Caracterización del comportamiento de aisladores de silicona contaminados frente a diferentes polaridades de tensión continua y fallas físicas

Abstract

El desarrollo de nuevos sistemas de transmisión en corriente continua de alta tensión (HVDC) en Chile, emplazados a lo largo de zonas geográficas con condiciones ambientales extremas, ha consolidado la adopción de aisladores poliméricos de caucho de silicona. Sin embargo, la confiabilidad de estos equipos se ve amenazada por la combinación de un campo eléctrico unidireccional constante, contaminación superficial severa y daños físicos ocasionados por agentes externos en terreno, como el ataque de la fauna local. El presente trabajo de título tiene por objetivo caracterizar el desempeño dieléctrico de aisladores de silicona, evaluando el impacto interactivo de fallas físicas preexistentes, la severidad de la contaminación y la polaridad de la tensión continua aplicada. Para llevar a cabo este estudio, se utilizaron aisladores comerciales de 15 kV, sobre los cuales se indujeron alteraciones mecánicas controladas en distintos niveles de severidad: cortes cóncavos en los faldones y exposición progresiva del núcleo de fibra de vidrio (FRP). Las probetas fueron sometidas a ensayos experimentales en una cámara de niebla, evaluándose tanto en condición de superficie limpia como bajo contaminación artificial salina de clase E5 (Muy Fuerte). La caracterización se realizó mediante la medición de la tensión de ruptura, el monitoreo temporal de la corriente de fuga y el registro estadístico y espectral de descargas parciales (DP). Adicionalmente, se ejecutó un ensayo exploratorio de envejecimiento termo-ambiental acelerado para evaluar los mecanismos de degradación interfacial a largo plazo. Los resultados experimentales evidencian una severa sinergia destructiva al combinar daños geométricos con un entorno conductor. En probetas con corte de faldón severo bajo contaminación E5, el umbral de tensión de ruptura experimentó una caída crítica de hasta un 89 %. Asimismo, se comprobó(...).

The development of new High Voltage Direct Current (HVDC) transmission systems in Chile, located across geographical areas with extreme environmental conditions, has consolidated the adoption of silicone rubber polymeric insulators. However, the reliability of these devices is threatened by the combination of a constant unidirectional electric field, severe surface pollution, and physical damage caused by external agents in the field, such as local fauna attacks. The present study aims to characterize the dielectric performance of silicone insulators, evaluating the interactive impact of pre-existing physical faults, pollution severity, and the polarity of the applied DC voltage. To carry out this study, 15 kV commercial insulators were used, upon which controlled mechanical alterations of varying severity levels were induced: concave skirt cuts and progressive exposure of the fiberglass reinforced plastic (FRP) core. The specimens were subjected to experimental tests in a fog chamber, evaluated under both clean surface conditions and E5 (Very Heavy) artificial saline pollution. Characterization was performed through breakdown voltage measurements, temporal monitoring of leakage current, and statistical and spectral recording of partial discharges (PD). Additionally, an exploratory accelerated thermo-environmental aging test was conducted to evaluate long-term interfacial degradation mechanisms. The experimental results evidence a severe destructive synergy when geometric damage is combined with a conductive environment. In specimens with a severe skirt cut under E5 pollution, the breakdown voltage threshold experienced a critical drop of up to 89%. Furthermore(...).