El diseño del aislamiento para la transmisión de CC es mucho más exigente que para la CA, particularmente desde el punto de vista de la contaminación. La Fig. 1 a continuación, por ejemplo, se deriva de pruebas de laboratorio de aisladores cerámicos y traza la distancia de fuga específica unificada (USCD) requerida en función de la gravedad de la contaminación, medida por la densidad del depósito de sal (SDD). Esta relación ha sido confirmada desde entonces por la experiencia de campo. Las líneas HVDC equipadas con aisladores cerámicos diseñados de acuerdo con la curva roja brindarán un buen rendimiento de servicio, mientras que los aisladores diseñados con un USCD más bajo probablemente tendrán problemas de descarga disruptiva. También se ilustra en el gráfico el hecho de que, dependiendo de la contaminación, las líneas de CC pueden requerir un aislamiento que tenga un USCD mucho mayor que para CA. Esto puede dar como resultado parámetros de diseño poco realistas, especialmente cuando existe una combinación de UHV y una gran contaminación. En el caso extremo de contaminación muy alta (por ejemplo, SDD de 1 mg/cm2), se requeriría una distancia de fuga total de más de 90 metros para cadenas de aisladores de 800 kV. Esto significaría una asombrosa longitud de aislador de unos 27 m para aisladores con un factor de fuga (CF) de 3,4, como es el límite típico para aplicaciones de CC.

La CC también presenta un escenario de diseño mucho más severo para los aisladores compuestos. Sin embargo, tales aisladores se benefician enormemente de la propiedad del material de transferencia hidrofóbico (HTM) de sus cubiertas poliméricas. En este sentido, la Fig. 2 muestra los resultados preliminares de un análisis que se está llevando a cabo actualmente en CIGRE WG C4.03.03. Básicamente, muestra que los aisladores HTM requieren un USCD más bajo con el mismo SDD que los aisladores fabricados con materiales que no son HTM. Esto se demuestra no solo por la investigación de laboratorio (ver la curva punteada en la Fig. 2) sino también por la experiencia de servicio (ver los puntos en la Fig. 2 que se refieren a líneas HVDC reales). Con base en la Fig. 2, en el caso extremo de una contaminación muy intensa (p. ej., SDD de 1 mg/cm2), 52 m de línea de fuga serían suficientes para un juego de aisladores compuestos de 800 kV. Por lo tanto, la longitud del aislador correspondiente podría ser "solo de unos 14 m", principalmente porque los aisladores compuestos funcionan de manera más eficiente en el CF más alto (se supone que es 3,8 en este caso frente a un valor de 3,4 para la tapa y el pasador de cerámica).

Fig. 1: Aisladores de pin y tapa de cerámica: USCD frente a SDD (referencia para CA a valor rms fase a tierra y para CC al valor pico fase a tierra).

Fig. 2: USCD en CC en función de la gravedad del sitio de CC: Comparación de aisladores HTM (compuestos) y no HTM (cerámica).

Ahora, para ser justos, este es solo un ejemplo que hace referencia a condiciones de contaminación extrema que son raras en la práctica real. El objetivo aquí es solo enfatizar cualitativamente la criticidad de los parámetros de diseño del aislamiento y demostrar la ventaja comparativa que ofrecen los compuestos. Debido a aspectos de viabilidad y al impacto económico de la contaminación en CC, el diseño del aislamiento debe ser muy detallado. Esto requerirá evaluar con precisión la severidad de la contaminación del sitio por medio de mediciones en aisladores energizados mientras se realizan pruebas de laboratorio para evaluar el desempeño de los aisladores seleccionados. Dicho rendimiento dependerá en gran medida del perfil y las características (es decir, las curvas que se muestran en las figuras 1 y 2 representan solo una especie de rendimiento promedio). Luego se puede aplicar un enfoque de diseño estadístico asignando algún riesgo aceptable de descarga disruptiva.

Dos de los aspectos más importantes de los aisladores para aplicaciones de CC son el material y el perfil de la carcasa. En cuanto a lo primero, una prueba de seguimiento y erosión está estandarizada para CA (IEC 60587), pero aún existe un debate dentro de CIGRE WG D1.26 e IEC 36 sobre si es necesaria una prueba similar para CC (o si la misma Se puede aplicar la clasificación de materiales AC).

En este sentido, se realizaron varias investigaciones de seguimiento y erosión en diferentes partes del mundo aplicando un estrés de CC igual al de ACrms. Estas pruebas han demostrado que la CC es, en efecto, más severa a este respecto que la CA. Sin embargo, en mi opinión, tales pruebas están inherentemente sesgadas y sus conclusiones no deben considerarse válidas desde una perspectiva práctica. Esta opinión se ve confirmada por la experiencia de servicio satisfactoria de los aisladores actualmente instalados en líneas HVDC y también por la experiencia de laboratorio obtenida mediante pruebas de envejecimiento a largo plazo en diferentes marcas de aisladores que se escalaron correctamente de acuerdo con la relación de tensión CA/CC.

Como puede deducirse de la figura 1 (que se puede extender a los aisladores compuestos teniendo en cuenta su beneficio HTM), los aisladores no encontrarán la misma tensión de servicio en CA que en CC. Dependiendo de la gravedad de la contaminación, la tensión de CC puede ser tan pequeña como la mitad de la de CA. Por lo tanto, si una prueba de seguimiento debe estandarizarse y hacerse realista para DC, debe tener esto en cuenta. Además, la optimización de la geometría del aislador en DC deberá considerar que la línea de fuga pierde su eficiencia en el caso de un perfil demasiado estrecho y un factor CF demasiado alto, con límites más estrictos que en el caso de AC.

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