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Resumen.
Ubicado cerca del ecuador, Malasia es un país con una de las densidades de rayos más altas del mundo.
Los relámpagos están asociados al 70% de los cortes de energía y afectan los equipos de potencia y los
sistemas de red automatizados, causando pérdidas de datos y pérdidas monetarias a la nación. Por lo
tanto, el estudio y la evaluación de aisladores bajo impulsos atmosféricos puede ser crucial para evaluar
e intentar superar el problema. Este documento presenta un nuevo enfoque para mejorar el
rendimiento eléctrico de los aisladores poliméricos utilizando un recubrimiento de vulcanización a
temperatura ambiente (RTV). La evaluación incluye tres configuraciones diferentes a saber: superficie no
recubierta, recubrimiento RTV tipo 1 y recubrimiento RTV tipo 2. Todos los aisladores se probaron en tres
condiciones diferentes, seco, limpio húmedo y salinizado, bajo diferentes polaridades de impulso
usando el método de prueba uniforme (up and down). Se registró la falla de voltaje para cada prueba. A
partir del experimento, se descubrió que la eficacia de la aplicación de revestimiento RTV se hizo
evidente cuando se probó en condiciones salinizadas o contaminadas. Aumentaron las capacidades de
resistencia al voltaje del aislante polimérico hasta en un 50% sobre el aislador sin recubrimiento. En
condiciones secas y limpias, el recubrimiento RTV proporcionó solo un ligero aumento del voltaje de
ruptura. El aumento en la capacidad aislante disminuyó la probabilidad de descarga superficial y el arco
de banda seca que podría causar la degradación de la chaqueta de material polimérico. Se encontró
que el recubrimiento RTV tipo 1 era más efectivo ante impulsos tipo rayo. Los hallazgos podrían ayudar
a las compañías de servicios públicos a mejorar el rendimiento de sus aisladores con el fin de aumentar
la confiabilidad del sistema eléctrico.
Boletín Técnico
Efectos del recubrimiento con silicona RTV en el
rendimiento eléctrico de aisladores poliméricos bajo
condiciones de impulso tipo rayo.
Edición 62 - Julio 2019
Introducción.
Los aisladores poliméricos se han usado ampliamente en la industria de la distribución de energía y en
los servicios eléctricos durante más de cuatro décadas. Han atraído la atención de investigadores y
empresas de servicios públicos debido a sus ventajas como por ejemplo: ser livianos, tener un bajo
costo de instalación, facilidad de manejo, resistencia al vandalismo y lo más importante su alto
rendimiento bajo condiciones de contaminación debido a sus características hidrofóbicas [1-2]. Sin
embargo, a lo largo de los años de servicio, las empresas de servicios públicos y los investigadores han
encontrado algunos inconvenientes al utilizar aisladores poliméricos como son el envejecimiento y la
degradación. De estudios anteriores, la mayoría de los investigadores encontraron que las tensiones
eléctricas y ambientales fueron los principales factores que contribuyeron al envejecimiento de los
aisladores poliméricos. El estrés eléctrico, como la corriente de fuga, provoca la formación de arcos de
banda seca y un impulso tipo rayo podría causar flameo sobre el aislador. Por otro lado, las tensiones
ambientales como la radiación UV, el calor, la humedad y la contaminación fueron los factores que
contribuyeron a la degradación y envejecimiento del material polimérico. La presencia de
contaminación acumulada en la superficie de un aislador puede volverse conductiva cuando se
humedece y así permitir el flujo de una corriente de fuga. La característica hidrofóbica de un aislante
ayuda a formar gotas de agua en la superficie. Sin embargo, el calentamiento Joule de una corriente de
fuga causará que ciertas áreas se sequen y esto puede causar un arco de banda seca. Si el arco o la
descarga es lo suficientemente fuerte, puede provocar una descarga eléctrica a través del aislador [3].
Además, dado que la estructura de un aislante polimérico consiste en diferentes materiales tales como
una cubierta polimérica, una varilla de FRP y herrajes de metal, la interferencia entre estos materiales
hace que los aisladores poliméricos sean propensos al deterioro eléctrico. Según estudios previos [4-7],
la degradación de los aisladores poliméricos causa una pérdida de su característica hidrofóbica,
descamación superficial, grietas, erosión, perforaciones en la cubierta y lo peor de todo es que permite
que la humedad penetre y afecte al núcleo del aislador.
El método de aplicación de recubrimiento RTV ha sido ampliamente utilizado en aisladores de
porcelana o vidrio para la reducción de la probabilidad de flameo en comparación con otros métodos
debido a sus buenas propiedades dieléctricas, flexibilidad en un amplio rango de temperaturas,
características de adhesión, inmunidad mejorada a la despolimerización, más rápida aplicación y, lo
más importante, la aplicación se puede hacer en condiciones energizadas [8-10]. Una de las principales
ventajas del recubrimiento de silicona RTV es su capacidad para retener la repelencia al agua bajo
condiciones climáticas adversas y de alta tensión. Con una superficie limpia de aislante, la RTV tiene la
propiedad de una baja energía superficial y no permite humedecer la superficie del aislador. Por otro
lado, cuando la superficie del aislador está contaminada, el bajo peso molecular de la silicona RTV se
difunde y crea una monocapa de fluidos (evita que el contaminante se disuelva en el agua) e imparte
una propiedad no humectante / hidrofobia a la capa contaminante. Esto da como resultado la
formación de una capa de electrolito débil y no conductora, que no es propicia para el desarrollo de
una corriente de fuga o descarga disruptiva [11-12].
De investigaciones anteriores, estudios de recubrimientos RTV solo se han revisado en aisladores de
vidrio o porcelana. La referencia [11] [13] menciona que las aplicaciones de recubrimiento RTV en
aisladores cerámicos pueden durar hasta 15 años. Además, los recubrimientos RTV se pueden aplicar
directamente a aisladores energizados reduciendo el mantenimiento necesario, lo que lo convierte en
el mejor método de revestimiento alternativo en comparación con un recubrimiento de grasa [14]. Sin
embargo, por lo que se sabe, no se han realizado mediciones pasadas para un aislador polimérico
revestido con silicona RTV especialmente bajo una condición de impulso tipo rayo. La evaluación del
rendimiento del aislador bajo un impulso de rayos es crucial debido a la alta densidad de ocurrencias
de rayos en Malasia. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo es investigar los efectos de un
recubrimiento de RTV en aisladores poliméricos con el fin de mejorar el rendimiento del aislador en
condiciones de impulso tipo rayo y formas de onda estándar.
Metodología.
El trabajo experimental se utilizó para investigar el voltaje de flameo bajo una prueba de impulso tipo
rayo. En Malasia, el 70% de los cortes de energía se atribuyen a rayos [15] que causan sobretensiones en
los aisladores y entonces los podrían dañar y desencadenar una falla general del sistema eléctrico [16].
La falla en el sistema eléctrico podría costar tiempo de inactividad o pérdidas de energía y pérdidas
monetarias para los servicios públicos. Por lo tanto, la investigación de las capacidades de resistencia
del aislador a impulsos tipo rayo es crucial para garantizar la fiabilidad del sistema eléctrico de
potencia.
El rayo es una descarga electrostática repentina que normalmente ocurre durante las tormentas. Las
tormentas producen tres tipos de rayos, a saber: dentro de la nube, de nube a nube y de nube a tierra.
El tipo de rayo más frecuente es de nube a nube. Sin embargo, los rayos de la nube a tierra pueden ser
peligrosos para los sistemas de líneas eléctricas. El rayo de nube a tierra puede ser un rayo positivo o
negativo. Los relámpagos negativos se producen cuando las cargas negativas en la nube se mueven
hacia el suelo y esta es la forma más común de rayo de nube a tierra. Por otro lado, los rayos positivos
se producen cuando una nube cargada positivamente crea un transmisor positivo que descarga a
latierra cargada negativamente. A pesar de la baja probabilidad de ocurrencia, los rayos positivos son
más peligrosos que los rayos negativos ya que transportan diez veces la carga y el voltaje. Por lo tanto,
la consideración de los rayos tanto negativos como positivos es crucial para evaluar el comportamiento
de un aislador bajo diferentes polaridades de impulso con el fin de evaluar completamente el
rendimiento del aislador y, por lo tanto, mejorar la confiabilidad del sistema de potencia.
Los ensayos de impulso tipo rayo se realizaron en tres condiciones diferentes, secos, limpios - húmedos
y con contaminación. Para el propósito de esta prueba, se usó un aislador polimérico de 10 kV como
muestra. La descripción del aislador polimérico utilizado se tabula en la Tabla 1. Las muestras se
en tres configuraciones, a saber: superficies no recubiertas, recubierta con RTV tipo 1 y recubierta con
RTV tipo 2. La configuración experimental se muestra en la figura 1. Cada muestra se colocó dentro de
una cámara de niebla de 1,5x1x2m como se muestra en la figura 2. La cámara de niebla estaba equipada
con seis boquillas de niebla que producían una tasa máxima de niebla de 48 L/h y se fabricaron de
acuerdo con Estándares IEC507 [17]. Para la prueba de impulso tipo rayo, el aislador se energizó con un
voltaje de impulso de rayo estándar de 1,2 / 50 µs, según la norma IEC 60060-1 [18]. El voltaje de
impulso se generó usando un generador de impulsos con un tiempo de respuesta de 1.2 µs ± 30% y un
tiempo de cola de 50 µs ± 20%, como se define en la norma. Se utilizó un sistema de adquisición de
datos de alta velocidad de muestreo (DAS) con una tasa de muestreo de 1 GSa / s para capturar el
voltaje y la corriente, y se usó un osciloscopio de almacenamiento digital (DOS). Se colocó una cámara
réflex de lente única digital (DSLR) en direcciones mutuamente perpendiculares para
capturar las trayectorias del arco durante los eventos de flameo.
Figura 1, Configuración experimental.
Tabla 1.
Características del aislador polimérico
Voltaje nominal (kV)
Carga mecánica nominal (kN)
Distancia de arco mínima (mm)
Distancia de fuga mínima (mm)
10
4
165
420
Figura 2, Aislador probado dentro de la cámara de niebla.
Se aplicaron dos tipos de recubrimiento de RTV a los aisladores, a saber: RTV 1 y RTV 2 como se muestra
en la figura 3. Las diferencias de estos dos tipos de materiales de revestimiento fueron sus
formulaciones que determinan sus propiedades físicas y eléctricas. Estas propiedades dependen del
tipo de polímero, los rellenos complementarios y la cantidad de fluido libre en el recubrimiento durante
su proceso de fabricación. La selección de estos recubrimientos RTV se basó en sus parámetros
eléctricos y propiedades del material. El RTV tipo 1 estaba utilizando nano-material de alto grado,
mientras que RTV tipo 2 estaba utilizando material normal. Las propiedades de los detalles de los
revestimientos RTV utilizados se tabulan en la Tabla 2.
Especificaciones técnicas del material RTV de recubrimiento
Propiedades RTV 1 RTV 2
Tabla 2.
Especificaciones técnicas del material RTV de recubrimiento
Tiempo de secado de la superficie (min)
Tiempo de curado (horas a temp ambiente)
Contenido de solidos (%)
Resistividad dieléctrica (kV/mm)
Resistencia a la tensión (mpa)
Resistencia a la cizalladura (mpa)
Resistencia al desgarre (kN/m)
Durabilidad en años (a la intemperie)
27
50
55.1
24.7 - 25.3
3.951
3.574
15.2
15
Propiedades
40
39
39.6
20.4 - 21.9
1.9
1.991
9.4
5 - 8
RTV 1 RTV 2
Se aplicó recubrimiento RTV en la superficie superior del aislador con la ayuda de un pincel fino. Los
aisladores estaban limpios y se dejaron secar antes del recubrimiento. El espesor del recubrimiento
estaba entre 0.3 a 0.5 mm [19]. Después del recubrimiento, los aislantes se dejaron curar entre 39 y 50
horas de acuerdo con los detalles del fabricante como se indica en la figura 3. La configuración del
revestimiento se eligió en función de los casos en que se acumuló contaminación en la superficie
superior del aislador que causó un aumento de resistencia e incremento de la temperatura de la
superficie debido a la corriente de fuga [9]. El costo estimado para aplicar el material de revestimiento
RTV se tabuló en la Tabla 3. Los costos estimados se basaron en una torre o poste de distribución de
doble circuito de 1 vano. Del costo estimado, el recubrimiento adicional de RTV en el aislador polimérico
el costo total aumentará del 10.9% al 16.5%.
Tabla 3.
Costo del RTV por aislador (max 20mil.)
Costo de cada aislador polimérico.
Número de aisladores usados en un circuito doble.
Costos para un vano.
3
18.2
6
127.2
Descripción
2
18.2
6
121.2
RTV 1 (USD) RTV 2 (USD)
Costo estimado del material de recubrimiento RTV sobre el aislador polimérico
Figura 3, Parámetros de la muestra de ensayo.
En Malasia, las instalaciones de aisladores se encuentran en varios lugares, como en las zonas
costeras, las tierras altas y las tierras bajas. La contaminación en cada ubicación puede ser
diferente según el tipo de desarrollo que rodea las áreas de instalación. Los tipos de
contaminación pueden provenir de diversas fuentes, como la sal marina, el carbón, la arena, los
ácidos y muchos más. Sin embargo, la contaminación más común se produce a partir de sal marina
y carbón. Por lo tanto, para este estudio, se eligió la sal del mar como fuente de contaminación.
Para la prueba en condiciones de contaminación, se aplica niebla de sal a los aisladores. La
contaminación se replicó mezclando agua destilada y 40 g de cloruro de sodio (NaCl) para
producir una Densidad de depósito de sal equivalente al 4% (ESDD) como en los estándares IEC
60507. Para observar el rendimiento del aislador con o sin un revestimiento RTV, se siguió la
prueba de soportabilidad eléctrica según la norma IEC 60060-1. Todas las muestras de prueba se
probaron bajo impulsos positivos y negativos. Durante la prueba de impulso, se adoptó el método
de prueba up and down para obtener el voltaje de ruptura. El propósito de este método fue
determinar el 50% de la probabilidad de ruptura de voltaje (U50). En este método, la tensión r.m.s
se estableció en la tensión mínima disponible y se incrementó a una velocidad de 5 kV / min hasta
que se produjo una avería. Se repitió una nueva prueba cinco minutos después de cada avería
durante 20 veces en el mismo aislador.
Tipo
Voltaje nominal (kV)
Distancia de arco mínima
Distancia de fuga mínima
Tiempo de secado superficial (min)
Tiempo de curación (hr)
Contenido solido (%)
Resistencia dieléctrica (kV/mm)
Espesor de recubrimiento (mm)
Foto
Básico RTV1 RTV2
10
165
420
-
-
-
-
-
10
165
420
27
50
55.1
24.7 - 25.3
0.3 - 0.5
10
165
420
40
39
39.6
20.4 - 21.9
0.3 - 0.5
Resultados y discusión.
Hay varios factores que determinan la ocurrencia de flameo cuando el aislador o la línea de energía ha
sido golpeada por un rayo. Estos factores incluyen la forma de onda y la polaridad de la descarga del
rayo, las características de resistencia del aislador y el componente de frecuencia de potencia del
voltaje a través del aislador [16]. Por lo tanto, investigar la resistencia a la ruptura del aislador bajo un
impulso de rayo es importante para aumentar el conocimiento del rendimiento del aislador bajo tensión
de rayos y para promover la confiabilidad y la estabilidad de las líneas eléctricas.
Se realizó una prueba de Impulso tipo rayo en diferentes condiciones para determinar el
comportamiento del voltaje de ruptura del aislador. El propósito de realizar la prueba en condiciones
secas fue establecer una base o valor de referencia. La prueba con el aislador limpio - húmedo se
realizó bajo condiciones de niebla limpia para garantizar que la muestra estaba totalmente cubierta por
agua y en condiciones de alta humedad. En condiciones de contaminación, se eligió el método de
ensayo de niebla salina para analizar la muestra, ya que era relativamente fácil de preparar y era un
método adecuado para garantizar la uniformidad de la contaminación. Se eligió la aplicación de un
recubrimiento RTV en la superficie superior del aislador debido a sus propiedades materiales y fue fácil
de aplicar en el aislador. El revestimiento de RTV se aplicó al aislador para proteger la cubierta
polimérica contra el deterioro y para aumentar su capacidad de resistencia a fin de mejorar el
rendimiento del aislador bajo condiciones de rayos.
Voltaje de falla.
El procedimiento normal para determinar el voltaje soportado por el rayo se basa en el método up and
down por el cual se determina el 50% de probabilidad del flameo, U50 y requirió al menos 20 pruebas
o disparos, según la norma IEC 60060-1. Durante la prueba, el voltaje aumenta en pasos cada 5kV hasta
que ocurra una falla donde la próxima prueba se repetirá cada 5 minutos. Por lo tanto, el número de
mediciones en una serie de prueba debe ser de al menos 20 veces para garantizar resultados precisos.
Para observar los efectos del recubrimiento de RTV en la superficie del aislador polimérico, se realizó
una comparación de los datos entre dos tipos de aisladores revestidos en su superficie con RTV y un
tercer aislador no revestido. La Tabla 4 muestra el resultado del U50 para el aislador no recubierto pro-
bado en condiciones secas, limpio- húmedo y contaminado. De la tabla, el valor U50 fue más alto bajo
condiciones secas independientemente de la polaridad del impulso, mientras que bajo condiciones de
limpieza y humedad, el U50 del aislador disminuyó hasta 56.5% con un impulso negativo y disminuyó
ligeramente en aproximadamente 2.69% con un impulso positivo. Esto se debió a la humedad en la
superficie del aislador cuando se mojó, lo que aumenta la conductividad superficial del aislador en la
etapa de predescomposición. Por lo tanto, el U50 bajo condiciones de limpieza y humedad fue leve-
mente menor en comparación con el aislador probado bajo condiciones secas. Por otro lado, bajo la
condición de contaminación, el U50 para el aislador básico no revestido se redujo tremendamente en
aproximadamente 45.1% con un impulso positivo y 60.7% con un impulso negativo. La reducción masiva
se debió a la formación de una capa conductora en la superficie del aislador que permitió el flujo de una
corriente de fuga y se descarga en la superficie.
Tabla 4.
Especificaciones técnicas del material RTV de recubrimiento
Positivo 200.8
195.4
110.3
256.9
111.6
100.9
Propiedades RTV 1 RTV 2
Prueba de impulso tipo rayo a un aislador polimérico NO recubierto con RTV
Polaridad U50 (kV) Desviación std (kV)
Seco
Limpio - húmedo
Contaminado con sal
Seco
Limpio - húmedo
Contaminado con sal
Negativo
Condición
5.03
3.58
11.82
6.77
5.50
7.88
La Tabla 5 muestra los resultados para el aislador revestido con RTV tipo 1 probado en diferentes
condiciones. A partir del experimento, muestra que el U50 para la superficie recubierta de RTV tipo 1 fue
el más alto bajo la condición seca independientemente de las polaridades de impulso. Bajo la
condición húmedo - limpio, la diferencia porcentual del U50 en comparación con la prueba realizada
bajo condiciones secas fue de 2.27% con un impulso positivo y 35.5% con un impulso negativo. Esto fue
por la misma razón que se explicó en la Tabla 4 anterior. La prueba realizada en condiciones de
contaminación mostró una reducción del U50 de hasta 24.3% con un impulso positivo y 36.9% con un
impulso negativo. La capa de contaminación en la superficie del aislador, cuando se mojó con agua
formó una capa conductora en la superficie del aislador. Esto permite un flujo de corriente de fuga en la
superficie y cuando la amplitud es alta, pueden producirse descargas fuertes que podrían provocar
flameo.
Tabla 5.
Positivo 229.2
224.0
173.6
248.7
160.5
157.0
Prueba de impulso tipo rayo a aislador polimérico recubierto con RTV tipo 1
Seco
Limpio - húmedo
Contaminado con sal
Seco
Limpio - húmedo
Contaminado con sal
Negativo
4.01
4.67
15.21
8.26
11.46
7.4
Polaridad U50 (kV) Desviación std (kV)Condición
La Tabla 6 muestra los resultados tabulados para el recubrimiento RTV tipo 2 cuando se prueba con un
impulso tipo rayo. El U50 para el aislador recubierto con RTV tipo 2 fue el más alto bajo condiciones
secas, independientemente de la polaridad de impulso. La diferencia porcentual con respecto al U50
probado bajo condición húmedo - limpio fue de 2.81% con un impulso positivo y de 15.9% con un
impulso negativo. Las diferencias se debieron al aumento de la conductividad de la superficie en
condiciones húmedas. Para la condición contaminada, el U50 disminuyó en aproximadamente 36.6%
con un impulso positivo y 54.0% con un impulso negativo en comparación con el U50 bajo condiciones
secas. La justificación de la reducción se ha explicado para las tablas 4 y 5 anteriores.
Tabla 6.
Especificaciones técnicas del material RTV de recubrimiento
Positivo 234.6
228.0
148.8
265.3
223.0
122.0
Propiedades RTV 1 RTV 2
Prueba de impulso tipo rayo a aislador polimérico recubierto con RTV tipo 2
Polaridad U50 (kV) Desviación std (kV)
Seco
Limpio - húmedo
Contaminado con sal
Seco
Limpio - húmedo
Contaminado con sal
Negativo
Condición
3.77
7.86
6.69
7.27
10.07
6.57
A partir de los resultados tabulados en las tablas 4 a 6, en condiciones secas, la aplicación del RTV tipo
1 o tipo 2 en la superficie del aislador polimérico, no mostró mucha diferencia en comparación con el
aislador no revestido. El porcentaje de diferencia para RTV tipo 1 fue 14,1% y RTV tipo 2 fue 16,8%, que fue
mayor en comparación con el aislador no recubierto con un impulso positivo. Con un impulso negativo,
la diferencia porcentual para el recubrimiento RTV tipo 1 y 2 fue de 3.19% y 3.26% respectivamente en
comparación con el aislador no recubierto. Bajo la condición limpio – húmedo, cuando se probó con un
impulso positivo, el U50 para los aisladores recubiertos con RTV mostró una diferencia porcentual de
14.6% y 16.7% respectivamente del valor del aislador sin recubrimiento. Sin embargo, con un impulso
negativo, la diferencia porcentual con respecto al aislador no revestido aumentó ligeramente para
ambos tipos de recubrimiento RTV con un porcentaje de 43.8% para el recubrimiento RTV tipo 1 y 49.9%
para el recubrimiento RTV tipo 2. Por otro lado, bajo la condición de contaminación, el recubrimiento
RTV tipo 1 mostró un aumento de 57.39% en el U50 en comparación con el aislante no recubierto y un
U50 14.29% más alto en comparación con el recubrimiento RTV tipo 2 con una polaridad de impulso
positivo. Sin embargo, el rendimiento con un impulso negativo indicó que el U50 del recubrimiento RTV
tipo 1 mostró un 55,6% más en comparación con el aislante no revestido y un 28,69% más alto que el
recubrimiento RTV tipo 2. Las Tablas 4 a 6 resumen todos los resultados obtenidos para el U50 después
de 20 pruebas. En términos de desviación estándar, el valor más alto fue de 15.21 kV y el valor más bajo
fue de 3.58 kV. Incluso después de que se realizaron muchas pruebas, parecía que los resultados de la
prueba aún indicaban cierta dispersión, que puede deberse a diferentes frecuencias de ocurrencia de
ruptura.
Impulsos tipo rayo positivos y negativos.
Debido a las muertes e impactos de los impulsos de un rayo, es necesario realizar pruebas bajo ambas
polaridades para determinar las capacidades de resistencia del aislador.
La Fig. 4 a continuación muestra el comportamiento de ruptura bajo condiciones de limpieza y hume-
dad probadas con diferentes polaridades de impulso. La figura 4A muestra el comportamiento de rup-
tura con un impulso positivo. De la figura, el U50 para el aislador no revestido fue el más bajo con un
valor de 195,4 kV en comparación con los aisladores recubiertos de superficie RTV 1 y RTV 2 con valores
de 224 kV y 228 kV, respectivamente. Por otro lado, la figura 4B muestra el comportamiento de ruptura
con un impulso negativo. De la figura, el U50 para el aislador no revestido muestra un valor de 111.6 kV,
mientras que los aisladores de superficie RTV 1 y RTV 2 muestran un valor de ruptura de 160.5 kV y 223
kV respectivamente. El U50 para el aislante revestido de superficie RTV tipo 1 no muestra diferencias
significativas con las diferentes polaridades de impulso, mientras que para los otros el valor de ruptura
U50 fue mayor con un impulso positivo. La tensión de ruptura bajo condiciones de limpieza es ligera-
mente mayor cuando se prueba con un impulso positivo debido a la migración de iones conductivos del
electrodo a la superficie del aislador que provocó una alta conductividad eléctrica y una alta corriente
de fuga [20].
Figura 4, Valor de descomposición del aislante limpio bajo diferentes polaridades de impulso.
Valor de flameo para aisladores limpios bajo diferentes polaridades de impulso:
(a) Valor de flameo para aislador limpio bajo impulso positivo.
(b) Valor de flameo para aislador limpio con impulso negativo.
La Fig. 5 por otro lado muestra el comportamiento bajo condiciones salinas o contaminadas. La figura
5A muestra el comportamiento de ruptura con un impulso positivo. De la figura se puede ver que el U50
para el aislador no recubierto fue el más bajo entre todos los resultados con un valor de 110.3 kV,
mientras que los aisladores con RTV tipo 1 y RTV 2 mostraron valores de ruptura ligeramente más altos
de 173.6 kV y 148.8 kV respectivamente. La figura 5b muestra el comportamiento de ruptura cuando se
prueba con un impulso negativo. El U50 para el aislador no recubierto muestra un valor de 100.9 kV,
mientras que los aisladores recubiertos con RTV tipo 1 y RTV 2 muestran valores de ruptura ligeramente
más altos de 157 kV y 122 kV respectivamente. A partir del experimento, el valor de desglose probado con
un impulso positivo muestra un valor ligeramente mayor en comparación con el impulso negativo con
una diferencia porcentual del 4% al 16%. Las bandas secas que dependen de la potencia eléctrica de los
aisladores con tensiones de impulso pueden haber influido en estos resultados [21]. Teóricamente, con
un impulso negativo, las cargas positivas se acumulan en las proximidades de un electrodo negativo de
alta tensión a medida que los electrones en el espacio se separan hacia el electrodo positivo. Estos
fenómenos darán como resultado una reducción del campo eléctrico en la mayor parte del espacio, lo
que a su vez aumenta el voltaje de descarga disruptiva. Sin embargo, para este estudio, el voltaje de
ruptura fue mayor con un impulso positivo. El factor atmosférico y la temperatura ambiente fueron los
principales factores que afectaron los resultados experimentales. Esto también puede deberse a la
formación de carga espacial alrededor del electrodo de alta tensión, causada por un proceso de unión
de electrones. Los puentes de agua entre las campanas del aislador también pueden influir en los
efectos de polaridad inversa y, finalmente, los mismos efectos de carga espacial pueden contribuir a un
aumento del voltaje de descarga eléctrica bajo un impulso positivo [22]. Estos fenómenos también
explican en referencia [23] que la reducción de la tensión de ruptura bajo impulso negativo puede
deberse a la pérdida de hidrofobicidad en las superficies del aislador y también a la conducción de
flameo a través del paso continuo del agua en lugar de a través del aire.
Figura 5, Valor de descomposición para el aislador contaminado bajo diferentes polaridades de
impulso.
Tabla 7.
Corriente de fuga bajo condiciones de contaminación con sal
Impulso positivo
Impulso negativo
3.46
2.39
No recubierto (A)
3.06
2.12
RTV 1 (A) RTV 2 (A)
48.5
40.5
Valor de flameo para aisladores contaminados bajo diferentes polaridades de impulso:
(a) Valor de flameo para aislador contaminado bajo impulso positivo.
(b) Valor de flameo para aislador contaminado con impulso negativo.
De ambas figuras, Figs. 4 y 5, se indicó una diferencia de tiempo durante la ruptura. De ambas figuras,
independientemente de las condiciones de la prueba, la duración de la ruptura del aislador no
revestido fue ligeramente mayor que la duración de la ruptura para los aislantes revestidos con RTV. Con
base en los supuestos, la rugosidad de los revestimientos superficiales puede ser uno de los factores
que contribuyen a la diferencia en la duración del tiempo durante la ruptura. La rugosidad de la
superficie conduce a la acumulación de contaminación y contribuyó a la reducción del tiempo durante
el evento de avería [9]. A partir del experimento, se puede concluir que el recubrimiento de RTV fue más
efectivo en condiciones de contaminación. Mostró una diferencia porcentual significativa de hasta un
50% en comparación con el aislador sin recubrimiento. Por lo tanto, una mayor investigación se centró
en la condición de contaminación. La Tabla 7 a continuación muestra el valor de la corriente de fuga
bajo la condición de contaminación con sal. Los valores de la corriente de fuga de los aisladores
revestidos con RTV fueron mucho menores que el valor de los aisladores no revestidos con una
diferencia porcentual de hasta 90%. La mayor amplitud de la corriente de fuga puede dañar el material
polimérico del aislador porque lleva una temperatura alta. Esto puede causar la degradación del
material y el envejecimiento prematuro del aislante de polímero.
Características de descarga superficial.
Las rutas del canal de descarga del arco eléctrico se observaron utilizando una cámara de alta velocidad
como se muestra en la Fig. 6. A partir del trabajo experimental, se observó que había cuatro tipos
diferentes de canales que tienen lugar durante la descarga. Estos estaban a lo largo de la superficie del
aislador, en espiral a lo largo de la superficie del aislador, a medio camino a lo largo del aislador y, por
último, en el aire. De la figura se puede ver que la no linealidad de la trayectoria del arco depende del
valor de la conductividad de la superficie del aislador. En condiciones de contaminación, la
conductividad de la superficie era alta debido a la conductividad de la capa de contaminación.
Ejemplos de la trayectoria del arco eléctrico bajo condiciones contaminadas:
(a) A lo largo de la superficie del aislador,
(b) Espiral y a la mitad del aislador,
(c) En el aire
La observación de las rutas de arco se puede resumir como se muestra en la Tabla 8. De la tabla, se
puede concluir que:
Tabla 8.
Rutas del arco eléctrico en los aisladores bajo diferentes condiciones
Condición seca
Condición húmeda
Condición
contaminada
La mayoría de las rutas de descarga del arco fueron en el aire
No recubierto (A) RTV 1 (A) RTV 2 (A)
Algunas de las rutas de descarga del arco fueron en el aire y otras
fueron sobre la superficie del aislador
La mayoría de las
descargas fueron a lo
largo de la superficie
del aislador
Las descargas podrían
tener lugar a lo largo
de la superficie del
aislador, en espiral o a
la mitad a lo largo del
aislador
Las descargas podrían
tener lugar en el aire, a
lo largo de la
superficie del aislador,
en espiral o a la mitad
del aislador
Figura 6.
1. En el estado seco, la trayectoria de descarga normalmente estaba en el aire debido a la ausencia de
conductividad superficial en el aislador.
2. En la condición de limpio - húmedo, algunas rutas de descarga estaban en el aire y otras en la
superficie del aislador. Esto se debió a la humectación que hizo que la superficie del aislador se volviera
conductiva e iniciara un camino conductor y el arco eléctrico. La hidrofobicidad del material RTV ayudó
a formar gotas de agua en la superficie del aislador, y cuando se calentó creó una banda seca y por lo
tanto determinó la trayectoria de arco que normalmente saltaba en la unión triple HV y se descargó en
el camino más cercano ya sea por aire o por la superficie del aislador.
3. Bajo la condición de contaminación, la sal depositada en el aislador cuando se humedece crea una
capa conductora en la superficie, lo que permite un flujo de corriente de fuga. La corriente de fuga
provocó una descarga superficial en el aislador y afectó la trayectoria del arco.
4. Como se explica en (2) anterior, la hidrofobicidad del material contribuyó a determinar el camino de
arco.
5. Además, la trayectoria de arco puede verse afectada por la carga estática que contribuyó a la
localización del campo eléctrico, especialmente cerca de los electrodos y bordes de alto voltaje. Estas
rutas de arco ayudarán a los investigadores a identificar los puntos críticos donde se localizó el campo
eléctrico. El envejecimiento, la degradación y el daño del material polimérico dependen en gran medida
de la trayectoria del arco eléctrico y, por lo tanto, las empresas de servicios públicos deberían identificar
si el material utilizado en los aisladores tiene resistencia o no al arco [24].
A partir de los estudios realizados, las superficies húmedas y la contaminación afectaron al U50 del
aislador. La aplicación del recubrimiento RTV en las superficies superiores del aislador, puede ayudar a
aumentar la resistividad y reducir la temperatura de la superficie, aumentando así su resistencia a la
ruptura de voltaje cuando se expone a un impulso tipo rayo. Se descubrió que el recubrimiento RTV tipo
1 es más eficaz para aumentar el U50 del aislante de polímero independientemente de las condiciones
de la prueba y las polaridades de impulso. Se puede concluir que las propiedades del revestimiento de
material RTV como la característica hidrofóbica juegan un papel importante en la optimización del
rendimiento del aislador bajo condiciones húmedas y de contaminación debido a la capacidad de
resistir la formación de una capa conductora y, por lo tanto, resistir el flujo de corriente de fuga en la
superficie del aislador. Ayuda al aislador a funcionar mejor bajo tensión eléctrica, como los voltajes de
impulso tipo rayo.
Conclusiones.
Con base en el trabajo experimental llevado a cabo en tres configuraciones diferentes en aisladores
poliméricos, a saber: sin recubrimiento, recubierto con RTV tipo 1 y recubierto con RTV tipo 2, se pueden
extractar las siguientes conclusiones:
1. En condiciones secas, la diferencia porcentual del U50 no fue significativa entre los aisladores no
recubiertos y los recubiertos con RTV ya que la diferencia porcentual fue inferior al 5%.
2. En condiciones de limpio - húmedo, el U50 de aislador recubierto con RTV fue ligeramente más alto
en comparación con el aislador sin recubrimiento con una diferencia porcentual de hasta el 20%.
3. Los aisladores poliméricos recubiertos con RTV fueron más efectivos bajo condiciones de
contaminación. Aumentó el valor de U50 del aislador hasta en un 50% independientemente de la
polaridad de impulso.
4. El recubrimiento RTV tipo 1 mostró un mejor rendimiento en comparación con el recubrimiento RTV
tipo 2 en condiciones de contaminación. La composición del material y el alto valor de resistencia
dieléctrica podrían ser el factor para que el RTV tipo 1 muestre un mejor rendimiento en condiciones de
contaminación. A partir del estudio, se encontró que la aplicación del recubrimiento RTV era efectiva en
términos de fortalecimiento de las capacidades de resistencia de voltaje bajo un impulso tipo rayo. El
recubrimiento RTV se puede usar para mejorar y proteger el estado de la superficie de un aislador
polimérico. Este puede ayudar a mejorar el rendimiento del aislador, aumentar su vida útil y la fiabilidad
del sistema de potencia.
Experiencias en América Latina.
Desde el año 2012 GAMMA ofrece aisladores poliméricos con recubrimiento RTV a las empresas de
energía.
Los resultados obtenidos a la fecha en REP (ISA) de Perú y TRANSELCA de Colombia han sido
excelentes y su uso se viene extendiendo.
Información adicional sobre estas experiencias con gusto podemos compartirlas.
Autores.
Farah Adilah Jamaludin, Conceptualization, Formal analysis, Investigation, Methodology, Writing –
original draft,*Mohd Zainal Abidin Ab-Kadir, Conceptualization, Supervision, Writing – review & editing,
Mahdi Izadi, Conceptualization, Supervision, Writing – review & editing, Norhafiz Azis, Supervision,
Writing – review & editing,Jasronita Jasni, Supervision, Writing – review & editing, and Muhammad Syahmi
Abd-Rahman, Data curation, Methodology.
Yongle Wu, Editor
PLoS One. 2017; 12(11): e0187892.
Published online 2017 Nov 14.
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