Aunque varios parámetros atmosféricos afectan a la rigidez dieléctrica del aislamiento exterior, la densidad relativa del aire (δ) y la humedad absoluta se consideran los más importantes. Aquí nos centramos en la primera, que desempeña un papel fundamental en el desarrollo de los sistemas de transmisión a gran altura, como por ejemplo en China hasta los 5000 m. El estudio del papel de la densidad del aire comenzó hace más de un siglo, pero se aceleró con el desarrollo de la EHV y la necesidad de optimizar el diseño de las líneas y subestaciones bajo sobretensiones de conmutación. Se llevaron a cabo pruebas de gran altura en grandes espacios libres en Rusia (1967 Bazeylan & 1968 Volkova y al: pruebas hasta 3370 m), en EE.UU. (1967 Phillips y al: pruebas hasta 3500 m), en Japón (Harada y al. 1970: pruebas hasta 1850 m) así como en Italia, Sudáfrica y México (Pigini y al. 1989: pruebas comparativas hasta 3000 m). Las investigaciones más recientes surgieron de la necesidad de optimizar el diseño de los proyectos de UHV a gran altura en China, con pruebas sistemáticas en Wuhan (35 m), Pekín (50 m), Chengdu (500 m), Yinchuan (1000) m, Lanzhong (1500 m), Kunming (2100 m), Xining (2260) m, Qinghai (3000) m y Tíbet (4300m). Se han construido grandes cámaras climáticas, como la del EPRI de China, para simular altitudes de hasta 6000 m.

Ha habido diferentes enfoques en las normas sobre cómo tener en cuenta el cambio de densidad del aire con la altitud. La norma IEC 60060-1, por ejemplo, concebida para corregir los ensayos de laboratorio, utiliza U=Uo*K, donde U y Uo son las resistencias dieléctricas a gran altitud y en condiciones atmosféricas estándar, respectivamente, y donde K es el factor de corrección de la densidad del aire dado por K=δm, siendo δ la densidad relativa del aire a gran altitud. La norma IEC 60071-2, concebida para la coordinación del aislamiento, hace referencia directa a la altitud del emplazamiento (H), siendo δ bajo supuestos simplificados relacionado con H por δ=e(H/8150). El principal problema es determinar el parámetro m, que depende del tipo de tensión, la configuración del aislamiento, el tipo de aislante y las condiciones ambientales (por ejemplo, seco, húmedo, contaminado). La Fig. 1 muestra un ejemplo del rango de valores de “m” encontrados por varios investigadores para el Impulso de Conmutación positivo para diferentes configuraciones con y sin aislantes. Los resultados se grafican en función de la holgura del hueco. En este mismo gráfico, las curvas continuas representan el enfoque de corrección adoptado en la antigua IEC 60 que relaciona m con la holgura. El nuevo enfoque de las normas IEC 60060 y 60071, intentaba racionalizar mejor la información disponible (entonces limitada a 3500 m) relacionando el factor m con los parámetros de tensión en lugar de la holgura. Sin embargo, los enfoques de ambas son a veces contradictorios, aunque partan de los mismos datos básicos, y también son difíciles de aplicar. Además, no tienen en cuenta la información de los ensayos hasta 5000 m. Por lo tanto, era necesario actualizar y armonizar estos enfoques de corrección teniendo en cuenta los resultados más recientes, tal como recomienda la CEI y apoya el CIGRE, donde los grupos de trabajo estudiaron la influencia de la altitud en los aisladores limpios (WG D1.50) y en los contaminados (WG D1.44).

Hay varias formas de optimizar el nuevo enfoque:

1. La influencia de la densidad del aire es, por lo general, una parte menor de la tensión de ruptura/desconexión: una inexactitud realmente pequeña en la medición, en la simulación de la configuración o en los parámetros de tensión puede conducir a inexactitudes significativas en el parámetro m cuando se comparan los resultados a diferentes altitudes. Por lo tanto, las pruebas comparativas a distintas altitudes deben diseñarse y llevarse a cabo con precisión.

2. Es mejor no pasar por alto la gama existente de datos experimentales históricos, utilizando los nuevos datos generados para integrarlos e implementarlos mejor.

3. Se han realizado muchas pruebas sobre configuraciones básicas como el plano de varillas en condiciones secas, donde la influencia de la densidad del aire puede ser muy diferente a la de las configuraciones reales del aislador. En la medida de lo posible, deben proporcionarse nuevos datos para configuraciones reales.

4. Una de las condiciones ambientales más importantes que deben considerarse en el diseño es el comportamiento bajo lluvia, que puede reducir drásticamente la resistencia del aislador dependiendo de la tensión, la configuración y el tipo de aislador. Dado que la influencia relativa de la densidad del aire en la resistencia del aislador puede cambiar bajo la lluvia, se necesitan más datos para comprender mejor cómo (por ejemplo, investigando el rendimiento de los aisladores bajo tensión continua y lluvia).

5. Dado que la contaminación es la tensión de diseño que rige los sistemas de CC, se necesitan datos adicionales sobre la influencia de la densidad del aire en la inflamación por contaminación de los aisladores hidrofílicos e hidrofóbicos en función de su geometría.

6. Debido a la complejidad del fenómeno y a los numerosos parámetros que intervienen, la comprensión de la influencia de la densidad del aire puede ser más fácil si se acompaña de un análisis de su impacto en los procesos físicos que conducen al flashover, incluyendo su influencia en las fases de streamer y leader.

7. Debido a esta complejidad, no parece posible llegar a un único enfoque que sea a la vez preciso y relativamente simple. Al final, la simplicidad debería ser el objetivo para las aplicaciones de ingeniería y la precisión requerida podría evaluarse observando la dispersión típica en los resultados experimentales.

8. En la medida de lo posible, el enfoque “formal” debería ser el mismo para todas las diversas normas para evitar la confusión en las normas actuales que a menudo expresan el mismo concepto y dan indicaciones similares, pero emplean un lenguaje diferente.