Normalmente, el concepto de envejecimiento de los aisladores es algo asociado principalmente a los tipos compuestos o no cerámicos. Sin embargo, esta percepción ciertamente no sugiere que otros tipos de aisladores no envejezcan también.

Este artículo anterior de INMR, informado por el Dr. Ravi Gorur, presentó los resultados de un programa de prueba con aisladores de porcelana que habían estado en servicio durante períodos que oscilaban entre 10 y 70 años. Los resultados de la investigación indicaron que, de hecho, se está produciendo un deterioro irreversible en los aisladores de porcelana. En el caso de algunos tipos de aisladores de porcelana que no habían estado en servicio por mucho tiempo, el envejecimiento experimentado fue lo suficientemente significativo como para necesitar un reemplazo lo más rápido posible. La investigación también demostró contundentemente que el envejecimiento puede ser muy variable entre los diversos tipos de aisladores de porcelana utilizados actualmente por la industria de servicios públicos.

Introducción

La porcelana ha servido a la industria del suministro de energía eléctrica de manera ejemplar. Los aisladores fabricados con este material se han utilizado con éxito desde los primeros días de la transmisión y distribución de energía, a partir del siglo XIX.

A pesar de las desventajas obvias, como ser quebradizo (es decir, fácilmente rompible) y denso (es decir, pesado), los cuales requieren mucho cuidado durante el manejo, la naturaleza inerte de este material inorgánico imparte una tremenda estabilidad frente a los numerosos factores ambientales. lo que puede causar que algunos materiales orgánicos se deterioren rápidamente y fallen.

Hay muchos proveedores de aisladores de porcelana y, como era de esperar, también hay diferencias en los materiales y procesos de fabricación de los distintos productos disponibles. Para voltajes de distribución, la composición de porcelana a base de cuarzo de baja resistencia puede funcionar satisfactoriamente; para las tensiones de transmisión, en cambio, es común utilizar porcelana a base de alúmina de alta resistencia.

Además de las diferencias en la formulación de la porcelana, también existen variaciones en el tipo de cemento utilizado para unir los herrajes. Aunque los aisladores de porcelana tienen que cumplir con ciertos estándares nacionales e internacionales uniformes, estos generalmente no pueden establecer la duración durante la cual estos aisladores seguirán siendo utilizables.

La reducción de la resistencia mecánica y eléctrica en la porcelana se ha estudiado ampliamente en el pasado. Las fallas debidas al crecimiento del cemento, la propagación a lo largo del tiempo de las grietas en el cuerpo de porcelana, el aumento de las tensiones alrededor de las esquinas en el área del pasador y la perforación durante las descargas eléctricas, la porcelana cocida incorrectamente, etc., están bien documentadas en la literatura.

La mayoría de estos tipos de modos de falla no son visibles ya que tienden a ocurrir dentro del conjunto de tapa o pasador. Sin embargo, las técnicas para determinar si un aislador de porcelana es eléctricamente sólido o no son bastante avanzadas y el mantenimiento de líneas vivas (con las manos desnudas) es una práctica adoptada por numerosas empresas de servicios públicos.

Los aisladores de porcelana pueden dañarse durante el almacenamiento, la instalación o el servicio debido al vandalismo. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el número de unidades rotas en la cadena se limita a una o dos. Por lo tanto, el conjunto del aislador aún debe ser capaz de soportar la línea, tanto mecánica como eléctricamente. Sin embargo, si el daño de los discos afectados es grave o si se rompe un gran número de unidades, la resistencia eléctrica y mecánica de la cadena puede verse afectada negativamente.

Los aisladores de suspensión generalmente están sujetos a cargas diarias promedio que representan solo una fracción (alrededor del 20 por ciento) de su clasificación mecánica y eléctrica (M&E). Por lo tanto, existe un margen de seguridad sustancial cuando un aislador es nuevo. Sin embargo, este margen se reducirá a medida que el aislador envejezca durante el servicio.

Muchas empresas de servicios públicos tienen aisladores cerámicos en sus sistemas que ahora superan la "vida útil aceptable" normalmente considerada de 30 años. Es posible que estos aisladores continúen funcionando durante muchos años.

Sin embargo, es lógico que las empresas de servicios públicos deseen tener información sobre cuándo es el momento ideal para reemplazarlos a fin de planificar estrategias de mantenimiento diseñadas para minimizar las interrupciones. También es razonable esperar que las empresas de servicios públicos puedan obtener muestras de estos aisladores de sus redes durante los ciclos de mantenimiento y que luego puedan examinarse y evaluarse para este fin.

Un enfoque posible para evaluar la condición de estos aisladores sería comparar la resistencia mecánica de los aisladores expuestos al campo después de muchos años de servicio con su resistencia cuando eran nuevos (o al momento de la compra). Sin embargo, se debe tener precaución al utilizar este enfoque, ya que es bastante común que los aisladores se almacenen al aire libre durante períodos de tiempo considerables antes de la instalación real. Por lo tanto, existe la clara posibilidad de que estos aisladores, cuando se instalen, ya no sean tan fuertes como en la nueva condición.

En la investigación revisada en este artículo, se analizaron los aspectos eléctricos y mecánicos de muestras de aisladores de porcelana retirados del servicio (durante el mantenimiento regular). La mayoría de los aisladores retirados tenían un período de funcionamiento de entre 10 y 20 años; pero algunos habían estado en servicio por más de 50 años.

Todas las campanas de porcelana se retiraron de los sistemas de 66 kV y 115 kV en el este de Arizona en un área que alberga varias minas de cobre. La Tabla 1 resume la información relevante sobre este grupo de muestra de aisladores. Los aisladores eran de tres fabricantes diferentes y tenían clasificaciones M&E de 15 000, 20 000 y 25 000 lbs.

Pruebas eléctricas

A. Mediciones de resistencia superficial

El estado general de la superficie de los aisladores de muestra se evaluó por medio de mediciones de resistencia superficial que involucraron pruebas realizadas en una cámara de niebla. La tasa de humectación de la niebla utilizada fue de 200 g/h.m3 y se obtuvo hirviendo agua en una cuba. Se aplicó voltaje de 1 kV +CC a la tapa del aislador y se conectó a tierra el pin. La corriente de fuga que fluye sobre la superficie contaminada de los aisladores se midió luego como una caída de voltaje con un medidor digital. La resistencia superficial se calculó y representó gráficamente en función del tiempo de prueba transcurrido.

B. Resistencia a pinchazos de baja frecuencia

Se realizaron pruebas de perforación de baja frecuencia (60 Hz) en aceite de acuerdo con el procedimiento descrito en la Sección 15 de IEC 60383-1.

Solo fallaron los aisladores de Tipo E de un fabricante, con 7 de las 14 campanas probadas perforadas, a pesar de que provenían de diferentes cuerdas. Los aisladores defectuosos habían sido retirados de una sección de la línea conocida por tener una alta incidencia de rayos.

Estas fallas ocurrieron a voltajes tan bajos como 10 kV. Para los típicos aisladores de porcelana de pin y tapa estándar, el voltaje de punción de baja frecuencia suele ser superior a 100 kV. Curiosamente, la mayoría de las unidades perforadas se retiraron del extremo conductor de alto voltaje de la cadena.

Ninguno de los otros aisladores falló la prueba de perforación. El voltaje máximo aplicado a las muestras fue de 50 kV por una duración de 1 minuto.

Pruebas mecánicas

Cada campana aislante de muestra se instaló en una máquina de prueba universal como se muestra en la Figura 3 y se tensó hasta fallar. La carga se aplicó gradualmente hasta la carga de prueba de rutina (RTL), que luego se aplicó durante 10 segundos y posteriormente se aumentó hasta la falla.

Se puede observar que existe una amplia variación en la carga hasta el fallo. Sin embargo, para los aisladores del fabricante E y que se habían perforado, la carga de falla mecánica fue consistentemente menor que para otros aisladores.

Los datos sugieren que una relación de menos de 2 para FL/RTL se puede usar como indicador del envejecimiento de los aisladores de porcelana. Se necesita más trabajo en esta área y podría ser de interés para las empresas de servicios públicos que buscan mejores criterios para decidir cuándo es el mejor momento para reemplazar las unidades de porcelana viejas.

Resumen

Los aisladores de porcelana están sujetos a envejecimiento de varias maneras que pueden caracterizarse por mediciones eléctricas y mecánicas. El grado de envejecimiento depende en gran medida de la formulación y los detalles de fabricación.

Esta investigación proporciona evidencia de la existencia de aisladores de porcelana que estuvieron en servicio por más de 50 años con muy poca degradación y otros que han cambiado significativamente en solo 10 años. Por lo tanto, ciertamente se debe tener precaución al hacer juicios sobre la longevidad de los aisladores basándose únicamente en si son cerámicos o no cerámicos.

https://www.inmr.com/testing-ageing-of-porcelain-insulators/