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Tipos de aislamiento cerámico usados en la investigación. Fotos: Fabio Nelson Orrego Marulanda, estudiante de la Maestría en Ingeniería eléctrica de la UNAL Sede Manizales.

Equipos usados para los ensayos de alta tensión.

Ensayo de tensión sobre un aislador tipo poste.

Pruebas de tensión en aislador de suspensión sin defecto.

Pruebas de tensión en aislador tipo poste.

Pruebas de tensión en aislador tipo buje.

La vida útil de un aislamiento depende de su resistencia a condiciones ambientales como la humedad, la polución y los cambios de temperatura, entre otros.

En las redes eléctricas en servicio, el aislamiento está expuesto a múltiples esfuerzos eléctricos, térmicos y mecánicos que generan cambios irreversibles en las propiedades de los materiales y reducen progresivamente su capacidad para soportar estos esfuerzos, a lo que se suman las fuertes condiciones ambientales que favorecen la creación de descargas eléctricas localizadas en el aislamiento.

En un aislamiento, las descargas eléctricas localizadas se pueden dar por la creación de pulsos rápidos denominados streamer. Después de 1 a 50 horas de actividad de descarga, el material empieza a presentar descomposición química, la cual causa un desprendimiento de energía mecánica que se propaga a través del aire generando un sonido audible o no. Normalmente dichos desprendimientos se pueden identificar como explosiones originadas en los aislamientos, y son un indicador de desgaste.

Fabio Nelson Orrego Marulanda, estudiante de la Maestría en Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, realizó una investigación en la que determinó el comportamiento del aislamiento cerámico, mediante pruebas realizadas en subestaciones eléctricas de 33 kilovoltios (kV) de la Central Hidroeléctrica de Caldas. Los tipos de aisladores usados fueron: suspensión, poste y buje pasa-tapas.

Las pruebas se realizaron en cinco unidades usadas, en una cadena de cuatro que estaba retirada de servicio, con un nivel básico de aislamiento de 110 kV , y se probaron 3 aisladores, 2 de los cuales no presentaban defecto visible. Los ensayos de tensión y pruebas complementarias se realizaron en el Laboratorio de Alta Tensión de la Central Hidroeléctrica.

Se utilizó el BK 130/36 de Phenix, un equipo de alta tensión para probar carros canasta, y un transformador cilíndrico que puede inyectar tensiones controladas entre 36 y 130 kV.

Durante las pruebas se observó cómo se ensuciaban los aisladores eléctricos en servicio, lo cual es muy inconveniente porque en la superficie se deposita material orgánico e inorgánico formando una capa que, en presencia de humedad, se vuelve conductora y produce diferentes fenómenos que deterioran las propiedades aislantes de la cerámica y la rompen afectando especialmente el suministro de energía eléctrica.

“Como parte del proceso, dispusimos de los medidores de corriente apropiados en rangos de decenas de microamperios y los medidores de tensión y corriente utilizados fueron análogos, con un tamaño acorde para una lectura apropiada a una distancia de 5 m”.

También se preparó y clasificó el aislamiento –como “limpio” o “contaminado”–, nivel de tensión, material, tipo, clase de defecto y estado de humedad, entre otros parámetros.

Pruebas de tensión

Se hicieron pruebas de potencia del cableado y resistencia de aislamiento en diferentes momentos: antes de aplicar tensión de 1 kV  y luego de aplicar una tensión máxima de 75 kV al equipo de cableado, midiendo la tensión de operación de la red y con tensiones del 60 y 90 % en el voltaje de descarga para lograr preflameo o aparición de ondas eléctricas en el sistema.

Con estas pruebas se identificó que los aisladores de suspensión presentaron las mayores potencias de pérdidas activas, debido a que su tensión de flameo de ondas eléctricas –cuando se presentaron fenómenos como rayos– fue inferior a la especificada por el fabricante que es de 110,4 kV, mientras que para los demás aisladores su tensión de flameo o potencia fue superior a la especificada.

“De los 1.436 aisladores que se examinaron en el laboratorio se concluyó que la eficiencia del aislador es influenciada por el incremento de la humedad del ambiente y por el incremento de la velocidad del viento”, concluyó el investigador.