Rendimiento del perfil de pollera y arcos eléctricos por contaminación de los aisladores poliméricos

Aisladores, INMR Español

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Se sabe que encontrar perfiles ideales para los aisladores de cerámica es un proceso demandante y así lo demuestran los numerosos diseños diferentes que se han sucedido en los últimos 100 años. Todos pretendían conseguir de cierta manera una combinación óptima de generación de arco eléctrico por contaminación y propiedades de auto limpieza. Debido a esta evolución, hoy en día existe un amplio rango de perfiles diferentes de aisladores de disco en servicio en redes de transmisión en todo el mundo. Las preferencias hacia un diseño más que por otro se han debido a factores como el clima local, la topografía y la tradición. Por el contrario, los principales factores que afectan el perfil de las polleras en el caso de los aisladores poliméricos se han relacionado tradicionalmente con la producción. Dependiendo de la tecnología de fabricación, gran parte de las polleras son lisas y no son demasiado complejas para que se puedan retirar fácilmente de la cavidad del molde. Las variaciones que existen están relacionadas con el tamaño de la pollera, el espacio entre polleras y el ángulo de inclinación. De todas maneras, aún no hay muchas investigaciones sobre como el perfil de las polleras impacta el rendimiento con contaminación en estos tipos de aisladores. Algunos expertos creen que la distancia de fuga específica juega un rol decisivo, pero otros no concuerdan con esto.

Este artículo escrito por el profesor retirado Guan Zhicheng en la Universidad de Tsinghua, en el Campus de Shenzhen, editado para INMR, trata de los hallazgos de la investigación que compara el rendimiento del arco eléctrico por contaminación de los diferentes diseños de polleras de los aisladores poliméricos.


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La cooperación que existió entre la Universidad de Tsinghua y la red eléctrica meridional de China pretendía evaluar los perfiles de polleras para los aisladores poliméricos en relación al rendimiento relativo del arco eléctrico por contaminación. Respaldada por los fabricantes locales, esta investigación evaluó 36 perfiles de polleras diferentes. Todos se clasificaron en 4 categorías principales que dependían de un número de diámetros diferentes de polleras dentro de cada unidad de repetición.

A. una grande, una pequeña;
B. una grande, dos pequeñas;
C. una grande, una mediana, dos pequeñas;
D. una grande, una mediana, cuatro pequeñas.

Aisladores utilizados en una línea de ±400 kV del Tibet con una pollera grande, una pollera mediana y dos polleras pequeñas en cada unidad de repetición.

Por ejemplo, la Fig. 1 a continuación muestra un diseño con polleras grandes solas y pequeñas solas alternadas.

Fig. 1: Perfiles de aislador polimérico con una pollera grande y una pollera pequeña alternada.
Fig. 2: Comparación de voltaje de salto de 35 diseños diferentes de aisladores poliméricos que tienen la misma altura de aislación.

La Fig. 2 muestra el voltaje de salto por contaminación DC obtenido para estas 36 categorías de diseño de polleras diferentes. Se utilizó el método de contaminación en capa sólida y para el voltaje de prueba aplicado se utilizó el enfoque de “sube y baja” constante. Los valores mostrados en el eje vertical representan una comparación proporcionada del voltaje de salto de cada diseño diferente versus aquel de la geometría que mejor se desempeña, es decir, la que alterna una pollera grande y una pequeña (#22). Estos hallazgos confirman que la geometría de la pollera puede tener un impacto profundo en el rendimiento del arco eléctrico por contaminación de los aisladores poliméricos, por ejemplo, hasta el 22 % para las unidades con la misma distancia de aislación.

Como parte de la misma investigación, se compararon un total de 19 especímenes con diseño de polleras alternadas con espaciados y radios de polleras diferentes en relación al rendimiento relativo del arco eléctrico por contaminación. Como se ve en la Fig. 3, los 5 diseños con radios diferentes tienen un rendimiento de arco eléctrico superior cuando el espaciado de las polleras es de 100 mm. Además, no es necesariamente cierto que mientras más grande sea el diámetro, más alto será el voltaje de salto. Si no que más bien existe un valor óptimo y se demostró que el voltaje de salto más alto se produce con radios de polleras grandes/pequeñas de 90 mm y 66 mm.

Fig. 3: Impacto del espaciado de polleras grandes en el voltaje de salto.
Fig. 4: Impacto del diámetro promedio de las polleras grandes y pequeñas en el voltaje de salto.

Finalmente, la Fig. 4 muestra el impacto del radio promedio de los diámetros de las polleras grandes y pequeñas en el comportamiento del salto eléctrico por contaminación dados 3 tipos diferentes de espaciados de las polleras grandes. Como se puede ver, el voltaje de salto fue más alto a un espaciado de 80 mm.

Por supuesto que otros factores, aparte de solo el desempeño del arco eléctrico por contaminación, también se tienen que tomar en cuenta al momento de decidir el perfil de pollera ideal para los aisladores poliméricos en cualquier proyecto de línea nuevo. Estos incluyen la protección contra los arcos eléctrico producidos por los chorros de los excrementos de los pájaros y el puente de hielo.