Estudio de interfases dieléctricas sólidas en aisladores compuestos ante solicitación de alta tensión continua

Abstract

La siguiente memoria de titulación, titulada “Estudio de interfases dieléctricas sólidas en aisladores compuestos ante solicitación de alta tensión continua”, tiene por objetivo principal investigar y caracterizar los procesos de degradación y actividad de descargas parciales (DP) en la interfaz sólido–sólido de componentes representativos de aisladores compuestos bajo excitación de corriente continua de alto voltaje (HVDC). Debido al creciente despliegue de sistemas de transmisión HVDC a nivel global y nacional, y en particular al proyecto “HVDC Kimal-Lo Aguirre” en Chile, resulta esencial comprender los mecanismos de degradación en las interfaz sólido–sólido, punto más débil en el sistema de aislamiento, que son propensos a sufrir descargas parciales (DP) y tracking interno. Para ello, se diseñaron y fabricaron probetas representativas de la interfaz sólido–sólido, conformadas por dos capas de material (resina epóxica MEPOX 1124U y silicona de goma RTV XL 8820T) de 100 × 50 × 4 mm, con electrodos de cobre en configuración punta-plano y un gap de 2 mm. El setup experimental se validó con ensayos preliminares en AC, utilizando como fuente un amplificador de señales en conjunto a un generador de señales (Trek 20/20C-HS 1:2000 y Rigol DG-1022). Posteriormente se realizaron ensayos en DC utilizando como fuente el equipo BAUR VLF FRIDA, además se registraron los ensayos con fotografías macro. El análisis de datos combinó métodos globales (indicadores IEC 60270: Q95, tasa de repetición (n), carga acumulada y tiempo a ruptura) y comparativos entre el inicio y fin de los ensayos, apoyados en histogramas y gráficos de DP y carga acumulada. Se aplicó además el Análisis de Secuencia de Pulso (PSA) para caracterizar correlaciones entre pulsos sucesivos bajo DC, e identificar variación en los patrones PSA a medida que evoluciona el ensayo. El análisis de los resultados muestran que la tensión de ensayo requerida para observar crecimiento de defectos en la interfaz con excitación DC es el doble a la excitación AC. Los bajos niveles de Q95 y n (70% y 99% menos) revelan baja actividad de DP en los ensayos DC. El comportamiento observado de las DP durante los ensayos presentan una fuerte variabilidad sin patrones definidos. No se observaron cambios en los patrones PSA durante el ensayo lo que indica comportamiento relativamente estable, lo que hace que se vuelva más difícil realizar diagnósticos y prevenir fallas. Un hallazgo importante fue el efecto del tiempo de preacondicionamiento en el tiempo a la ruptura (TTB), sugiriendo un fenómeno de memoria de carga en la interfaz. Este fenómeno, respaldado por estudios previos, indica que la acumulación de carga espacial podría estabilizar el campo eléctrico en la interfaz y reducir la actividad de DP. En la misma línea, los ensayos con grandes escalones de tensión o inversión de polaridad no produjeron ruptura, lo cual también podría estar relacionado con una estabilización temporal del sistema dieléctrico tras el transitorio. Estos resultados permiten concluir que, aunque las DP en DC son menos intensas y frecuentes, también son más difíciles de interpretar y diagnosticar. La evolución de defectos ocurre de forma más errática y silenciosa, lo cual plantea nuevos desafíos para el monitoreo y la confiabilidad de sistemas HVDC.