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5 agosto, 2018

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Corrosión del aislador afecta a líneas HVDC en China

En marzo de 2011, comenzaron a aparecer problemas de corrosión electrolítica en los casquillos de las cadenas de aisladores de casquillo y pasador de cerámica en la primera línea HVDC de ±800 kV del mundo, ubicada en el sur de China. Esta línea -conocida como Chu-Sui- atraviesa 1200 km de terreno mayormente montañoso desde la estación convertidora de Chuxiong en la provincia de Yunnan hasta la subestación convertidora de Suidong en la provincia costera de Guangdong. Mientras que este fenómeno de corrosión se concentró principalmente en los aisladores de cadena en V en el lado de polaridad negativa de la línea, la corrosión también apareció en diferentes grados en el polo positivo y particularmente en la unión entre la manga de zinc del perno y el cemento. Este último artículo del INMR, escrito por la estudiante de doctorado Mei Hongwei del campus de Shenzhen de la Universidad de Tsinghua, describió los orígenes de este problema y cómo se simuló para evaluar su impacto en el rendimiento del aislador.


 
Introducción
 

La tecnología HVDC está jugando un papel cada vez mayor en la transmisión de larga distancia en estos días, tanto en China como en países de todo el mundo. Las razones incluyen una gran capacidad de transferencia de potencia, bajas pérdidas, alta estabilidad, reducción de los corredores requeridos y bajas corrientes de cortocircuito, entre otros beneficios.

 

Mientras que los aisladores compuestos de silicona han jugado un papel importante en muchas aplicaciones de suspensión en las líneas HVDC y UHVDC chinas debido a un rendimiento de contaminación superior, las características mecánicas y eléctricas de las cuerdas en V de porcelana las han convertido en la opción preferida para secciones específicas de la línea, tales como áreas montañosas donde el hielo es una preocupación. Sin embargo, un problema emergente en estas situaciones es que la parte inferior del aislador de cadena en V puede ser fácilmente puenteada por el agua durante condiciones húmedas o lluviosas, resultando potencialmente en corrosión electrolítica en las tapas de hierro.

 

Estaciones Convertidoras

Estaciones Convertidoras Chuxiong (izquierda) y Suidong ± 800 kV en ambos extremos de la línea Chu-Sui.


 
tranmision
 

De hecho, para octubre de 2011 – no mucho después de la puesta en servicio – unos 20.000 discos aislantes de porcelana para cuerdas en V en el lado de polaridad negativa de Chu-Sui ya mostraban evidencia de corrosión electrolítica en los casquillos de hierro. Además, en febrero de 2012, se descubrió que los discos aislantes de porcelana de cadena en V también tenían problemas de corrosión en el lado de la polaridad negativa de otras líneas de HVDC, incluyendo la línea de Fufeng de ±800 kV y las líneas de Tian-Guang, Gao-Zhao y Xing’an de ±500 kV. Esta corrosión tan generalizada de las tapas de los aisladores se consideraba una seria amenaza para la operación segura de estas importantes líneas y, por lo tanto, rápidamente se convirtió en el tema de mucha investigación e investigación.

 

Esquema corrosión

Esquema de cómo puede producirse la corrosión en la parte inferior de la cadena en V.


 

La corrosión de los herrajes de los aisladores de suspensión de CC no es algo nuevo y, de hecho, ha atraído mucha atención a lo largo de los años. Por ejemplo, I.M. Crabtree en Nueva Zelanda (entre otros) ofreció una explicación de los fenómenos de corrosión en ambientes de servicio contaminados y durante la década de 1990 realizó pruebas con diferentes tipos de pasadores de acero con y sin mangas de zinc de sacrificio. Además, V.I. Galanov informó que el rendimiento anticorrosivo de las varillas largas de porcelana era superior al de los aisladores tipo disco sin manguitos de zinc en los pasadores. Además, una prueba de envejecimiento acelerado realizada en la Universidad de Xi’an Jiaotong estudió el mecanismo de corrosión y los factores que influyen en el hardware del aislador de soporte de CC en condiciones de contaminación. Basado en estas pruebas, Wang Xuan reportó que la corrosión electrolítica de los herrajes de dichos aislantes podría ocurrir en ambientes húmedos y contaminados y que el grado de corrosión estaba relacionado con la corriente de fuga, tipos específicos de metal y tecnología de fabricación.

 
Impacto del entorno de servicio
 

Los aisladores de la V-cadena de la porcelana que sufrieron de corrosión electrolítica en la línea de Chu-Sui UHVDC demostraron canales obvios del moho en sus superficies más bajas. También hubo evidencia de corrosión inducida de manera similar en los pines de acero de los aisladores instalados en el polo positivo.

 

La Tabla 1 proporciona estadísticas sobre la incidencia del problema de corrosión en las dos secciones de la línea más afectadas.

 

El entorno geográfico de estas secciones de línea con los problemas de corrosión más graves se muestra en la Fig. 2.

 

Entorno topológico de las torres

Fig. 2: Entorno topológico de las torres #401 a 414 en la línea Chu-Sui.


 
tabla1
 
Causa de la corrosión
 

El principio básico detrás de la corrosión electrolítica de los herrajes de los aisladores se muestra en la Figura 3, con el circuito en este caso compuesto por una fuente de alimentación de CC, electrodos metálicos y un electrolito. El metal conectado al polo positivo de la fuente de alimentación sufre corrosión anódica por la pérdida de electrones. Los casquillos de los aisladores de polaridad negativa y las clavijas de acero de los aisladores de polaridad positiva son los cátodos y ánodos de este circuito electrolítico. Los iones ferrosos formados por la oxidación se transforman en óxido.

 

Ejemplos de corrosión

Ejemplos de corrosión electrolítica en las tapas de los aisladores de disco de CC.


 
corrocion de aisladores
 

Se llevaron a cabo varias pruebas de resistencia eléctrica, así como de posible pérdida de resistencia mecánica debido a la corrosión. Los resultados mostraron que los aislantes con tapas de hierro corroídas seguían satisfaciendo los requisitos operativos normales. Sin embargo, una preocupación obvia con las porciones oxidadas a lo largo de las superficies de los discos de porcelana era que éstas podrían contribuir a una acumulación más rápida de contaminación.

 

Ejemplo de corrosión electrolítica

Ejemplo de corrosión electrolítica en el manguito protector de zinc del pasador

 

Esquemas del proceso de corrosión

Fig. 3: Esquemas del proceso de corrosión electrolítica de CC.


 

Para evaluar este riesgo, tres discos aislantes de porcelana fueron retirados de la torre #407, ubicada en una sección de línea donde el problema de corrosión era más prominente. Estos aisladores se dividieron en tres regiones distintas (ver Fig. 4): Área A que claramente tenía los subproductos de la corrosión en su superficie superior; Área B, donde no había evidencia de corrosión en la superficie superior; y Área C, la superficie inferior.

 
tabla2
 
electrodos
 
Los resultados de las pruebas de acumulación de contaminación en cada una de estas áreas se muestran en la Tabla 2.
 
Podrían hacerse las siguientes observaciones:
 
– Los niveles de ESDD en las Áreas B y C de los aisladores probados cayeron entre 0.0053 y 0.0113mg/cm2. Esto sugiere que el nivel de contaminación superficial no tiene ningún impacto en el proceso de corrosión electrolítica.
 
– Los niveles de ESDD y NSDD para el Área A n (con subproductos de corrosión en la superficie) fueron más altos que para las Áreas B y C.
 

División de las superficies de los aisladores

Fig. 4: División de las superficies de los aisladores para evaluar la acumulación de contaminación.


 
Otro tema de preocupación fue que la corrosión de las clavijas de acero en los aisladores afectados podría disminuir su resistencia, lo que podría conducir a una falla mecánica.
 
Simulación de corrosión electrolítica en tapas de aisladores
 

El método de rociado con agua se utilizó para simular el proceso de corrosión electrolítica en los casquillos de hierro de los aisladores de cuerdas de porcelana. En este caso, la distancia de fuga desde la superficie inferior a una parte de la superficie superior se cortocircuitó deliberadamente utilizando un cable conductor y un electrodo de cobre pegado a la superficie superior (véase la Fig. 5). Para evitar que este electrodo se rompa durante la prueba, se utilizó un sellador para fijarlo en su lugar.

 

Preparación del aislante-fig5

Fig. 5: Preparación del aislante con el método de agua de spray.


 

La electrólisis se utilizó para simular la corrosión electrolítica de los pernos de acero de los aisladores de prueba. Para empezar, un extremo del cable conductor fue envuelto sobre la clavija. Luego, el pasador y el alambre se cubrieron totalmente con un sellador. Finalmente, el aislante preparado se colocó en el tanque electrolítico para la prueba (ver esquema en la Fig. 6).

 

Método de prueba-fig6

Fig. 6: Método de prueba para simular la corrosión electrolítica de los pernos ve el aislador preparado con el alambre de cobre envuelto colocado en el tanque electrolítico.


 

Dado que el zinc tiene propiedades anticorrosivas superiores a las del acero, se ha decidido ahora que los nuevos aislantes para tales líneas deben estar equipados con un anillo de zinc que se instala de tal manera que mantenga un estrecho contacto con la tapa de hierro.

 

En el caso de los pernos, la medida correctora decidida consistió en aumentar el grosor requerido del manguito protector de zinc y mejorar el sellado.

 
Conclusiones
 

Se pueden sacar varias conclusiones de esta experiencia de servicio y de las pruebas llevadas a cabo en el tema de la corrosión electrolítica del hardware de los aisladores que operan en líneas HVDC y UHVDC.
 
– Los aisladores con tapas de hierro corroídas y clavijas de acero mantuvieron un buen rendimiento dieléctrico;
 
– Mientras que el grado de contaminación en el aislante no tiene un impacto obvio en el proceso de corrosión, el canal de óxido resultante en la superficie lo hace más vulnerable a la acumulación de contaminación;
 
– Los métodos de pulverización de agua y electrólisis son factibles para investigar el problema de corrosión electroquímica en los casquillos de hierro del aislador y las clavijas de acero, respectivamente;
 
– La instalación de anillos de zinc es una medida eficaz para prevenir la corrosión electrolítica de los tapones. Al mismo tiempo, aumentar el grosor del manguito de zinc asegurará que no haya corrosión en los pasadores de acero.

 

Instalación de un anillo de zinc

Instalación de un anillo de zinc para prevenir la corrosión electrolítica en las tapas de los aisladores.

 

Impacto potencial de la disminución de la resistencia de las clavijas de acero en los aisladores.


 
Fuente: inmr.com

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  1. avatar
    Antonio de la Torre M.
    Sep 5 2018

    Gracias Claudio:
    Excelente reporte del comportamiento de las lineas aéreas de HVDC. Este problema se podria resolver con aisladores elastomericos de silicon?
    Saludos cordiales.

    Responder

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