Cuando se trata de aplicaciones de línea de CC, existen conexiones de CC "puras" y también conexiones "híbridas", siendo esta última una solución para reemplazar un sistema de CA en una ruta de línea existente con un bipolar de CC para aumentar la capacidad de transmisión. Si bien ahora se acepta que la aplicación de aisladores compuestos es lo último en sistemas de CA, la experiencia de campo documentada para líneas de CC puras aún es limitada. En 1995, CIGRE WG 22.03 publicó los resultados de una encuesta sobre la experiencia con líneas HVDC en EE. UU. y Nueva Zelanda. Se trataba de aisladores compuestos de primera generación con carcasas de caucho de silicona (SR) y EPDM, pero la experiencia de servicio fue mayormente buena. Además, se confirmaron ciertas ventajas en zonas con problemas de vandalismo o contaminación. También se observó que, en condiciones de servicio similares, el EPDM mostró una mayor tendencia a experimentar descargas disruptivas en comparación con el SR equivalente. Otros casos de aplicación también han ofrecido información. Por ejemplo, después de aproximadamente 25 años de servicio, los aisladores con carcasas de caucho de silicona HTV se retiraron de las líneas HVDC de 500 kV en los EE. UU. y Sudáfrica y se analizaron cuidadosamente. Ambas líneas han tenido un buen historial de servicio y el aislamiento SR se ha desempeñado de manera excelente en todas las clases de contaminación que van desde ligera a media o parcialmente alta. Las pruebas de laboratorio en estos aisladores confirmaron que tanto la hidrofobicidad como la propiedad de transferencia de hidrofobicidad (HTM) de sus carcasas se mantuvieron.

En el caso de las líneas híbridas donde los sistemas de CC y CA coexisten en una sola estructura, todavía no hay sistemas a gran escala en servicio. Sin embargo, se han recopilado algunos datos útiles en una línea de prueba corta y también de pruebas de laboratorio a gran escala. Se espera que tales líneas híbridas requieran un compromiso en términos de longitud del aislador, especialmente cuando se utiliza una torre de CA existente. Esto tendrá un impacto en la especificación y descripción de las propiedades del material aislante y, por lo tanto, en el diseño, especialmente en la distancia de fuga para una clase de voltaje y un entorno de servicio dados.

La experiencia de servicio positiva siempre se ha relacionado con un comportamiento hidrofóbico estable. Al mismo tiempo, debido a la naturaleza dinámica de esta propiedad, ahora también está bien establecido que se debe distinguir entre retención, recuperación y transferencia de hidrofobicidad, y solo SR ofrece todos estos procesos de mejora del rendimiento en servicio. Teniendo en cuenta que un campo de CC puede causar una mayor acumulación de contaminación en las mismas condiciones, la presencia de los tres procesos dinámicos es decisiva para lograr un aislador hidrofóbico general que suprima la corriente de fuga y evite las descargas disruptivas sin necesidad de mantenimiento. La corriente de fuga suprimida también reduce el riesgo de corrosión anódica en los accesorios de los extremos que pueden afectar el sistema de sellado de un aislador, según el diseño.

La investigación ha utilizado la prueba de caída dinámica (basada en la filosofía de la prueba del plano inclinado) para demostrar que la pérdida de hidrofobicidad es más rápida con tensión de CA cuando la tensión de CC correspondiente está relacionada con el valor rms del voltaje de CA (ver Fig. 1). Este ejemplo muestra el comportamiento de una HTV y una silicona LSR, ambas disponibles comercialmente para aisladores de alta tensión para exteriores, pero con la HTV enriquecida con trihidrato de aluminio para mejorar la resistencia al seguimiento y la erosión. La tensión de tensión se muestra como tensión de campo promedio (tensión aplicada dividida por la distancia de fuga). La curva DC+ está por encima de la curva AC, sin embargo, es más pronunciada y esto explica la experiencia de servicio exitosa con materiales de carcasa hidrofóbicos. Además, normalmente se utiliza una mayor distancia de fuga para aplicaciones de CC que para CA en entornos similares con niveles de contaminación equivalentes.

Fig. 1: Tiempo hasta la pérdida de hidrofobicidad en la prueba de caída dinámica.

Fig. 2: Factor de corrección frente a diámetro medio en función de las características HTM para CA (se espera una cifra similar en IEC 60815-4).

También hay que mencionar otro aspecto del diseño. El riesgo de descarga disruptiva por contaminación depende de muchos factores, p. conductividad de la contaminación, efectividad de la conductividad del electrolito (posible encapsulación por cadenas SR hidrofóbicas de bajo peso molecular), tensión de tensión, posición de instalación, hidrofobicidad, distribución de la contaminación, eficiencia del perfil de fuga y diámetro promedio. En un flashover de contaminación "clásico" de una superficie hidrófila, existe una relación entre el voltaje del flashover y el diámetro promedio: Uflashover ~ daverage-0.38. El impacto del diámetro promedio se corrige en IEC 60815-3 como se muestra en la Fig. 2, dadas las características de HTM.

Dicha corrección comienza en 300 mm (todavía en discusión para CC y podría ser de 250 mm) para aumentar el diámetro promedio. La zona por debajo de 300 mm es de especial interés cuando se compara la diferencia entre la tecnología de aisladores convencionales y compuestos en términos de diámetro promedio. Una varilla larga de porcelana y una varilla larga de material compuesto equivalente, ambas con una capacidad nominal de 120 kN, tienen una apariencia significativamente diferente. Este ejemplo da como resultado diferencias en los diámetros medios de 111 mm a 48 mm. Suponiendo un aislador compuesto totalmente hidrofílico, la relación: Espesor/porcelana/Espesor/compuesto = (111 mm/48 mm)-0,38 = 0,73 muestra que, bajo las mismas condiciones de contaminación, el aislador compuesto más delgado supera al aislador de porcelana por un factor de aproximadamente 1,4.

Esto puede resultar en la aplicación de menos fugas, lo que significa aisladores más cortos. Una consideración similar es posible para los aisladores de cap & pin que tienen diámetros aún mayores. Vale la pena mencionar que, al aplicar el mismo modelo de diámetro promedio y efecto totalmente hidrofílico, los aisladores convencionales con recubrimiento hidrofóbico se comportarían de manera muy similar a los aisladores sin recubrimiento. El objetivo: para CC (y también para CA) sería preferible el aislador más delgado posible con hidrofobicidad permanente debido a la retención prolongada y la recuperación o transferencia rápidas.

https://www.inmr.com/insulators-for-dc-line-applications/    Dr. Frank Schmuck