1.- INTRODUCCIÓN
Los aisladores pueden contribuir al nivel de ruido de radio de una línea aérea y, por lo tanto, es deseable seleccionar aisladores con un nivel de ruido de radio tan bajo como sea económicamente factible, teniendo en cuenta que el comportamiento a la radio de interferencia puede deteriorarse en servicio debido a contaminación.
El diseño de los accesorios, así como de los aisladores, influye considerablemente en el comportamiento a radio-interferencia de una cadena de aisladores.
El tipo de radio-interferencia generado por los aisladores depende también de las condiciones ambientales y de su estado superficial. Cuando los aisladores están limpios y secos, las fuentes de interferencia más importantes son las áreas de gradiente de alta tensión, como en las proximidades de los pernos y las caperuzas, o en las partes internas de la cabeza del aislador cuando se fabrican incorrectamente.
La causa física de la interferencia son pequeñas descargas que ocurren en el aire entre el metal y el material aislante o a través de grietas internas.
2.- NORMATIVA INTERNACIONAL
La normativa internacional relativa a ensayos y valores máximos admisibles es la siguiente:
- UNE-EN 60437-1999: Ensayo de perturbaciones radioeléctricas de Aisladores para alta tensión.
Establece los métodos de ensayo tanto para cadenas como para elementos de cadenas de aisladores aunque no establece los valores a garantizar que serán determinados entre fabricante y comprador.
- ANSI Standard C29.2B.-2013 – American National Standard for Wet-Process Porcelain & Toughened Glass – Suspension Type.
Establece los métodos de ensayo y determina el valor máximo para un elemento de cadena de aisladores.
- BS-137-Part 2 (Anulada): Insulator of ceramic material or glass for overhead lines with a nominal voltage greater than 1000V.
Aunque esta norma se encuentra actualmente anulada por la UNE-EN 60383-1, establecía valores recomendados a garantizar para las cadenas de aisladores.
La norma UNE-EN 60383-1 [6] que especifica los ensayos de tipo, sobre muestras e individuales no incluye ningún ensayo de medida de perturbaciones radioeléctricas. Sin embargo, recientes estudios realizados en el CIGRE [8], determinan la importancia de que esta norma sea actualizada para incorporar este tipo de ensayos. El objetivo es añadir requisitos adicionales en el control de calidad de los aisladores.
Concretamente la propuesta es incluir el ensayo de medida de perturbaciones radio-eléctricas como ensayo sobre muestras.
3.- MÉTODOS DE ENSAYO
La norma IEC-60437 especifica el procedimiento para el ensayo de perturbaciones radioeléctricas de cadenas equipadas con todos sus accesorios si bien se puede también efectuar sobre elementos de cadena de aisladores [1].
En servicio, las características de las perturbaciones radioeléctricas de un aislador se pueden modificar por las condiciones ambientales, particularmente por la lluvia, la humedad y por la contaminación. No es posible especificar condiciones de ensayo reproductibles para simular una serie de condiciones ambientales. En consecuencia, la norma sólo especifica los ensayos sobre aisladores limpios y secos.
Las frecuencias de medida de 0,5 MHz a 1Mhz son preferentes porque, normalmente, el nivel de ruido radioeléctrico para esta parte del espectro es representativo de niveles más elevados y también porque 0,5 MHz está situada entre la frecuencia baja y media de emisión de radio.
Para la medidas de las características de perturbaciones radioeléctricas, la normas establece el uso de aparatos conforme a las norma CISPR 16-1.
Las medidas en laboratorio de ruido radioeléctrico deben ser realizadas por medida de valores conducidos, bien de corriente o de tensión.
El circuito de medida especificado en la norma CISPR 18-2 [5] es el siguiente:
Figura 1: Circuito de medida del nivel de ruido radio-eléctrico e imagen de una prueba en laboratorio
Las medidas de perturbaciones radioeléctricas deben ser realizadas con una tensión a frecuencia industrial aplicada el objeto de ensayo conforme a UNE-EN 60060-1, si bien no deben ser aplicadas las condiciones atmosféricas establecidas en esta norma, es decir, las correcciones a las condiciones atmosféricas normales no deben ser aplicables ni a la tensión de ensayo ni a las medidas de perturbaciones radioeléctricas.
Por el contrario, se establecen una serie de requisitos que deben cumplirse a la hora de realizar los ensayos como son:
- Temperatura entre 10ºC y 35ºC
- Presión entre 87kPa y 107kPa
- Humedad relativa entre 45% y 75%
El Comité Técnico 36 de la IEC ha establecido en su última reunión en Frankfurt la necesidad de establecer unos valores de corrección de condiciones atmosféricas para estos ensayos.
La norma establece un sistema de pre-acondicionamiento del aislador de ensayo sometiéndolo, previamente a la medida, a una tensión igual o superior que la tensión de ensayo especificada. Esto se debe a que el nivel de ruido radioeléctrico producido por el aislador no está completamente determinado por un valor particular de la tensión de ensayo. Suele aparecer un fenómeno de histéresis, con el resultado de que el ruido depende de la manera de alcanzar esta tensión, por valores crecientes o decrecientes.
En el caso de realizar este ensayo como ensayo sobre muestras, la norma estable un tamaño de muestras de E1 más E2, como se define en 8.2. de la UNE-EN 60383-1.
El aislador satisface el ensayo si el nivel de perturbaciones radioeléctricas sobre todas las muestras a la tensión de ensayo específica no supera el valor garantizado.
4.- LIMITES DE NIVELES DE PERTURBACIONES
El ruido radioeléctrico se mide bien en µV o en dB siendo la relación entre ellos [9]:
Ruido en dB = 20 log (ruido en µV)
El valor del nivel de perturbación radio-eléctrica emitida por el aislador depende del valor de la tensión que se aplica en un momento dado. La norma UNE-EN 60137 no indica valores máximos de perturbaciones radio-eléctricas que pueden emitir los aisladores ni los niveles de tensión a aplicar. Deja estos valores al acuerdo entre fabricante y comprador.
Sin embargo la norma ANSI C29.2B [3] y [4] establece un valor máximo de 50 µV a una tensión de 10kV para aisladores individuales.
Por último la norma BS-137 parte 2 [7], aunque actualmente anulada, incluye una tabla de valores máximos de ruido radioeléctrico, para cadenas de aisladores, en función de la tensión aplicada y de la tensión de red. Establece dos grados de niveles:
- Grado I: Que representa la práctica británica donde se aplican requisitos estrictos particulares.
- Grado II: Representa un alto nivel de requisito de radio-interferencia, pero inferior al grado I.
Tabla 1: Tensiones de ensayo recomendadas y límites de ruido radioeléctrico según BS-137-2.
Para el caso de la futura revisión de la norma IEC-60383-1, la propuesta inicial es la medida del nivel de ruido a las tensiones de 20 y 24kV, tanto en seco como en condiciones húmedas (aislador previamente sumergido en agua des-ionizada durante 15-20 horas). [10] El criterio de aceptación se formula como un riesgo de nivel de RIV por encima de 60dB (factores de riesgo de 1,2 para 24kV y 1,6 para 20kV).
La aplicación del enfoque del factor de riesgo hace que sea más difícil para los aisladores con una gran dispersión pasar la prueba y una gran dispersión se puede considerar como una indicación de posibles problemas de calidad.
Media nivel de RIV ≤ 60dB – Factor de riego x desviación standard.
5.- PARAMETROS QUE INFLUYEN EN EL RUIDO RADIOELÉCTRICOS DE LOS AISLADORES
Independientemente de las condiciones atmosféricas, los parámetros que influyen en el ruido radioeléctrico generado por un aislador limpio y seco son, entre otros:
- El diseño del dieléctrico del aislador, que propicie un reparto homogéneo del campo eléctrico a lo largo de este, evitando concentraciones de potencial en puntos específicos. Un punto crítico a tener en cuenta en este diseño es la zona próxima al perno del aislador. El diseño de un nervio en la proximidad del perno mejora la disminución del campo eléctrico en esta zona.
Figura 2: Detalle del diseño del nervio próximo al perno del aislador
- El diseño y la calidad de las partes metálicas, con formas redondeadas, y sin puntas de galvanizado evita puntos concentradores de potencial perjudiciales para la aparición de efecto corona y ruido radioeléctrico.
- El diseño y calidad del ensamblado es otro punto importante para la diminución del ruido radioeléctrico. Dos puntos son especialmente importantes: En primer lugar la homogeneidad de la capa de cemento en el entorno del perno y el nivel de este con respeto al nervio y, en segundo lugar, la junta entre caperuza y dieléctrico. La aplicación de una capa de Flock en esta zona disminuye considerablemente el ruido radioeléctrico del aislador.
El “flockado” de la caperuza reduce el stress en el espacio de aire entre la base de la caperuza y el dieléctrico previniendo descargas en este espacio de aire [2].
La figura 3 muestra el Flock conductivo en la base de la caperuza:
Figura 3: Detalle del “flocado” de la caperuza del aislador
El flocado evita también el contacto directo de la caperuza con el dieléctrico. La figura 4 muestra el dieléctrico de vidrio en contacto directo con la caperuza del aislador con el riesgo de rotura mecánica.
Figura 4: Caperuza en contacto directo con el vidrio
Una alternativa al flockado utilizada por algunos fabricantes de aisladores es el uso de separador de plástico (Figura 5) el cual sufre envejecimiento a lo largo de la vida del aislador provocando efectos todavía más perjudiciales.
Figura 5: Detalle del separar de plástico en un aislador
Los aisladores con flocado rellenan el espacio entre la caperuza y el dieléctrico previniendo el contacto entre ambos materiales y evitando el arco eléctrico que se podría formar en el espacio de aire.
El flocado se realiza con dos componentes:
- Flock: Flock Polyamide 6.6 Semidull 6.7 dtex 1 mm Black(VELUTEX).
- Adhesivo: Laque Four Noire Conductrice (MÄDER).
Figura 6: Caperuza flocada antes y después de su ensamblado
Para garantizar un correcto flocado y una homogeneidad durante su aplicación es muy importante que ese proceso se realice en una línea automática.
Las fases para su aplicación son:
- Aplicación del adhesivo en el anillo de la caperuza (pintura conductora).
- Aplicación del flock sobre la pintura (Flocking).
- Pre-limpieza para la eliminación de los restos de flock fuera de la zona pintadas.
- Secado a alta temperatura.
- Limpieza final de las caperuzas antes de su ensamblado.
Figura 7: Lay-out de una línea automática de flocado
6.- BIBLIOGRAFÍA
[1] UNE-EN 60437-1999: Ensayo de perturbaciones radioeléctricas de Aisladores para alta tensión
[2] IEEE Overhead Line Sub-Committee. Working Group on Insulators Performance and Applications. Evaluation of and Replacement Strategies or Aged High Voltage Toughened Glass Suspension Insulators, 2013
[3] American National Standard for Electrical Power Insulators – Test Methods, ANSI Standard C29.1.-1998 (R2012)
[4] American National Standard for Wet-Process Porcelain & Toughened Glass – Suspension Type, ANSI Standard C29.2B.-2013.
[5] IEC TS CISPR 18-2: Radio interference characteristics of overhead power lines and high-voltage equipment – Part 2: Methods of measurement and procedure for determining limits
[6] UNE-EN 60383-1: Aisladores para líneas aéreas de tensión nominal superior a 1 kV. Parte 1: Elementos de aisladores de cadena de cerámica o de vidrio para sistemas de corriente continua.
[7] BS-137-Part 2: Insulator of ceramic material or glass for overhead lines with a nominal voltage greater than 1000V
[8] K. Halsan, I. Gutman, J. Lundengard, L. Carlshem, J.Velek, T.Condon, P.Shiel, J. Lachmen, R.W.S. Garcia. Proposal for additions to IEC requirements intended to verify quality of glass cap and pin insulators. CIGRE 2016. Paper B2-311
[9] Working group 01 of Study Committee 36 (Interferences). Interferences produced by corona effect of dielectric systems. Description of phenomena practical guide for calculation. Brochure CIGRE 20 – 1974.
[10] Swedish standard SS 447 10 11, 1984: Radio interference form high voltage alternating current overhead power lines.