Anillos anticorona y aisladores poliméricos

Aisladores, INMR Español, Mantenimiento

Es de conocimiento común que los aisladores poliméricos utilizados a voltajes de transmisión se deben equipar con anillos anticorona dimensionados de manera apropiada para reducir el riesgo de erosión en sus cubiertas. A pesar de esto, aún ocurren situaciones donde estos aisladores se instalan sin anillos o donde estos se separan y caen debido a que la vibración del conductor o la instalación son inapropiados. Los casos que se discuten en este artículo editado para INMR, escrito por Cristian Gutierrez, son de la red de 400 kV en Venezuela y documenta lo que le puede pasar a los aisladores poliméricos cuando ya no están protegidos con anillos anticorona apropiados. Las fallas de material o los factores externos, como la contaminación medioambiental, pueden reducir severamente la vida útil del servicio.

Decoloración y erosión de las cubiertas de los aisladores poliméricos en la fase media donde no se han instalado anillos anticorona.

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CASO 1: Línea Palital-Furrial de 400 kV

La línea Palital-Furrial n.° 1 recorre 169 km y tiene 402 torres de las cuales 385 son de suspensión y 17 de extremo muerto. La ruta de esta línea, que se energizó por primera vez en diciembre del 1999, es en su mayor parte plana y está de 40 a 180 metros sobre el nivel del mar. El 7 de enero del 2015 hubo una falla de una fase con una reconexión no exitosa. Tres minutos más tarde, el personal del Centro de Operaciones intentó una reconexión manual, pero también se comprobó que el intento fallido no se debió a la presencia de una falla permanente. Ese mismo día se inició una inspección aérea. De acuerdo a la información que entregó el personal del Centro de Operaciones, la interrupción involucró una sola fase a una falla de tierra (fase B) ubicada alrededor de 7 km de la subestación El Furrial. Durante la inspección aérea, se determinó que el punto de falla había ocurrido en el extremo muerto de la torre n.° 384. Había fallado un aislador polimérico, que soportaba de manera mecánica el conductor del puente en la fase B y el circuito cerrado cayó sobre la estructura.

Ubicación del punto de falla en la torre n.° 384.

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Análisis de falla y resultados de la inspección
Debido a la falla, se conformó un equipo especial para analizar e identificar los factores que hicieron que el aislador se fracturara. El objetivo era tomar medidas preventivas para evitar más fallas de ese tipo en la línea. Uno de los pasos clave en este sentido fue la inspección visual y las pruebas de corona en todas las torres de extremo muerto de la línea para evaluar la condición general de la aislación. Esto se realizó más tarde en enero con un equipo de cámara UV especial y los hallazgos fueron los siguientes:

1. Se descubrió que en varias torres de los 17 extremos muertos de la línea (n.° 2, 4 y 384), los aisladores que soportaban el puente no tenían anillos anticoronas. Se observó actividad de corona y decoloración intensas en sus polleras más cercanas al potencial de línea (ver Tabla n.° 1).

2. En otras torres de extremo muerto (n.° 97, 100, 103, 128, 137, 300, 400 y 401), todos los aisladores guías auxiliares estaban equipados con anillos anticorona y parecían estar en buenas condiciones sin evidencia física de actividad de corona.

3. Los aisladores ubicados cerca de la subestación Palital tenían una capa de contaminación oscura que se adhería a las polleras y esto se atribuyó a la contaminación industrial emitida desde un área cercana. Por el contrario, no se observó contaminación en los aisladores de la torre n.° 384 que estaba ubicada en un área limpia con mucha lluvia y terreno arenoso.

Tabla 1. Resultados de la inspección visual & la cámara de corona.

Después de terminar las inspecciones, se programó que se cambiaran aquellos aisladores que habían tenido actividad de corona alta (es decir, sobre los 2000 fotones/seg). Además, se tomaron fotografías de las torres n.° 2, 4 y 384 para ser utilizadas como referencia de la condición de sus aisladores en ese momento.

General view of phase B insulator on tower no. 2.
Vista general del aislador de la fase B en la torre n.° 2.
Erosión detectada en el aislador de barra en la torre n.° 2 con equipo de prueba de corona.

Insulator removed from tower No. 384 had fiberglass core rod fully exposed to environment and showed perforation between first and second sheds.  
Aislador que se retiró de la torre n.° 384 y que tenía una vara del núcleo de fibra de vidrio completamente expuesta a las condiciones ambientales y que mostraba perforación entre la primera y la segunda pollera.

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CASO 2: Línea Macagua-Las Claritas de 400 kV

La línea aérea Macagua-Las Claritas de 400 kV, que se comisionó en agosto del 2000, recorre 298 km y tiene 721 torres (671 torres de suspensión y 47 torres de extremo muerto). Alrededor del 90 % de su ruta abarca un terreno plano y está entre 50 y 150 metros sobre el nivel del mar. La inspección aérea realizada en julio del 2011 detectó que el anillo anticorona en el extremo energizado del aislador de la fase B en la torre de tensión n.° 141 se había desprendido. Este problema se monitoreó periódicamente y se cambió el aislador en abril del 2014 en base a la experiencia descrita en el caso 1.

Polymeric phase B insulator on tower no. 141with detached corona ring.
Aislador polimérico de la fase B en la torre n.° 141 con anillo anticorona desprendido.

Resultados de la inspección
Se realizó una inspección visual, así como también pruebas de corona y termografía, en todos los aisladores de la torre n.° 141 con especial énfasis en el aislador de la fase B donde se desprendió el anillo anticorona y cayó. Los resultados:
• no se observó daño en la cubierta del aislador;

• no hubo aumento significativo de la temperatura;

• la actividad de corona fue de intensidad media;

• las primeras 3 polleras del aislador estaban decoloradas.

Corona test and thermography on tower no. 141.
Prueba de corona y de termografía en la torre n.° 141.

El aislador en la torre n.° 141, que mostró actividad de corona media debido a la pérdida de su anillo, se sacó de servicio y se envió para que se le realizara una inspección detallada. Se hicieron dos cortes transversales a 50 cm de cada extremo del aislador para revisar si había corriente de fuga y evaluar la condición física.

Cross-section made to insulator removed from tower No. 141.

Tabla 2. Comparación de problemas anticorona. Caso 1 versus caso 2

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Conclusiones

Los dos casos descritos demuestran la importancia de la instalación de anillos anticorona en el extremo energizado de los aisladores poliméricos utilizados en las líneas aéreas de 400 kV. Esto es cierto, tanto para las torres de suspensión como para las de tensión, ya que la corona puede reducir la vida útil efectiva de los aisladores que tienen menos de 14 años. También es importante considerar si el trazado de una línea pasa por áreas con contaminación agrícola, marítima o industrial, ya que esto acelerará el daño estructural permanente de esos aisladores. Los resultados descritos aquí no se deben a defectos de fabricación, sino que a la ausencia de anillos anticorona. Esto provocó una alta concentración de campo eléctrico, lo que produjo efectos de corona que destruyeron en forma permanente la cubierta de goma de silicona y dejaron la vara del núcleo expuesta al ambiente.

Los anillos de corona diseñados y suministrados por su fabricante se deben instalar en aisladores poliméricos que se usan a voltajes de transmisión. Algunos fabricantes recomiendan anillos de graduación en ambos extremos del aislador a voltajes de línea de transmisión más altos. Debería ser obligatorio que los anillos anticorona se instalen durante la construcción de cualquier línea y, si faltan esos accesorios, la línea no se debería energizar.

La inspección visual con binoculares y la evaluación de la actividad de corona que utiliza cámaras UV de alta sensibilidad pueden ayudar a detectar los problemas que afectan a los aisladores poliméricos. Por lo tanto, la inspección y la evaluación deben ser parte de las inspecciones anuales o semestrales que se realizan para evitar fallas en el aislador en las líneas de transmisión aéreas.

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Los departamentos de mantenimiento de las empresas de servicios básicos deberían desarrollar procedimientos de inspección para establecer metodologías apropiadas para la inspección visual y la detección de la actividad de corona en los aisladores poliméricos que están a corta distancia. Los métodos de trabajo deben abordar esa inspección con la línea energizada o desenergizada y el objetivo principal es evaluar la condición de operación física de los aisladores poliméricos e identificar cualquier unidad con un riesgo más alto de falla. Dependiendo de los recursos de mantenimiento, la metodología de inspección se debería realizar torre por torre, subiendo a cada estructura y evitando pisar los aisladores. También se puede realizar usando camiones con plataformas de trabajo aéreas o escalas aisladas.