Novel Approaches to Assess the Mechanical Reliability of Toughened Glass Insulators used in Transmission Lines

Abstract

Los aisladores de vidrio templado instalados en líneas aéreas juegan un papel fundamental en el mantenimiento de la fiabilidad y seguridad de los sistemas eléctricos. Las propiedades singulares del vidrio templado le hacen especialmente adecuado para esta aplicación debido a sus excelentes propiedades dieléctricas, alta resistencia mecánica y facilidad de inspección. Si el vidrio estuviera dañado, éste se rompería completamente dejando la parte restante, llamada “muñón”, proporcionando conexión mecánica y siendo fácilmente detectable desde el suelo mediante una inspección visual. En este artículo, se investiga la fiabilidad mecánica de los aisladores de vidrio mediante el análisis de datos experimentales obtenidos en ensayos de laboratorio. Primero se investiga la resistencia del vidrio templado en aisladores y la relación entre su carga de rotura y la geometría del aislador por medio de un nuevo enfoque analítico. A continuación, se analiza el riesgo de fallo mecánico en aisladores y muñones, con la parte de vidrio destruida. Los resultados muestran la fiabilidad mecánica de los aisladores de vidrio para diferentes configuraciones de cadenas y para sistemas complejos desplegados en líneas de 220 kV y 400 kV. Finalmente, se estudia el efecto de la tasa de rotura en la fiabilidad bajo las condiciones más adversas.

Toughened glass insulators installed in overhead lines play a key role in maintaining the reliability and safety of power systems. The singular properties of toughened glass make this material particularly suitable for this application on account of its excellent dielectric properties, high mechanical strength and easiness of inspection. If the glass was damaged, it would shatter completely leaving the remaining part of the insulator, called “stub”, still providing mechanical connection and being easily detectable from the ground by a visual inspection. In this paper, the mechanical reliability of toughened glass insulators is investigated through the analyses of experimental data obtained from laboratory tests. First, the mechanical strength of the toughened glass in insulators and the relationship between its failing load and the geometry of the insulator are investigated by means of a novel analytical approach. Afterwards, the risk of mechanical failure of glass insulators and stubs, with the shell broken off, is analysed. The results show the mechanical reliability of glass insulators for different string configurations and for large and complex systems deployed in 220 kV and 400 kV transmission lines. Finally, the effect of the shattering rate on the reliability is studied under the most adverse conditions.