Desarrollo, diseño e implementación de un equipo para detección preventiva del estado de aisladores tipo cadena para aplicaciones de alta tensión.
Authors:   , Villalobos San Martín Rodrigo Javier 
Published: November 2024

El problema de conocer el nivel de contaminación sobre la superficie de los aisladores en instalaciones de alta tensión es de vital importancia, ya que la programación de los lavados es realizada principalmente en base a la experiencia, lo que no asegura que el sistema eléctrico esté libre de fallas ni tampoco de que la frecuencia de los lavados se realice de manera eficiente desde un punto de vista de costos. Aunque existen diversas soluciones para determinar el nivel de la contaminación en aisladores, la que parece ser la más recurrente es el análisis de la corriente de fuga. El aumento de la amplitud y de la distorsión de la corriente que circula por el aislador presenta una relación directa con el aumento de la contaminación y la humedad.
Por otro lado, la literatura presenta una serie de índices basados en la corriente de fuga como el valor efectivo, peak, THD y relaciones entre armónicos; que buscan determinar el nivel de contaminación sobre la superficie de los aisladores. En general, el resultado de los índices y su desempeño depende de diferentes variables como la humedad y la contaminación, pero también del tiempo de aplicación de la humedad y variables externas, por lo que es muy relevante el instante en el que se realiza la medición de corriente de fuga y el cálculo de estos índices. En aplicaciones industriales la humedad varía considerablemente y las mediciones de corriente de fuga pueden no ser continuas en el tiempo.
Por otra parte, para medir la corriente de fuga en cadenas de aisladores la literatura muestra diferentes soluciones principalmente orientadas a aplicaciones en laboratorio, la mayoría de tipo invasivo por lo que no son soluciones reales que sean atractivas para implementar en la industria. Este trabajo presenta el desarrollo, diseño e implementación de un sistema para determinar el nivel de contaminación en aisladores tipo cadena. El sistema propuesto consta de un sensor de corriente de fuga tipo tenaza con núcleo de material ferromagnético abierto capaz de medir corrientes de fuga de baja amplitud, que no afecta la distancia de fuga de la cadena de aisladores y tampoco afecta la aislación al ser no invasivo. Este sensor es probado en laboratorio, también en un aislador dentro de una cámara de niebla artificial y en una subestación de alta tensión. Los resultados muestran que el sensor mide correctamente corrientes de fuga mostrando amplitudes del orden de los miliamperes y una relación directa con la humedad registrada. La tesis incluye un análisis detallado del efecto de la humedad y la contaminación en índices presentados en la literatura para determinar el nivel de contaminación sobre la superficie de los aisladores. El análisis de los parámetros de la corriente de fuga se realiza en función del tiempo y se destaca la importancia del tiempo de exposición
de la capa de contaminación de la superficie a la humedad. También, se introduce el concepto de impedancia armónica en aisladores, con tal de observar la evolución de la magnitud en el tiempo donde se destaca que algunos armónicos de la corriente de fuga son propios del efecto de la humedad y la contaminación en el aislador como otros que dependen de variables externas como el voltaje de la red. Finalmente, este trabajo muestra el resultado de la medición de variables ambientales y de corriente de fuga por medio del sistema diseñado en una subestación de 220 kV y en 4 puntos de medición en distintas líneas de alta tensión de 220 y 500 kV en el norte de Chile.
La principal contribución de este trabajo se centra en el diseño e implantación de un sensor de corrientes de fuga no invasivo, para aplicaciones en aisladores tipo cadena, y de un procedimiento de análisis detallado del comportamiento de la corriente de fuga que sirve para determinar el nivel de contaminación, lo que permite definir procedimientos de mantenimiento adecuados.