periódica. 2) Minimizar la acumulación de contaminantes en los aisladores mediante el uso de perfiles aerodinámicos. 3) En cadenas de aisladores aumentar la distancia de fuga, utilizando aisladores de mayor distancia de fuga. 4) Mantener seca un área grande del aislador por un tiempo prolongado durante el humedecimiento natural ya sea utilizando un vidriado resistivo o utilizando aisladores super-bowl que presentan dificultad para que se humedezca su inferior. 5.- Evitar la formación de película de agua en la superficie del aislador mediante recubrimientos con materiales repelentes al agua como las grasas o los hules silicón RTV. El primer método que es común y efectivo es mantener un lavado regular o programa de limpieza. Este método es muy laborioso y por lo tanto costoso, y esta restringido a algunas área donde el problema de contaminación es muy severo. No es sencillo predecir cuando es realmente necesario el lavado El segundo método utiliza aisladores con perfiles aerodinámicos cuyas superficies son mas exitosamente limpiadas por el viento y lluvia, y pueden ayudar a reducir los flameos por contaminación. Pero este método elimina las nervaduras inferiores en el aislador las cuales ayudan a incrementar la distancia de fuga sin aumentar la altura total de la cadena. Por lo tanto esta practica esta restringida a áreas especiales como las desérticas. El tercer método es aumentar la distancia de fuga el cual es costoso para ser adoptado universalmente y además, esta restringido por las dimensiones de las torres y claros. Este método puede aun requerir limpieza periódica pero a una frecuencia reducida. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

80


El cuarto método limitado a postes, utiliza un vidriado resistivo en un intento por mantener la superficie del aislador seca, ha sido utilizada con cierto éxito. El vidriado semiconductor permite que fluyan pequeñas corrientes de lo que resulta un calentamiento resistivo constante. Esto tiende a mantener áreas grandes de la superficie del aislador secas, minimizando por lo tanto la corriente de fuga. El vidriado resistivo también produce una distribución de voltaje uniforme a lo largo del aislador que reduce la actividad de arqueo responsable del flameo. La preocupación principal con el vidriado resistivo es mantener la transición en la frontera de la región entre el componente de vidrio conductivo y el extremo de la capucha metálica. Esta frontera, mas que el vidriado, históricamente ha tendido a reducirse por corona, degradación, etc y luego la falla. Fallas podrían ser debidas inestabilidad térmica a medida que la región que lleva la corriente llega a ser reducida en tamaño o justo proporcionar un circuito abierto que arquea similar a las bandas a secas. Otro bien conocido problema es el del comportamiento eléctrico de los aisladores durante los primeros minutos (aprox. 15) después de la energización es substancialmente inferior a aquel después de un corto calentamiento. Así el inicio frío de un aislador con vidriado resistivo fuertemente contaminado es el tiempo cuando este aislador muy probablemente flamee. El ultimo método para minimizar el flameo por contaminación, es utilizar los recubrimientos protectores para evitar la formación de películas de agua en la superficie del aislador, es muy popular y ha manifestado ser efectivo en el transcurso de los años.

Principio de prevención de la capa de agua y tipos de recubrimientos. La razón fundamental para que los aisladores cerámicos se humedezcan es porque ellos tienen elevada energía superficial, lo que significa que la humedad tiende a extenderse formando una superficie de baja resistencia, escurriendo in pequeñas gotas aisladas que resultan en una resistencia superficial elevada. Si la tendencia de esparcir o humedecer puede ser evitada por un recubrimiento, entonces la superficie del aislador contaminado presentará una elevada resistencia, minimizando así la corriente de fuga a los niveles obtenidos durante una condición seca. Un recubrimiento efectivo para evitar la formación de la película del agua necesita ser de baja energía superficial para hacer la superficie repelente al agua. El aceite es un repelente natural al agua debido a su baja tensión superficial interfacial con el agua. De hecho algunos de los primeros aisladores cerámicos en 1920 fueron diseñados para las áreas contaminadas con una reserva de aceite que constantemente era repuesto, logrando que el aislador completo fuera repelente al agua. Pero esto probó ser impractico debido a la complicada geometría y la posibilidad de lluvia y viento, agotando la reserva de aceite y la necesidad de estar constantemente rellenándolo. Con el fin de mantener la repelencia del agua por un largo periodo, es necesario que el aceite sea liberado a una velocidad controlada Además, el recubrimiento superficial debe ser removido fácilmente por el viento y la lluvia. Las grasas probaron ser la respuesta. Las grasas han sido un popular y efectivo método de mantenimiento de aisladores para minimizar el flameo por contaminación. Reaplicaciones periódicas de grasa pueden ser necesarias para asegurar por un Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

81


largo periodo la repelencia del agua las grasa aun se siguen utilizando en muchas empresas eléctricas. Hay otros compuestos tales como ceras pinturas, lacas y barnices que han sido tratados como recubrimientos en aisladores cerámicos. Pero el uso de estos es mas bien limitado debido a la duda en su comportamiento de larga duración. Fácilmente se deterioran y están sujetos a perdidas en áreas de elevados esfuerzos por corona. Las pintura y lacas no necesariamente tienen energía superficial baja, de hecho, las lacas y barnices tienden a humedecerse tan fácilmente como los aisladores cerámicos normales y están también sujetos a degradación por rayos UV, así como también a daños por corona. Un avance reciente en recubrimientos es el uso de hule silicón RTV Esto promete ser aun mas efectivo y larga duración que los recubrimientos de grasa.

Tipos de recubrimientos con Grasa. Hay dos tipos de grasas, nominalmente jaleas de petróleo y grasas silicón. Las jaleas de petróleo han sido populares en Europa pero su uso en USA ha sido limitado. Se debe mencionar que hay diferentes composiciones en los tipos de jaleas y grasas disponibles, con diferencias en el comportamiento eléctrico Básicamente, una grasa es una combinación de aceite y sílice ahumada. Las grasas permiten grandes cantidades de fluido libre a ser colocado en la superficie del aislador sin escurrimiento formando así una superficie hidrofóbica en el aislador. Aunque las grasas no reducen la acumulación de la contaminación, los contaminantes son encapsulados por el aceite, reteniendo por lo tanto una superficie repelente al agua. Una comparación de varios aspectos prácticos de silicón y grasas de petróleo se muestran en la Tabla 1. Es claro de la Tabla que hay diferencias importantes entre las jaleas del petróleo y las grasas silicón. Las jaleas de petróleo han atraído la atención debido a su bajo costo. Han sido exitosamente usadas en condiciones templadas de servicio y clima Tabla 1 Fueron srcinalmente hachas de una amplia gama de fracciones de petróleo, pero fueron generalmente compuestas de aceites hidro-carbonos, snack y ceras micro-cristalinas. Debido a su composición, las jaleas de petróleo no son estables bajo severas condiciones ambientales y de servicio. Se suavizan con el aumento de la temperatura y se derriten en el sitio de las descargas tragándose la contaminación. En frío reasume su propiedades iniciales. Un calentamiento general puede causar que las jaleas escurran, limitando así su aplicación a climas de temperatura moderadas. La habilidad para rápida y eficientemente absorber y recubrir partículas conductivas y comportamiento a temperaturas elevadas es generalmente inferior a las grasas siliconas. Además, debido a su elevado punto de fusión (68-85 C) las jaleas de petróleo requieren para su aplicación (algunos de los primeros tipos), pueden escurrir en aisladores operando calientes tales como boquillas de transformadores; y a elevadas temperaturas de arqueo, polimeriza a sustancia como ceras que drásticamente reducen su ya limitada habilidad para absorber contaminantes. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

82


También las jaleas de petróleo no están sin peligro de fuego. [4]las primeras grasas silicón fueron compuestos formados por rellenos de sílice ahumado, aceite silicón y agentes de acoplamiento. Desde 1975 han estado disponibles las grasas silicón, con alúmina tri-hidratada además de los ingredientes anteriores. En las grasas silicón disponibles hay grandes diferencias en sus características y no se pueden considerar como si fuera un solo producto intercambiable. Las grasas silicón no se derriten pero se descomponen a temperaturas arriba de 200C.Se pueden usar prácticamente en todos los climas y en aisladores energizados. Su desventaja principal, aparte del alto costo, es que la actividad de las descargas dejan expuesto el relleno de sílice, que entonces actúa como un contaminante. Esta es la principal diferencia de las jaleas de petrolero, en el que las descargas modifican la superficie pero manteniéndose aun grasosa La columna vertebral inorgánica del polímetro de silicón esta compuesto de silicón y átomos de oxigeno que proporcionan una resistencia mucho mayor a la degradación UV que las grasas de petróleo cuya columna vertebral es orgánica.

Aplicación de la grasa Loa aisladores tienen que estar completamente limpios antes de aplicar la grasa. Los métodos actualmente utilizados para limpieza son el chorro de olote a presión y el lavado a alta presión para aplicaciones en L de T. Para recubrir sin tensión y eliminar la grasa existente se requieren trapos, solventes y algunas veces raspadores. La efectividad del recubrimiento depende del espesor y la uniformidad de la aplicación. Para proporcionar una protección apropiada contra la contaminación por un largo periodo de tiempo, se requiere aplicar la grasa silicón con un espesor de 1/16 a 1/8 de pulgada, recubriendo uniformemente. En la practica, se ha encontrado que el espesor del recubrimiento varía considerablemente y a menudo el espesor nominal de 1/8″ , queda reducido a menos de 1/ 32 de espesor en puntos sin o muy poco recubrimiento. Estos puntos débiles pueden ser fuente para el flameo prematuro. Para las grasas de petróleo, se recomienda un espesor del recubrimiento de 1/8 a ¼″ . Las grasas silicón se pueden aplicar a mano, brocha o spray. Cuando los recubrimientos se aplican a mano, se utilizan guantes de hule y cepillo de cerdas. Los compuestos del spray, si fuera necesario, se pueden adelgazar con un solvente (por ejemplo el tri-cloro-etano) para obtener un recubrimiento suave y consistente. Los recubrimientos de grasa silicón en spray son productos diferentes Ellos contienen diferentes cantidades de solventes, diferentes solventes y aun diferentes cantidades de alúmina tri-hidratada. Pueden ser pulverizados con aire o bombas sin aire. Para el último tipo, se requiere una relación de compresión de al menos 26 a 1. Se puede usar una tobera reversible en la pistola de″aspersión para un limpiado rápido si el orificio se tapa. Se puede usar una boquilla de 0.018 a 0.026 con ventilador y ángulo de 15 a 65 grados, dependiendo del tamaño y forma de los aisladores. Se debe solicitar al Dr. Marcos Moreno fabricante información sobre la aplicación. ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

83


Se debe recordar que el recubrimiento aplicado por aspersión puede perder hasta el 50% de su espesor srcinal debido a la evaporación del solvente y el escape de aire que fue atrapado durante la aplicación. Para compensar estas pérdidas, se debe aplicar un recubrimiento inicial más fuerte. La aplicación de grasa silicona fresca sobre grasa silicón contaminada no es recomendada. La grasa contaminada debe ser eliminada. Una simple limpieza a mano con toallas de papel desechable o almohadillas manuales porosas es todo lo que se requiere. Para limpiar los aisladores en líneas energizadas se usa la aspersión de agua desmineralizada (relativamente a baja presión de 125 Lbs/plg 2 y alta capacidad, 50 galones por minuto) la cual ha resultado exitosa. Se debe mencionar que la eliminación de jaleas de petróleo de aisladores es mas difícil que la grasa silicón.

Experiencia en servicio con grasa Las grasas se han utilizado como recubrimientos protectores cerca de 40 años. La experiencia en servicio con grasa ha mostrado que en tanto que ella mantenga la hidrofobicidad, proporcionará protección substancialmente mejor contra el flameo, si se compara con un aislador cerámico sin recubrimiento. Sin embargo, la exposición prolongada a: Corona, Luz UV, erosión por agua, y/ o encapsulado del contaminante, reducirá la repelencia al agua. En algún punto, cuando la hidrofobicidad se pierde, la grasa estará sujeta a corrientes de fuga y descargas en las bandas secas; cuando esto ocurre, la grasa se debe eliminar de la superficie ya que el calor de las descargas en las bandas secas causara descomposición de la grasa, formando un canal en el relleno del recubrimiento. El relleno (filler) actúa como un contaminante en la grasa. A medida que el filler fácilmente se humedece, las descargas se concentran en las bandas secas y dentro del canal resultan puntos calientes localizados en la superficie del aislador. La degradación de la grasa se manifiesta como grietas (cracks), perdida de la repelencia al agua, formación de surcos en la capa y relleno conocido como tracking. Si la temperatura del punto caliente es suficientemente elevada, el aislador puede dañarse por fractura y en algunos casos el flameo es inminente. La frecuencia de engrasado o la vida útil de la grasa, depende del tipo de grasa y la severidad de la contaminación. La experiencia de servicio ha mostrado que el rango de vida útil puede ser menos de un año o hasta 10 años. La efectividad de la grasa silicón depende del espesor, uniformidad, y de la severidad de la contaminación del lugar -En la mayoría de los casos- los aisladores tienen que ser re-engrasados cada dos años, con el fin de evitar el flameo por contaminación. El re-engasado es una trabajo muy laborioso y costoso, especialmente si se hace en línea energizada. Si se hace en línea muerta, el procedimiento resulta en interrupción del servicio. Así entonces hay la necesidad de recubrimientos que proporcionen protección prolongada para el flameo por contaminación. La grasa ha sido utilizada en aisladores cerámicos externos tanto para sistemas de CA como para CD.


84


Métodos de prueba para evaluar el comportamiento eléctrico de las grasas A) métodos de laboratorio Diversos métodos han sido usados por los fabricantes y usuarios para evaluar y comparar el comportamiento de las grasas. Un método de prueba comúnmente usado para seleccionar los materiales para las aplicaciones de alta tensión al exterior, esta basada en la resistencia al arqueo en condiciones húmedas. Para obtener un arqueo, una película de agua conductiva se forma en la superficie del material por introducción artificial de contaminante y agentes humectantes. La norma ASTM D2303 con su prueba de Plano inclinado para la formación de surcos por efecto del arqueo es una de las más ampliamente usadas. Los materiales son clasificados de acuerdo al tiempo y al voltaje requerido para producir canales de desgaste (tracking) / erosión en un material a una distancia fija entre electrodos Esta prueba solo se refiere a grasas que tengan la habilidad para resistir el tracking en un plazo corto. La función primordial de la grasa, que es proporcionar una superficie del aislador repelente al agua en un periodo prolongado de tiempo no es evaluada por este método. Esta prueba no es realista por la forma en que la película de agua es promovida por la adición de agentes humectantes, y esforzando el material a niveles de energía que no se encuentran comúnmente en la practica. La exposición en cámara de niebla salina, donde las muestras están continuamente energizadas y rociadas con diferentes salinidades de agua salada, y la rueda de Ontario, han sido mas efectivamente usadas para evaluar la repelencia del agua de las grasas. En las pruebas de cámara de niebla, el tiempo tomado por la corriente de fuga para exceder las magnitudes limites que se sabe causan flameo se registran. El punto final de la prueba es el nivel de esfuerzo, al que las altas corrientes de fuga srcinan el flameo. Entre más repelente al agua es la superficie, mayor es el nivel de esfuerzo requerido para inducir elevadas corrientes de fuga. La resistencia de las grasas a la luz UV se evalúan en una cámara climatizada comúnmente llamada watherometro. Estas pruebas de laboratorio no tienen una buena correlación con la experiencia de campo, necesaria para predecir la vida en servicio. B) pruebas de campo Aunque mas costosas y de una duración mas prolongada que las pruebas de laboratorio, la prueba de campo es un método mas confiable para evaluar los recubrimientos. Hay varios reportes de campo de varias compañías que evalúan los recubrimientos de grasa [7]. En muchos casos, las grasas fueron aplicadas en aisladores en servicio a nivel experimental. Las pruebas de campo consisten en exponer cadenas de aisladores sin y con grasa en el campo, y anotando el tiempo que toma para que el flameo ocurra así como la frecuencia de flameos. Resumen: Los recubrimientos de grasa son una contramedida efectiva y practica para evitar el flameo por contaminación a gran escala. Sin embargo, los intervalos cortos entre re-engrasados en áreas altamente contaminadas y el elevado costo asociado al reengrasado necesario para desarrollar soluciones de largo plazo para el problema de contaminación de aisladores en esas áreas aun no ha sido resuelto satisfactoriamente. Probablemente el uso de los recubrimientos RTV, HTV o los aisladores semiconductores proporcionen una mejor alternativa. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

85


La grasa aun se utiliza en muchas compañías eléctricas cuando la contaminación no es severa y esta es aun una medida preventiva efectiva en costo.

Recubrimientos de Hule silicón La necesidad de recubrimientos que tenga mayor vida y que tenga un a mayor resistencia a los rayos UV y al arqueo de las bandas secas, motivó el desarrollo de recubrimientos RTV, Los recubrimientos RTV pueden aplicarse a los aisladores cerámicos por inmersión, pintados o por aspersión (spray). Los recubrimientos RTV son un compuesto líquido polimérico que cuando se expone a la humedad del aire, se vulcaniza en un hule flexible. Se sabe que hay comercialmente disponibles sistemas de recubrimiento de aisladores que consisten de poli-di-metil-siloxane (PDMS) polimérico, alúmina tri-hidratada o rellenos alternos para aumentar la resistencia al tracking y a la erosión, como agentes catalizadores y de cadena cruzada. Algunos sistemas contienen también un catalizador para condensación, promotores para la adhesión, rellenos reforzados o algún pigmento. Estos sistemas son disueltos en nafta o en solvente de tri-cloro-etano 1,1,1 Los solventes solamente actúan como un medio transportador para transferir el hule RTV a la superficie del aislador cerámico. A medida que el solvente se evapora de la superficie, la humedad del aire dispara la vulcanización formando un recubrimiento de hule sólido. La velocidad al cual tiene lugar depende del tipo de solvente, de la química del sistema de cura y de la humedad relativa [8]. Todo recubrimiento RTV perderá una cierta cantidad de espesor debido a la evaporación del solvente. Los recubrimientos con un contenido de solvente mas bajo tiene menos perdida de espesor y así tienen un cubrimiento mas rápido y requiere pocas manos que aquellos con mas alto contenido de solventes. La Nafta es combustible y el sistema de recubrimiento disperso en nafta no debe ser aplicado a los aisladores energizados. Los recubrimientos disueltos en tri-cloro-etano han sido usados para aplicaciones en línea viva con precauciones de seguridad apropiadas. Hay cierta preocupación con el ambiente cuando se usa el tri-cloro-etano. Un recubrimiento sin solvente esta actualmente en desarrollo. Hay varios tipos de recubrimientos RTV que están comercialmente disponibles. Las propiedades eléctricas y físicas del sistema de recubrimiento varían considerablemente dependiendo de su formulación. Estas propiedades son el resultado de la cantidad de ATH , de los fillers, el grado de eslabonamiento cruzado, y de la promoción de la adhesión. El tipo de familia polimérica y otros ingredientes compuestos también podrían jugar una parte importante. Las propiedades de adhesión a la superficie cerámica, repelencia el agua y el tracking eléctrico y / o resistencia a la erosión son de importancia fundamental para el comportamiento de aisladores cerámicos recubiertos

Métodos de aplicación de recubrimientos RTV. La superficie de los aisladores que se va a cubrir debe estar completamente limpia. En la mayoría de los casos, los aisladores solamente necesitan lavarse con agua a alta presión. Los aisladores contaminados con cemento deben limpiarse utilizando un limpiador seco abrasivo como olote molido o cáscara de nuez mezclada con limo. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

86


Los aisladores engrasados son muy difíciles de limpiar. Una vez que el bola de grasa se ha eliminado usando un limpiador seco abrasivo o limpiado a mano, la superficie se debe ser limpiar a mano utilizando un solvente tal como tri-cloro-etano para remover la película de grasa. Los métodos para recubrir los aisladores consideran brocha, y rociado. Cuando solo unos cuantos aisladores necesitan ser cubiertos, el recubrimiento con brocha es el método recomendado. Usualmente una capa es suficiente para obtener un espesor de 15 a 20 milésimas. Este espesor ha llegado a ser la regla del dedo para usarse en campo. El comportamiento del aislador no es afectado por el espesor del recubrimiento y los valores de campo reales varían entre 10 y 30 milésimas. La manera mas efectiva para lograr una formación sin surcos o rayas, es aplicar la primera mano en una delgada capa permitiendo el secado por 10 a 15 minutos. Luego las siguientes manos se pueden aplicar mucho mas fuertes sin escurrimiento. Si el recubrimiento se escurre o muestra algunos puntos espesos estos pueden suavizarse con una brocha mojada con solvente. Cuando se recubre un gran numero de aisladores, la aspersión o rociado da los mejores resultados. El equipo de aspersión o rociado varia considerablemente en el diseño y dependiendo del sistema y la selección de orificio de la punta del spray o pistola, dos o tres manos pueden ser necesarias para obtener el espesor de la película deseada de 20 milésimas. Se puede utilizar el sistema sin aire o el sistema de spray con aire. También se puede usar el equipo de pintura de aerosol (spray) convencional. Una presión del fluido de 12 a 15 lbs / plg2 y aire a presión de 80 lbs / plg2 son adecuadas. La disolución del hule silicón RTV tiene que ser adelgazado a una viscosidad similar a la pintura de casa tipo esmalte. Varios proveedores tienen recubrimientos listos para usarse. Cada mano se puede aplicar después de 10 a 15 minutos. La superficie del hule silicón en la cerámica estará seca al tocarse a los 30 minutos después de aplicada. Las propiedades eléctricas en esta condición son satisfactorias y el aislador puede ser energizado, pero la superficie no estará suficientemente dura para aguantar el manejo físico. La cura adecuada ocurre en 24 horas Cuando el RTV comienza a contaminarse y pierde algo de su repelencia al agua, este puede lavarse fácilmente. Algunos recubrimientos RTV pueden lavarse con alta presión, pero hay recubrimientos RTV donde se recomienda el lavado a baja presión o inmersión. Una vez limpio, se recobra la hidrofobicidad. Si es necesario el re-aplicado, el recubrimiento previo se puede quitar limpiando con un medio abrasivo. Esto es más simple que en el caso de las grasas que requieren trapos y solventes, es una operación sucia que consume mucho tiempo. Los detergentes nunca deben emplearse. Se puede aplicar una nueva capa sobre la existente sin quitar la capa anterior. Sin embargo, en ocasiones se puede requerir una limpieza completa. Recientemente se han desarrollado algunos métodos de secado para eliminar fácilmente los recubrimientos previos para lo cual hay que consultar a los fabricantes.

Comportamiento de los RTV Una combinación de un polímero de silicón y un relleno de alúmina tri-hidratada proporcionan un elastómero resistente al arco con la capacidad -a largo plazo- de limitar la corriente de fuga y evitar el flameo. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

87


El polímero de silicón proporciona una superficie hidrofóbica inicial, limitando por lo tanto la corriente de fuga. Durante la condición transitoria en que se forma la película de agua, srcinada por un fuerte o prolongado humedecimiento en que la hidrofobicidad es temporalmente perdida y fluye la corriente de fuga, el relleno de alúmina tri-hidratada evita la degradación -del material silicón- por el arqueo de las bandas secas. Después de unas cuantas horas del periodo de secado (dentro de las 24 horas), la hidrofobicidad se recupera. La repelencia al agua por tiempo prolongado es proporcionada por la difusión del fluido de silicón que se mueve hacia la superficie del material. Durante la vida de un aislador recubierto, el recubrimiento es expuesto a los esfuerzos ambientales de radiación UV, humedad, temperaturas extremas y contaminantes en el aire incluyendo ácidos, bases y compuestos hidro-carbonados. Los esfuerzos mecánicos normalmente no juegan un papel en la vida del recubrimiento, mientras que los esfuerzos eléctricos llegan a ser un factor solo cuando ocurren las descargas eléctricas. El mantenimiento de limpieza utilizando agua a alta presión, puede eliminar capas que no quedaron bien adheridas a la cerámica limpia. Esto también puede ocurrir en algunas áreas costeras o desérticas debido a la erosión constante del viento. Sin embargo, estos no son de consideración para los sistemas de recubrimientos que se adhieren bien a la cerámica limpia. Varias pruebas de laboratorio han examinado los efectos de UV y temperatura en los materiales aislantes de hule silicón RTV. Las pruebas en la cámara de intemperísmo hasta 8000 horas han demostrado la estabilidad de los RTV a la radiación UV. Las pruebas de envejecimiento acelerado han mostrado también la insensibilidad de los RTV al calor. Los recubrimientos retienen su flexibilidad a temperaturas bajo cero y no son afectados por calentamientos extremos hasta de 180 °C. Generalmente, los recubrimientos son resistentes a la degradación química en presencia de ácidos suaves y bases, un ligero abombamiento en presencia de vapores de hirdocarbonos puede presentarse. Los agentes humectantes químicos pueden cambiar la superficie de hidrofóbica a hidrofólica en un periodo de días. El Alcohol y detergentes también pueden cambiar sus características superficiales. La humedad por si misma, juega un papel limitado en el envejecimiento. Sin embargo el desarrollo de la corriente de fuga y descargas eléctricas en condiciones de humectación severa proporciona la limitación básica para la vida. En resumen, solo la descarga eléctrica afectan la vida de los recubrimientos.

Experiencia de servicio con recubrimientos RTV Economía de Grasa contra RTV El costo inicial de los recubrimientos RTV es aún mayor que el de las grasas. Pero los costos del tiempo de vida de los recubrimientos pueden ser menores que los de las grasas debido a que retienen su repelencia al agua por un tiempo mas largo que el de las grasas, la frecuencia de aplicación de los RTV es mucho mas largo que el de las grasas. Los recubrimientos a base de grasa, puesto que ellos son aplicados a mano, son usualmente más gruesos y menos uniformes que los recubrimientos RTV. Además la eliminación de las grasas es un trabajo intenso y sucio cuando se compara con los recubrimientos RTV. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

88


Las grasas son mucho mas fluidas que los hules RTV. Esto da como resultado que el aceite sea consumido más rápido en la superficie, y necesita aplicaciones mas frecuentes que los recubrimientos RTV. Basado en la experiencia de campo, las grasas se han aplicado por algunos meses en áreas de contaminación severa, o cada dos años en áreas donde la contaminación no es severa. RTV necesita ser aplicado una vez y lavarse cada 7 a 10 años. Considerando el trabajo y tiempo caído durante la reaplicación, se ha estimado que el recubrimiento RTV es mucho más económico a largo plazo que las grasas.

Inquietudes de los usuarios con respecto a los RTV 1) La vida esperada, 2) Elevado costo inicial, 3) Adhesión, 4) Especificación,5) Aplicación 6) Selección del mejor recubrimiento. 1) La inquietud sobre la vida esperada surge del hecho de que el recubrimiento tiene menos estabilidad térmica y química que la cerámica. La duración en la que el recubrimiento mantiene su hidrofobicida superficial no es claramente conocida. Una vez que la hidrofobicidad se pierde, la degradación por tracking y erosión es posible. Debido al pequeño espesor del recubrimiento que es aplicado en el aislador, el arqueo de la bada seca que produce el tracking y erosión, elimina el recubrimiento de algunas partes del aislador. Si el área erosionada es importante, la protección contra el flameo proporcionada por el recubrimiento es reducida. Hay inquietud de que la acumulación de la contaminación pueda reducir la hidrofobicidad. Un conocimiento de la vida esperada es importante con el fin de determinar el intervalo de tiempo entre reaplicaciones, de modo que puedan evitarse las costosas salidas de potencia. No hay procedimientos de prueba establecidos que puedan predecir el comportamiento de recubrimientos RTV en condiciones de campo., por lo menos hasta ahora. La falta de pruebas de laboratorio estandarizadas que puedan predecir el comportamiento de campo en un tiempo relativamente corto es otra cuestión importante. Hay varios tipos de recubrimientos RTV que están actualmente disponibles, sin embargo, no hay procedimientos establecidos para evaluar estos en el laboratorio que proporciona una comparación del comportamiento, y esto presenta dificultades en la Especificación del tipo apropiado de recubrimiento RTV.

Métodos utilizados para evaluar loe recubrimientos RTV. Los métodos de prueba usados normalmente para evaluar los recubrimientos RTV son similares a los utilizados para evaluar las grasas. Los métodos de prueba de laboratorio utilizados son: el plano inclinado, cámaras de polvo y de niebla, rueda para producir tracking, cámaras de niebla salina. En la mayoría de esta pruebas, las condiciones experimentales a esfuerzos eléctricos y conductividad del agua son escogidos para promover un alto nivel de corriente de fuga y la actividad de la banda seca en la superficie de RTV. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

89


Esto es responsable de que la repelencia al agua sea perdida en un corto tiempo y del posible tracking y erosión. La inquietud mayor con las pruebas de laboratorio es que hay poca o ninguna correlación de las condiciones de prueba al campo y por lo tanto el tiempo a la falla en la prueba no se puede usar para predecir la vida en servicio.

Actividades del comité de recubrimientos del IEEE Se trabaja en el desarrollo de una guía para la evaluación de los recubrimientos RTV en el laboratorio. La selección final del recubrimiento dependería del comportamiento eléctrico, economía, facilidad de aplicación, cuestiones ambientales, etc., y experiencia de servicio es la guía última. Por razones prácticas, es importante tener pruebas de laboratorio que puedan evaluar los recubrimientos en un tiempo relativamente corto. Conclusiones Hay suficiente experiencia de servicio que ha probado el hule silicón ofrece una solución a largo plazo para el problema de contaminación. Es necesario desarrollar un procedimiento de prueba significativo que pueda ser utilizado por las empresas eléctricas para evaluar diferentes tipos de recubrimientos RTV. Uno de los objetivos del comité, es lograr ese procedimiento de prueba.


90


7.- IMPACTO AMBIENTAL Aún sin flameo, la presencia del contaminante húmedo en aisladores pueden causar serios efectos laterales sobre el sistema eléctrico y sobre el ambiente. El flujo de la corriente de fuga en la superficie del aislador puede ser una fuente de molestia para las personas o interferencia en los sistemas de comunicación. Estos efectos laterales se pueden clasificar en: Molestias directas -Descargas visibles - Ruido audible -Interferencia en TV Fuente indirecta -Corrosión de los herrajes metálicos

7.1 Descarga visible Las descargas visibles pueden ser fuente de molestia severa para las personas, especialmente cuando una línea pasa por un área muy poblada. Como se muestra en la Figura 7-1 una severidad de solamente una décima de la que es necesaria para que suceda el flameo es suficiente para que ocurran las descargas corona visual y / o audible.

Figura 7-1 Ruido audible y corona visible El lavado frecuente en línea energizada es un medio efectivo para minimizar la ocurrencia de las descargas visibles. El uso de robots puede ser ventajoso en el lavado frecuente ya que se requiere que la cantidad de agua utilizada se mantenga en un mínimo en áreas muy pobladas. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

91


La aplicación de grasas de silicón, hidro-carbonadas, o recubrimientos RTV, pueden ser efectivas para reducir este problema, pero se requiere una renovación regular. La aplicación de aisladores de porcelana con vidriado semiconductor puede también minimizar la ocurrencia de las descargas visibles.

7.2 Ruido audible Parece que el ruido audible no plantea un serio problema de interferencia en condiciones de descarga superficial normal para aisladores energizados en C.A. o C.D. Sin embargo, energizado en C.D., cuando ocurre un flameo de una sola unidad, el ruido asociado puede ser muy molesto. Esto es especialmente cierto en áreas densamente pobladas, debido a las periódicas detonaciones cuando el aislador flamea y puede continuar por varias horas. En los algunos casos aislados, el ruido audible producido por arqueos o por corona en C.A., puede dar lugar a reclamaciones cuando las líneas cruzan áreas densamente pobladas. La características de atenuación del nivel de ruido para los diferentes tipos de interferencia se muestran en la Figura 7-2

Figura 7-2 Perfil lateral de RI, TVI y AN causado por flameos parciales. Para evitar los flameos en un a sola unidad, la instalación de aisladores con voltajes de flameo individual elevado, ha probado ser efectivo. El lavado en vivo es también una contramedida efectiva, así como la aplicación de los recubrimientos RTV. Nuevamente, la reaplicación regular de las grasas o de los recubrimientos será necesaria. Otra forma de ruido audible de los aisladores es el producido por el viento en cierto tipo de perfiles, esto desde luego, puede evitarse cambiando el tipo de aislador o modificando el perfil de los aisladores. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

92


7.3 Interferencia en radio En los aisladores energizados y con descargas superficiales ordinarias, la interferencia de radio no es severa. En la Figura7-3 se muestra que el nivel de ruido resultante no se incrementa demasiado con un incremento en la severidad de la contaminación. En el caso de aisladores de porcelana, el vidriado semiconductor puede también reducir las descargas. Como la interferencia de ruido es baja a altas frecuencias, como se muestra en la Figura 7-4, la recepción de la radio será muy poco afectada. El limite para la relación señal a ruido de esta interferencia es de 20 dB.

Figura 7-3 Influencia de la densidad de deposito de sal a la frecuencia de medición de RIV: 1 MHz. Algunas investigaciones a pequeña escala realizadas en un laboratorio encontraron que el nivel del RIV en C.A. de un aislador de hule silicón contaminado y envejecido, fue substancialmente menor que el de dos cerámicos; uno del tipo long-rod de porcelana y una cadena corta de discos de vidrio estándar. El aislador de hule silicón también tuvo un nivel de RIV menor que el de aisladores poliméricos hechos de EPDM y resina epóxica. Otras pruebas a mayor escala realizadas en una instalación a la intemperie, han establecido el efecto benéfico de emplear aros graduadores de esfuerzos tanto para aisladores de hule silicón como para los de EPDM. Estos resultados de prueba están de acuerdo con la experiencia en servicio de las líneas de transmisión de Eskom en Sudáfrica. El nivel de ruido y características de atenuación se muestran en la Figura 7-2

7.4 Interferencia en TV La interferencia en televisión generalmente no ocurre con descargas de la corriente de fuga normal en aisladores energizados ya sea con C.D. o C.A. Esto está soportado por las características del espectro de frecuencia mostrada en la Figura 7-4. Para una recepción clara de televisión, sin embargo, la relación señal a ruido debe ser de al menos de 35 dB. Esto es, considerablemente mas alta que la recepción de radio -de 20 dB- debido a que el ojo es mas sensible a la interferencia que el oído.


93


Figura 7- 4 Espectro de frecuencia del ruido de una cadena de aisladores de 500 kV. Densidad de depósito de sal: 0.06 mg /cm 2, Voltaje aplicado: 303 kV

7.5 Corrosión 7.5.1 Corrosión de herrajes. La corrosión produce el adelgazamiento del alfiler del aislador de suspensión, lo cual reduce la resistencia mecánica del aislador. Generalmente el proceso es mas severo en C.D. que en C.A. En este ultimo caso, la componente de CD de la corriente de fuga se considera que causa el efecto electrolítico. También, la corrosión del alfiler debajo de la superficie del cemento o mortero conduce a la producción de grietas radiales en la concha de porcelana de los aisladores cap and pin. El alfiler de los aisladores provisto de un manguito de zinc, es muy efectivo para mantener por un tiempo prolongado la (post resistencia mecánica sufren de losdeaisladores. Se ha reportado que los aisladores para subestaciones type) raramente corrosión electrolítica.

Figura 7-5 Circuito equivalente de un aislador contaminado. En 7-5elsedesgaste muestrasufrido el principio la corrosión de y su equivalente. En la Figura 7-6 laseFigura muestra en elbásico alfiler adeconsecuencia la circuito corrosión. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

94


Figura 7-6 Alfiler dañado debido a la corrosión

7.5.2 Corrosión e Interferencia de TV Cuando se oxida la superficie del herraje, la capa superficial mostrará propiedades aislantes. Esta corrosión ligera no es suficiente para reducir la resistencia mecánica del aislador, pero en el caso de cadenas de aisladores tipo suspensión con cargas ligeras, capa asuperficial se perfora eléctricamente y el chisporroteo continuo produce ruido que no selaatenúa elevadas frecuencias aun en el rango de la TV. El principio de la descarga parcial y un ejemplo del espectro de frecuencia se muestran en las figuras 7-7 y 7-8 respectivamente.


95


Figura 7-7 Circuito equivalente para una cadena de aisladores con herrajes corroídos. Puesto que las propiedades aislantes de la capa de corrosión es la cusa del problema, contra medidas efectivas son: a) Contrapesos que rompan la capa de corrosión, ó b) puentear la capa de corrosión conectando el alambre entre línea y herraje.

Figura 7-8 Ruido causado por una cadena de aisladores con herraje corroído.

7.6 Criterios para limitar la interferencia de radio debida a los aisladores Los procedimientos generales para fijar los límites de radio interferencia producida por las líneas aéreas y Subestaciones se encuentran en la Publicación CISPR 18-2 (1986) Guías adicionales respecto a los efectos de los aisladores contaminados se proporcionan en la publicación CISPR 182-1 (1993) Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

96


El principio general indicado en la publicación citada, es que el conjunto de aisladores sea diseñado de manera que su contribución de ruido al ruido global de la subestación, o línea, sea despreciable para cualquier condición superficial del aislador. Este principio de diseño es solamente justificado para los conductores que producen ruido próximo al nivel máximo admisible. Esto generalmente se presenta en conductores que tienen gradientes superficiales mayores a 12- 14 kV/ cm.


97


APÉNDICE I LA CONTAMINACION DE LOS AISLADORES Cimador y Vitet [ ] A1.1.- INTRODUCCIÓN El diseño del aislamiento externo, determinado principalmente por impulsos atmosféricos y de maniobra, asegura un excelente nivel de aguante para aisladores limpios y secos bajo la tensión normal a 60Hz. Sin embargo, aún en ausencia de las sobre-tensiones, se registran un gran número de fallas en aisladores, particularmente, durante un ambiente húmedo. Tales fallas se deben al fenómeno de contaminación en aisladores.

A1.2. -El FENÓMENO DE CONTAMINACION EN AISLADORES A1.2.1 Depósito de contaminante y humidificación. Los aisladores instalados cerca del mar, están expuestos a la brisa marina. Esta brisa, progresivamente se deposita en los aisladores, formando una capa de sal que se vuelve conductora, cuando se humidifica por la brisa misma o por condensación. En las cercanías de las plantas químicas, de de acero, plantas termoeléctricas, fábricas de cemento o de canteras, los aisladores fábricas se cubrirán polvo. Bajo condiciones de fuerte humedad, la disolución de las sales contenidas en el polvo produce la formación de un electrolito conductor. No solo las industrias son responsables de la contaminación observada: la calefacción doméstica, los carros, la sal de las carreteras en los lugares nevados, los fertilizantes usados en la agricultura, todo esto contribuye al depósito que se forma en la superficie de los aisladores. También existen fuentes de contaminación natural, tales como el polen, cenizas volcánicas y tormentas de arena. La formación de estos depósitos depende de diferentes parámetros; por ejemplo, el estado superficial del aislador, tamaño y forma del aislador, distribución de campo eléctrico, velocidad del viento y el tamaño de las partículas de los contaminantes. [1]. [2] Los contaminantes secos de cualquier clase, generalmente, no causan degradación de la rigidez dieléctrica de los aisladores. El fenómeno característico de la contaminación por lo tanto, solo ocurre cuando la humedad está presente. Hay diferentes tipos de agentes humidificadores tales como la lluvia, lluvia niebla, aguanieve. La humidificación debida a al condensación en la superficie delligera, aislador, juegabruma, una parte predominante y este fenómeno es particularmente frecuente en la madrugada entre mayor es la hidrofobicidad del polvo más pronunciado es el fenómeno de Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

98


humidificación y entre mayor sea la proporción de sales solubles contenidas en la capa contaminante, se vuelve mas conductora. Sobre los aisladores, el contaminante no se acumula indefinidamente; después de un cierto tiempo que varía de acuerdo a las características del sitio, el depósito se estabiliza. Esta estabilización es el resultado de un balance o promedio, entre la acumulación de nuevos depósitos contaminante y el " limpiado natural" de la superficie del aislador. Este proceso de limpieza, es el resultado del lavado por lluvia o por escurrimiento del agua superficial después de la condensación pero es también debida al viento que cargado erosiona el aislador. Los estudios han demostrado la influencia fundamental del perfil del aislador en su capacidad de auto lavado. Sin embargo, sería un error creer que la cantidad de contaminante permanece constante en la superficie del aislador después de la estabilización. Fluctuaciones muy considerables se han observado durante el tiempo y están vinculados, por ejemplo, al fenómeno climático (largos periodos de seguía aguaceros). Obsérvese que el fenómeno de contaminación resulta de la existencia de un depósito contaminante y la humidificación de este deposito. Esto da como resultado, que fluya la corriente de fuga en la superficie del aislador, el desarrollo de un arco eléctrico parcial y bajo ciertas condiciones, un corto circuito a través de todo el aislador. Es así como el concepto de flameo, es introducido (Fig. A1- 1)

Figura A1- 1 Flameo de una cadena de aisladores de vidrio

A1.2.2 Descripción cualitativa del fenómeno de flameo. El flameo de una superficie contaminada y humidificada, es el resultado de un proceso que comprende cuatro fases principales. Con el fin de simplificar la presentación, consideremos el caso de una placa plana y rectangular con dos electrodos: Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

99


-Durante la primera fase, la corriente de fuga fluye a través del electrolito que cubre al aislador. Esta causa que la temperatura del electrolito suba, aumentando la conductividad de la capa contaminante y subsecuentemente la corriente (Fase 1). -El aumento de temperatura genera un secado local de la capa contaminante. La zona seca así formada, tiende a dispersarse lateralmente hasta que la corriente se interrumpe completamente (Fase 2). -El voltaje regresa a las "terminales" de la zona seca y el arqueo local es muy probable que ocurra. -En la cercanía de la raíces de un arco local, la construcción de las líneas de corriente conduce a un alargamiento de la zona seca (Fase 3). -De esta etapa hacia adelante, la descarga puede evolucionar de diferentes maneras: el arco local puede extinguirse (Fase 4) o se puede mover lateralmente para tomar una posición mas estable que corresponde a una longitud de arco mas corta. (Fase 5) o de nuevo, se puede alargar hasta alcanzar los electrodos, induciendo el flameo. En este caso, el alargamiento del arco tiene lugar en la superficie del electrolito, sin alguna formación de zonas secas (Fase 6). Los diferentes estados de éste fenómeno se han observado y analizado en modelos simplificados de aislador Naturalmente en la práctica, el fenómeno comienza y evoluciona de acuerdo a la forma de los aisladores, la heterogeneidad del depósito sólido y la humidificación de alguna parte del aislador, que puede estar más o menos protegida. También, es frecuente ver varios arcos, que ocurren simultáneamente, a lo largo de una cadena o columna de aisladores. Finalmente, implícitamente supusimos que el voltaje aplicado al aislador era constante. Respecto a esto, el voltaje de corriente alterna exhibe una diferencia importante. Los arcos locales, se extinguen cada vez que el voltaje pasa por cero y comienza de nuevo al azar cuando el voltaje es suficientemente alto. En todos estos sucesos, esta descripción teórica destaca los diferentes procesos a considerar, si se quiere lograr un mejor entendimiento del modelo: (procesos térmicos que controlan el secado del electrolito y los procesos de ionización que determinan la ignición y re-ignición de los arcos locales, así como también, su alargamiento hasta que ocurre el flameo.

A1.3.- MODELO DEL FENOMENO DE LA CONTAMINACION. 1.3.1.-Modelo con voltaje de corriente directa Muchos autores han tenido la idea de reproducir el fenómeno de flameo en un modelo de aislador simplificado, con el fin de describir éste, mediante ecuaciones simples (2). El primer modelo eléctrico, fue propuesto por Obenaus en 1958. Este modelo fue establecido para un voltaje de alimentación en C.D. y describe el proceso de un arco estático. Este esta representado esquemáticamente en la figura A1-2 y consiste de una descarga de longitud en serie con una resistencia R(x) representando la capa contaminante húmeda. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

100


Figura A1- 2 La ecuación eléctrica básica se determina aplicando la Ley de Ohm aunque tomando en cuenta la caída de voltaje en los electrodos. Sin entrar en detalle, se supondrá que la caída de voltaje total en los electrodos Vc (caída en el ánodo Va + caída en el cátodo Vk) es independiente de la corriente 1 que pasa a través de la descarga. Todo depende de las condiciones experimentales que uno desee representar, es decir, la forma del electrodo, tipo de electrolito, etc. U = U e + U arc + R( x ) I (1) La descarga esta caracterizada por el campo eléctrico longitudinal imperante E a esto se puede escribir de la forma Ea

=

U arc x

= AI −n

(2)

A y n son constantes Para resumir, la ecuación eléctrica básica se escribe en la forma: U

= U e + xAI − n + R( x ) I

(3)

Esta ecuación liga tres variables: el voltaje de alimentación V, la corriente 1 y la longitud del arco x. Esta describe la acción estática de la descarga y su consecuencia inmediata es que para una longitud dada de la zona seca y por lo tanto del arco, existe un voltaje límite Um, abajo del cual la corriente no puede circular más en el circuito (Fig. A1-3.) Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

101


Si el voltaje aplicado excede Um, hay en teoría dos puntos de operación posibles A y B. Fue comprobado experimentalmente, que una descarga estable no puede ser observada a la izquierda del punto M (Fig. A1-3)

Figura A1- 3 característica voltaje-corriente del modelo en la Figura A1-3 Hesketh propuso una hipótesis de acuerdo a que, para un voltaje dado U, la descarga es estable cuando dI /dx < bajo 0 y esta una longitud mas allá deuniforme que el flameó observado cuando dl/dx=0, estasalcanza condiciones, para unacrítica capa Xj, contaminante R(x) = res (L-X) donde r es la resistencia por unidad de longitud de la capa contaminante y L la longitud del aislador. Es posible demostrar, que el voltaje crítico o voltaje de flameo mínimo es 1

 A  n +1  r

U c = U e + rL

(4)

al que corresponde una corriente crítica 1

 A  n +1 Ic =   r

(5)

Este modelo es el más simple, unidimensional y no toma en cuenta el factor tiempo, en otras palabras, no tiene en cuenta el mecanismo de extinción del arco y la velocidad con la que este seca el deposito contaminante. Finalmente estedonde modelo, que fue para elciclo, casoelde voltaje es difícil de pasar al caso de voltaje alterno, después deideado cada medio voltaje y ladirecto, corriente rompen. Comenzando de estas ecuaciones básicas, un gran número de científicos han intentado Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

102


mejorar el modelo [5], [6] Para hacer eso, ellos se apegaron a los resultados experimentales obtenidos en base a los modelos del aislador simplificado (placas, discos, etc. con geometrías variadas para los electrodos) en el que se aplica ya sea un voltaje directo o un voltaje alterno.

A1 3.2 .- Modelos con voltaje de Corriente alterna. Entre los modelos ideados experimentalmente bajo C.A. citaremos como un ejemplo; el modelo de Claveríe y Porcheron [7, 8, 9]. Como se indicó antes, en C.A. el problema se vuelve singularmente más complicado. Ya sabemos que, abajo de cierto voltaje Um, el arco parcial se extingue. Este suceso, por lo tanto, ocurre hacia el fin de cada medio ciclo. Durante el próximo medio ciclo, la re-ignición del arco parcial, es una condición esencial para el flameo que no necesariamente es implícitamente cubierta por la condición para el flameo en voltaje directo .Es un hecho conocido que las descargas en gas, están caracterizadas por los voltajes de inicio y des-energización, que pueden ser muy diferentes uno de otro. Además, si el arco parcial es re encendido, este dispone de 10 ms a lo más para desarrollarse hacia un flameo completo. Esta nueva condición supera la anterior y debe estrictamente permitir la variación de voltaje inherente al voltaje alterno. Sin conocimiento del mecanismo de extinción del arco, es difícil tolerar esta nueva condición en bases puramente teóricas. Para superar ésta dificultad, Claveríe usó un dispositivo experimental, que hace esto posible para formalizar las condiciones mencionadas en una manera empírica.

Dispositivo experimental. Este consiste de una placa de porcelana esmaltada ajustada a dos electrodos arreglados como se indica en la Fig. A1-4. El depósito contaminante se produce por aspersión de una solución de cloruro de sodio sobre la superficie de una placa con un grado de concentración que dependía de la conductividad deseada. El voltaje alterno (50 Hz) cuando se aplicaba entre los dos electrodos se podía ajustar a un valor que variaba entre 5 y 100 kV .Una resistencia de 50 ohms insertada en el regreso por tierra de la placa permitía medir la corriente. Además, el desarrollo de la descarga era registrado mediante una cámara normal ó una cámara móvil ultra rápida, sincronizada con el dispositivo registrador de corriente.


103


Figura A1- 4 Dispositivo experimental utilizado para el estudio del desarrollo del arco

Descripción del fenómeno. Un voltaje de pocos kilovolts se aplica entre los electrodos de la placa inicialmente cubierta con una fina capa de solución salina. La corriente senoidal aumenta a medida que el electrolito se caliente después de algunos períodos, el calentamiento es tal que en las regiones con densidad de corriente máxima, rodeando el electrodo circular, el líquido se vaporiza y aparece una estrecha zona seca. En este momento, el voltaje entre los electrodos y en las orillas de la zona seca es casi igual al voltaje total aplicado entre los electrodos, ocurre un rompimiento dieléctrico y un arco se forma. Por lo tanto, la corriente en el circuito deja de ser senoidal y meramente consiste de impulsos de nivel variable (Fig. A1-5)

Figura A1-5 Corriente de fuga durante el experimento en la placa de porcelana Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

104


La densidad de corriente alta en la capa cercana del srcen del arco, produce un proceso de vaporización del líquido extremadamente rápido. La base del arco es por lo tanto obligada a moverse en la dirección del electrodo opuesto. El arco que es re-encendido cada medio ciclo mientras cubre todo o parte de la trayectoria ionizada, crece alargándose tal que va barriendo una zona casi circular que progresivamente se seca. Se deben considerar dos casos dependiendo si continuamente el contaminante es rociado con la solución salina o no 1).- Si el rociado se detiene casi inmediatamente después de la aplicación del voltaje, cuando el arco ha alcanzado una cierta longitud y la zona barrida esta completamente seca, el fenómeno se detendrá debido a que la corriente habrá dejado de circular en el circuito. 2).- Por otra parte, cuando el depósito contaminante es constantemente regenerado por el rociado continuo de la solución, se establece un estado estacionario, caracterizado por arcos radiales girando al rededor del electrodo circular mientras que se esta barriendo una superficie claramente delimitada Partiendo del estado estacionario antes citado y si el voltaje se incrementa en pasos a unos cuantos kilovolts, loa arcos se alargan, la zona barrida se extiende y luego de nuevo se estabiliza. Cuando el voltaje es así gradualmente aumentado paso a paso, se alcanza un estado crítico, mas allá del cual cualquier elevación adicional produciría inmediatamente un flameo debido al desarrollo repentino de un arco radial. Se observó: -que el voltaje de flameo era dependiente de la conductividad del depósito contaminante. -que existe una longitud de arco crítica independiente de la conductividad. Es importante notar que, en este caso, el desarrollo del arco fue esencialmente fenómeno térmico y que la velocidad de movimiento del srcen del arco, como se observó por una cámara móvil de alta velocidad, varia entre 1 y 10 cm por cada medio ciclo, que es aproximadamente 10 m/s. Condición para la re-ignición. Cuando la corriente que pasa a través de un arco es rápidamente cortada, el voltaje de reenergización depende del tiempo gastado desde el corte y de la corriente que pre- existía en el arco. En c. a., 60 Hz, la variable tiempo no necesita un valor explícitamente en la condición de re-ignición. La siguiente relación empírica se derivó en base a un gran número de mediciones. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

105


V ≥

800 x

(6)

I

x es la longitud del arco por re-encenderse, I es la corriente de fuga máxima que alimenta el arco durante el previo medio ciclo. V es el voltaje requerido para re-ignición (volts).

Cuandoesel insuficiente arco es re-encendido, se que supondrá tiempo consumido el siguiente cerosi de voltaje para permitir el arcoqueseeldesarrolle en flameo.hasta En otras palabras, el flameo se va a producir en la placa, el voltaje debe ser suficientemente para re-encender el arco, independiente de la longitud de la zona seca. -La Fig. A1- representa este requisito en forma gráfica. Las curvas (a) representan la acción estática del arco. De esta manera la ecuación (3) con el valor de Claverie se escribe: V =

100 x

I

+ R( x) I

Donde A=100, n=0.5 y

(7) Ue

=0

Las curvas b proporciona la condición de re-ignición ( ecuación 6 )


106


Figura A1- 6 Condiciones de flameo En un caso, (Fig. A1-6.1 V=20,000V) la condición de re-ignición no se cumple para las longitudes de la zona seca mayores a 15 cm. En el otro caso (Fig. A1-6.2 V=25000V) , la condición de re-ignición es satisfecha independiente del valor de x. Así la longitud máxima posible en condiciones de estado estacionario y el voltaje de flameo dependen principalmente de la condición de re-ignición. La longitud del arco máxima xm se obtiene cancelando 1 de las ecuaciones (6) y(7) esto es, con los valores de Claverie. 1

V

= 90( xm2 R( xm )) 3

(8)


107


El voltaje de flameo se obtiene escribiendo que las curvas: V=100 X + R (x) 1 V =

100 x

I

+ R( x) I

V =

800 x

I

y V= n son tangentes (Fig. 9.3 ) Es fácil de demostrar que esta condición d [ x 2 R( x )] dx

=0

(9)

La longitud del arco xc que satisface esta ecuación, es la longitud de arco crítica. Esta es la longitud de arco máxima que se puede mantener en condiciones de estado estacionario. El voltaje de flameo y la corriente se pueden deducir de esto como sigue: 2

 700 xc  3 Ic =    R( x c ) 

(10) 1

Vc = 90(x c2 R( x c ) )3

(11)

Con voltaje alterno, el flameo es descrito por las ecuaciones ( 9), ( 10 ) Y (11). El estudio del flameo por lo tanto equivale a estudiar las funciones R(x). Cuando la función R(x) es lineal Rx = ( L-x), (ecuación 9) muestra que tiene la siguiente solución 2

Xc = -2L xc = L 3

De este modo, en este caso particular, la longitud máxima del arco que es posible observa en condiciones de estado estacionario es igual a 2/3 de la longitud del aislador. El flameo es escrito: 1

Vc

= 47.6r 3 L

(12)


108


Observe que Hurley y Limbourm [10] llegaron, durante su investigación, a una expresión similar para el voltaje de flameo, que es : 1

Vc

1

2

= K .r 3 L3 La3

(13)

K es una constante y La es la longitud de arco mínima para el aislador. Similarmente Rizk [5] propuso:

= 23r 0.4 .L

V

(14)

c

Trabajos escritos sobre el tema han cubierto otros modelos mejorados que están extremadamente bien resumidos en el documento [5] pero la mayoría de ellos, son únicamente casos especiales, en relación a un modelo mas general, probablemente de una naturaleza altamente compleja. En efecto, un modelo de esta clase debe tomar en cuenta varios procesos relacionados con las áreas eléctrica, cinética, térmica y química. No debemos perder de vista el hecho de que cuando se modela el fenómeno de flameo en aisladores contaminados, uno debe tener en cuenta la forma de los aisladores así como también, el depósito de contaminación natural que son obviamente de composición muy diversa y no uniformemente distribuida.

A1 4.- CASO DE LOS AISLADORES REALES: 4.1.- Voltaje de flameo. En la práctica, del la evolución del arco se ydesarrolla acuerdo a la por forma delserá aislador, a la heterogeneidad depósito contaminante al modo dedehumidificación, lo que importante comprender el comportamiento de los aisladores contaminados en condiciones reales. Con este propósito se han ideado métodos para simular la contaminación natural y dos de los métodos de prueba se han normalilzado. El método de capa sólida que consiste en cubrir el aislador bajo prueba con una capa de contaminante sólido (Kaolin + sal) y luego humedeciéndolo con vapor de agua. Este método simula la contaminación tipo industrial. El método de niebla salina consiste en pulverizar agua con sal sobre el aislador. Este método simula la contaminación marina. Europa ha adoptado principalmente el método de niebla salina que tiene la ventaja sobre el método de capa sólida, en que es mas fácil de aplicar y fácil de reproducir. Su "representatividad” fue determinada comparando la conductividad del electrolito en el depósito artificial, con la conductividad de los depósitos naturales de sal o contaminación industrial. La concentración de sal en la solución o salinidad, se expresa en kg de sal por m 3 de agua. Esto caracteriza la severidad de la prueba, las pruebas de niebla salina artificial sustituyen con bastante ventaja, las pruebas en sitio que siempre son muy prolongadas. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

109


Diferentes tipos de aisladores fueron probados con el fin de investigar el criterio de flameo, el análisis de los resultados de laboratorio, aunque también de la retroalimentación de los sitios naturales confirmaron que el voltaje de flameo, para aisladores de fabricación estándar, depende principalmente de la longitud de la distancia de fuga (la distancia mas corta a lo largo de la superficie del aislador entre dos partes conductoras) y de la conductividad del depósito contaminante. El resultado fue que las reglas para el dimensionado del aislamiento (Fig.A1-7) fueron subsecuentemente determinadas de acuerdo al nivel de contaminación (tabla 1 y 2).

Figura A1- 7 Curva de comportamiento del aislador


110


Tabla 1 Clasificación y descripción de los niveles de contaminación

Como un ejemplo, la longitud mínima de la distancia de fuga del aislador para usar en una instalación de 400kV con una clase de contaminación III es: L (mm)= 25mm/kV x 420 (kV)=10500 mm es mas que 10m. Una longitud de esta clase justifica la forma del aislador.

Dr. Marcos Moreno


111


4.2 Corriente de fuga. Los estudios realizados en aisladores, ya sea en laboratorio o en condiciones expuestas en sitio, han mostrado, que la amplitud máxima de los impulsos de la corriente de fuga, en dos aisladores idénticos sujetos al mismo voltaje y cubiertos con capas contaminantes con la misma conductividad promedio, son iguales, independiente del srcen de la contaminación. Este importante resultado motivó a EdF a perfeccionar un método para medir la severidad de contaminación en los sitios y desarrollar un dispositivo de medición específico . Este método está basado en la siguiente hipótesis: si para dos aisladores de idéntica naturaleza y sometidos al mismo voltaje, siendo probado uno en el laboratorio y el otro expuesto a la contaminación natural, las corrientes de fuga son iguales, se puede decir que la contaminación artificial es equivalente a la contaminación real en sitio. La severidad de esta contaminación en sitio es luego expresada en salinidad equivalente (kg/m 3 ) (Fig. A1- 9) Por ejemplo, si las corrientes de fuga son iguales para un aislador probado en un sitio dado, y para el mismo aislador bajo niebla salina con un grado de salinidad de 3.0 kg/m3, se puede decir que la salinidad equivalente del sitio es de 30kg/m3.

4.3 .-Selección de los aisladores para la red. La salinidad equivalente, sirve entonces para determinar a que clase de contaminación pertenece el sitio en el que la estructura esta instalada y consecuentemente, que distancia de fuga debe tener el aislador. Refiriéndonos a la Tabla 2. , se puede ver que el sitio con una salinidad equivalente de 30 kg/m3 pertenece a la contaminaición III. Para una estructura de 420 kV instalada en ese sitio, la distancia de fuga debe tener una longitud de 10.50 m como se demostró en el ejemplo numérico precedente. La determinación de las características con respecto a la contaminación en una cadena de aisladores puede parecer una operación relativamente simple. Sin embargo, escogiendo el tipo exacto de aislador de la variedad de modelos de aisladores, probablemente sean a primera vista, es una operación mas delicada que demanda experiencia Además, la selección final debe tener en cuenta otras restricciones relacionadas a la coordinación de aislamiento.

A1 5.- Técnicas de control de la Contaminación. Aún si la selección es apropiada, un aislador no es una prueba contundente. La severidad de la contaminación del sitio puede cambiar; la construcción de una nueva fábrica o autopista en la vecindad o simplemente un evento meteorológico excepcional puede aumentar la contaminación del sitio en forma definitiva-o temporalmente, mientras que un circuito o estación esta ya en operación. El diseño inicial del aislamiento puede entonces ser inapropiado y las instalaciones existentes tendrán que ser protegidas contra estas nuevas fuentes de contaminación. Varios métodos que se aplican serán presentados en los siguientes párrafos. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

112


Figura A1- 9 Principio de la medición de la severidad de la contaminación del sitio.

5.1.- Aumento de la distancia de fuga Estotécnicas permite la del este diseño del aislamiento a las nuevas condiciones de contaminación. Dos seadaptación emplean para propósito. -Cambiar el tipo de aislador (con el fin de aumentar la distancia de fuga) Esta es una operación costosa y con frecuencia imposible de realizar. -El uso de aumentadores de la distancia de fuga con materiales poliméricos que son unidos a la superficie de los aisladores existentes.

5. 2 .- Aisladores planos. Mientras que los dos métodos previos involucran una extensión de la distancia de fuga de los aisladores, el uso de aisladores planos la disminuye. En la práctica estos aisladores no tienen costillas y por lo tanto tienen la capacidad de acumular menos contaminación que los aisladores tradicionales mientras que se auto-limpian por efecto del viento. Estos son principalmente usados en regiones desérticas sujetas a tormentas de arena donde la fuente principal de humidificación es la condensación. Se ha estudiado el comportamiento de estos aisladores, con el fin de establecer reglas diseño específico para ellos. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

113


5.3.-Engrasado periódico. Debido a las características hidrofobicas (repelencia al agua), el compuesto a base de silicón, proporciona una protección temporal [11] .El tiempo de vida promedio del compuesto depende tanto del ambiente (contaminación y condiciones climáticas) como de la calidad del producto, pero generalmente varia de 1 a 4 años. Para estimar si el compuesto de silicón debe cambiarse o no, EDF desarrolló un método para ello. El silicón se usa en diversas partes del mundo, aunque la limpieza y re-aplicado es laborioso, y costoso, requiere también, se des-energice la red.

5.4 Recubrimiento de silicón. Este método consiste en aplicar, con un spray o brocha, un hule silicón que se vulcaniza a la temperatura del cuarto (RTV material) en la superficie del aislador, como en el caso de los compuestos, las propiedades hidrofóbicas del recubrimiento protege el aislador y mejora su resistencia a la contaminación Por otro lado, su vida promedio es, como una regla, notablemente mas larga que la de la grasa, en algunos casos, se han reportado hasta 10 años. Los fabricantes continúan mejorando éste producto con diferentes formulaciones. 5.5. Aisladores Compuestos. Este tipo de aisladores se empezaron a usar a principio de los 70's. Están formados por un núcleo de fibra de vidrio impregnado con resina y por una cubierta con faldones de material elastomérico. Algunas características de estos aisladores son: su ligereza y alta resistencia mecánica (proporcionada por el núcleo), tienen una buena hidrofobicidad, por lo que pueden usarse en áreas de alta contaminación; son resistentes al vandalismo. Sin embargo, estos aisladores con cubierta polimérica cambian sus características con el tiempo y envejecen bajo el efecto de diferentes condiciones en servicio (eléctricas y climáticas) por ejemplo el efecto de los rayos ultravioleta. 5.6.- Limpieza de Aisladores. La limpieza manual en seco o el lavado después de la des-energización son métodos que aún se utilizan en diferentes partes del mundo pero debido a que estos lavados implican des-energizar, su tendencia es a reducirlo o evitarlos -Lavado en Vivo. Esto es una manera de evitar las interrupciones. Este tipo de lavado significa que teóricamente los aisladores pueden mantenerse limpios, en otras palabras, la frecuencia del lavado se determina de manera que se evite la acumulación de la contaminación en la superficie del aislador. El lavado en vivo, se realiza con la ayuda de instalaciones fijas o móviles, en ambos casos, esto se lleva a cabo de acuerdo a estrictas reglas relacionados con la calidad del agua (resistividad mayor a 2500,u cm y presión de 70 bars) el proceso de lavado y las distancias de seguridad se deben observar para evitar cualquier riesgo de flameo durante el lavado. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

114


Las instalaciones fijas consisten de un complejo sistema de aspersión usando toberas fijas especialmente adaptados a cada tipo de aislador, son costosas y difícil es de operar. En los últimos años se han usado en algunos sistemas de lavado móvil en S.E. de EAT mediante robots en lugar de instalaciones fijas.

- Limpieza de aisladores con ráfaga abrasiva Es una técnica usada en ciertos países (USA en particular). Los principales abrasivos conocidos son cereales triturados (maíz, trigo) y semillas o cáscara de frutas (nueces, durazno, dátil). Esta técnica permite la limpieza de los aisladores cubiertos con la capa contaminante fuertemente adherida (por ejemplo, cemento y se puede usar para remover el compuesto de silicón de los aisladores.

A1 6.-Investigaciones. Las dificultades encontradas al intentar resolver el control satisfactorio de comportamiento del aislador bajo contaminación indican que la investigación es esencial. Se requiere idear modelos más poderosos Esto implica un análisis profundo del proceso físico que conduce al flameo: dinámica de desarrollo del arco de flameo distribución del depósito contaminante en la superficie de aislador, proceso de humidificación de la contaminación. También es necesario el estudio de las condiciones climáticas que llevan a la contaminación o a las condiciones en las que la contaminación sólida se forma.

6.1 Modelado de la evolución del arco y determinación del criterio de flameo. Hasta ahora, uno no puede estar satisfecho con un modelo demasiado diagramático para describir el flameo de aisladores contaminados. Sin embargo, el modelado coloca el fenómeno el una" caja negra" y puede solo correctamente describir que esta sucediendo si los diferentes procesos gobiernan están claramente definidas en el caso de flameo, este aún no es el caso aunque se han hecho progresos, así que ahora, sabemos que las condiciones locales juegan un rol importante en la dispersión de la descarga Un modelo fino del fenómeno local en varias etapas del proceso de flameo debe ser hecho El resultado de este trabajo podría también ser validado en modelos más o menos simple para que finalmente sean usados en aisladores colocados en su ambiente natural. 6.2.- Cálculo del campo electromagnético en superficies contaminadas La rigidez dieléctrica depende de la distribución de campo eléctrico (y de potencial) a lo largo de los aisladores Los cálculos de campo eléctrico, hasta ahora, no toman en cuenta la influencia del depósito contaminante, sin embargo importante, en la tensión de aguante de los aisladores. Programa de cálculo de campo eléctrico diseñado para modelar el depósito de contaminación PH13D programa tridimensional basado en el método de elemento de frontera desarrollado por Ecole Centrale de Lyon, esta en vías de validación. Dr. Marcos Moreno ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

115


Las principales aplicaciones de este programa permitirán un análisis a profundidad de los resultados de prueba corridas bajo condiciones de contaminación artificial y material y proporcionará asistencia en la interpretación de fallas causadas por la contaminación observada en la red.

6.3 Depósitos contaminantes y la humidificación. La interpretación de las fallas observadas en la red, requiere un buen conocimiento de los depósitos contaminantes y de los procesos de humidificación relacionados. Se esta realizando investigación para: -Identificar y caracterizar depósitos contaminantes en sitios pilotos. -Observar la interacción entre los diferentes hidrometeoros y los depósitos y subsecuentemente modelarlos. -Derivar de lo anterior una clasificación de los diferentes sitios que luego puedan generalizarse en la red. -Sirven como una base para estudios de pronósticos del fenómeno de contaminación. Pronostico de incidentes debidos a la contaminación. Es necesario estudiar las correlaciones existentes entre los parámetros meteorológicos y la ocurrencia de la contaminación en aisladores expuestos en el sitio Dentro de este contexto, el conocimiento de los depósitos contaminantes y su interacción con los hidrometeoros es determinante. Referencias


116


APÉNDICE II: DESCRIPCIÓN DE CLIMAS


117


APÉNDICE III CUESTIONARIO


118



119


APÉNDICE IV REGISTRO DE EXPERIENCIAS CON AISLADORES POLIMERICOS DIFERENTES TIPOS DE AISLADORES CON DIFERENTES MATERIALES


120


EN LA SIGUIENTE TABLA SE DESCRIBE EL COMPORTAMIENTO DE LOS DIFERENTES TIPOS DE AISLADORES


121

Contaminación en Aisladores

Recommend Documents