Estudio del comportamiento de aisladores de silicona bajo excitación DC polaridad negativa para distintas condiciones de contaminación y humedad

Abstract

El presente trabajo analiza el comportamiento dieléctrico de aisladores poliméricos de silicona sometidos a excitación en corriente continua (DC), bajo distintos escenarios controlados de contaminación superficial y niveles de humedad relativa, con especial énfasis en la corriente de fuga y la tensión de ruptura (o contorneo). Este estudio se enmarca en el contexto del creciente uso de sistemas HVDC, particularmente relevantes para proyectos de transmisión de larga distancia en Chile, como la línea Kimal–Lo Aguirre. Desde el punto de vista experimental, se ensayaron aisladores poliméricos clase 15 kV en una cámara de niebla, reproduciendo condiciones representativas de distintos entornos geográficos (desértico, costero e interior). La contaminación fue generada artificialmente mediante el método de capa sólida, permitiendo caracterizar cuantitativamente la severidad del contaminante a través de los parámetros ESDD y NSDD, conforme a las recomendaciones de la norma IEC 60815. La humedad relativa fue controlada en valores nominales de 60%, 75% y 90%, lo que permitió evaluar su impacto directo sobre el desempeño eléctrico del aislamiento. Los resultados muestran que la corriente de fuga es altamente sensible tanto al nivel de contaminación como al grado de humedad. En condiciones secas o de baja humedad, la corriente de fuga se mantiene en valores reducidos, incluso para niveles moderados de contaminación, evidenciando el carácter hidrofóbico del material polimérico. Sin embargo, al aumentar la humedad relativa, se observa un incremento significativo de la corriente de fuga, especialmente en aisladores con mayores valores de ESDD y NSDD. Este comportamiento se asocia a (...).

This study analyzes the dielectric behavior of silicone polymer insulators subjected to direct current (DC) excitation under different controlled scenarios of surface contamination and relative humidity levels, with special emphasis on leakage current and breakdown voltage (flashover). This research is framed within the context of the increasing use of HVDC systems, particularly relevant for long-distance transmission projects in Chile, such as the Kimal–Lo Aguirre line. From an experimental perspective, 15 kV class polymer insulators were tested in a fog chamber, reproducing representative conditions of different geographical environments (desert, coastal, and inland). Contamination was artificially generated using the solid layer method, allowing for quantitative characterization of contamination severity through the ESDD and NSDD parameters, in accordance with the recommendations of IEC 60815. Relative humidity was controlled at nominal values of 60 %, 75 %, and 90 %, enabling evaluation of its direct impact on the electrical performance of the insulation. The results show that leakage current is highly sensitive to both the level of contamination and the degree of humidity. Under dry or low-humidity conditions, leakage current remains at low values, even for moderate contamination levels, highlighting the hydrophobic nature of the polymer material. However, as relative humidity increases, a significant rise in leakage current is observed, especially in insulators with higher ESDD and NSDD values. This behavior is associated with (...).