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Laboratorio de Alta Tensión I- ELI361
UTFSM - Campus Santiago San Joaquín
Departamento de Ingeniería Elé tri a
�Experien ia 4�
Felipe Campos, Carlos Cárdenas B., Fran is o Morales
Máximo Muñoz, Felipe Guzmán, Luis Villegas
2 de noviembre de 2015
Universidad Té ni a Federi o Santa María ELI 347
Índi e de Contenidos
1. Objetivos 1
2. Introdu ión 2
3. Mar o Teóri o 3
3.1. Des argas Super� iales, Contamina ión y Humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.2. Efe to Corona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.3. Normativa para el umplimiento del dimensionamiento geométri o del aislante . . 3
4. Sistema en Estudio 5
5. Resultados 6
5.1. Aislante Limpio y Se o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.2. Aislante Húmedo y Contaminado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
6. Análisis de los resultados 7
7. Con lusiones 8
Profesor: Jorge Ardila i
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1. Objetivos
Cono er el ir uito bási o de genera ión de ATCA.
Desarrollar apli a iones aso iadas a AT.
Cono er tipos de aisladores.
Analizar los efe tos de la ontamina ión en los aisladores.
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2. Introdu ión
En los sistemas de alta tension los aislantes están expuestos al medio ambiente y on ello
a la ontamina ión y humedad propia del mismo. Es debido a estos dos fa tores ademas de la
naturaleza polar y hidrofobi a o hidro�li a del aislante que la ondu tividad super� ial ambia
respe to a un dielé tri o limpio y se o de manera que ir ulan orrientes super� iales.
Con el �n de diferen iar y ara terizar el omportamiento de un aislante limpio y se o de uno
ontaminado y húmedo, se someterá un aislante a ambas ondi iones hasta lograr una tension
de ruptura.
La solu ión que se utilizara para ontaminar y humede er el aislante 40 − 80[g
L]. Se utiliza
esta solu ión para simular ondi iones atmosféri as.
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3. Mar o Teóri o
3.1. Des argas Super� iales, Contamina ión y Humedad
Cuando un aislante es sometido a alta tension por este ir ulan orrientes de distinta natu-
raleza, la orriente apa itiva, de ondu ión, absor ión y super� ial. Esta ultima es produ ida
por ontamina ión y humedad que se adhiere al material aislante, lo que no es deseado pero si
inevitable. Es debido a este fenómeno que o urren des argas par iales en el aislante que produ en
su ruptura mu has ve es.
Prin ipalmente la ruptura en un aislante sometido a ondi iones ambientales es un pro eso
multietapas que se des ribe a ontinua ión:
La super� ie del aislador se ontamina produ to del medio ambiente y generalmente los
vientos. Esto provo a que se genere una apa de ontamina ión no .
Si la super� ie esta ontaminada y se a no produ e problemas pero se humede e en pre-
sen ia de una lluvia o niebla.
Produ to del ontaminante húmedo y la ondu tividad super� ial del mismo, ir ula o-
rriente super� ial.
La orriente evapora la humedad del ontaminante debido a la disipa ión de energía.
Se forman bandas se as de gran resisten ia en el dielé tri o.
La tensión en los bornes del aislante se desplaza a los bornes de las bandas se as, ausando
elevados gradientes de tensión.
Apare en orrientes elé tri as en las zonas se as, las que al mismo tiempo provo an otras
bandas se as.
En las nuevas bandas se as o urre nuevas orrientes. Este fenómeno se va on atenando
una y otra vez hasta que o urre la ruptura.
Para este ensayo el aislante ontaminado debiese presentar una mayor magnitud de orriente
super� ial tal omo des ribe la �gura 3.1.
Figura 3.1: Corriente super� ial en fun ión de la humedad relativa. Curva 1, aislante ontami-
nado. Curva 2 aislante limpio y se o
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3.2. Efe to Corona
Consideramos pertinente men ionar este fenómeno dado que es posible la apari ión de las
mismas.
El efe to orona o urre uando el poten ial del ondu tor en el aire al anza una magnitud
tal que sobrepase la rigidez dielé tri a del aire que lo rodea. El efe to se puede eviden iar por
luminis en ia y va a ompañada de un sonido intermitente que per ute y de olor a zona. La
orona se debe a la ioniza ión del aire. Los iones son repelidos y atraídos por el ondu tor a
grandes velo idades, produ iéndose nuevos iones debido a la olisión. El aire ionizado resulta un
ondu tor de gran resisten ia.
3.3. Normativa para el umplimiento del dimensionamiento geométri o del
aislante
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4. Sistema en Estudio
El sistema en estudio se presenta en la �gura 4.1, donde los elementos onstituyentes de éste
representan:
1. Panel de ontrol: Genera tension sinusoidal en BT.
2. Transformador: Autotransformador que eleva la tension desde 220[V ] a 110[KV ].
3. Capa itor en paralelo: HV9146 1000[pF ] 120[KV ]
4. Objeto de ensayo: Aislante erámi o
Figura 4.1: Cir uito utilizado en la experien ia
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5. Resultados
Se medirá la tension de un aislante sometido a esfuerzos elé tri os de forma de generar una
ruptura.
Se bus ara medir la tension de ini io de des argas par iales PDIV , por medio del in remento
gradual de la tension alterna hasta que los pulsos aso iados a las des argas par iales sean visibles
en el os ilos ipio, y la tension de ruptura para un aislante en ondi iones limpias y se as. En
segunda instan ia se medirá los mismos niveles de tension pero para un aislante ontaminado
on una solu ión salina 40− 80g
Lque simulara las ondi iones atmosféri as.
5.1. Aislante Limpio y Se o
Tabla 1: Medi ión de tensiones para el aislante limpio y se o
VinicioDPS VMaxsinruptura Vruptura
19,00 102,00 �
21,56 102,90 �
28,36 102,81 �
5.2. Aislante Húmedo y Contaminado
Tabla 2: Medi ión de tensiones para el aislante ontaminado on solu ión salina 40− 80g
L
VinicioDPS Vruptura
9,26 77,2
6,2 76,7
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6. Análisis de los resultados
En la primera parte de la experien ia se utilizó un aislador limpio y sin humedad en el (se o),
el ual se sometió a tensión on el �n de en ontrar la tensión de ini io de des argas par iales y
la tensión de ruptura. Para el aislador en estas ondi iones o urrieron DP en rangos de tensión
de los 25[kV ] aproximadamente, pero no fue posible al anzar la tensión de ruptura in luso en
tensiones del orden de los 102[kV ] , tal y omo se puede apre iar en la tabla 1. El motivo para
no al anzar la tension de ruptura fue por onsidera ión y uidado on el equipo de AT dado que
por niveles mayores a 110[kV ] podría resultar dañado
Posteriormente en un aislador de las mismas ara terísti as que el anterior pero ro iado on
una solu ión salina de 40 − 80 [g
l] se repitió el ensayo. Ahora la tensión en la que apare en las
primeras DP es del orden de los 6[kV ] y en este aso sí se logra al anzar una tensión de ruptura
a los 77[kV ] aproximadamente, tal y omo se puede apre iar en la tabla 2.
Produ to de la solu ión salina es apre iable que tanto la tensión a la que apare en las DP
(PDIV), omo la tensión de ruptura han bajado onsiderablemente. Esto se debe a que produ to
de la ontamina ión en la super� ie del aislante, se produ e una apa ontaminante que al ser
humede ida fa ilita el transporte de argas que empiezan a ir ular y generan pequeñas orrientes
que on luyen en la ruptura del aislante, omo se expli ó en detalle en el mar o teóri o.
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7. Con lusiones
La ontamina ión sobre la super� ie de los aislantes redu en la rigidez elé tri a, esto provo a
que tanto la PDIV omo la tensión de ruptura disminuyan onsiderablemente en varios kV , lo
ual puede provo ar grandes fallas, ya que esta disminu ión puede ha er que el aislante quede
por debajo de la tensión on la ual esté operando el sistema y por ende puede o asionar ruptura.
La manten ión es de vital importan ia para disminuir y evitar este tipo de DP?s.
El fa tor de la ontamina ión ambiental debe ser tomado en uenta a la hora de es oger
un aislante ya que para un mismo nivel de tensión y distintas ondi iones ambientales, habrán
distintas tensiones de ruptura produ to de las orrientes super� iales . Es de ir, ante una elevada
ontamina ión es ne esario un mejor aislante tal que soporte los esfuerzos elé tri os produ to de
las orrientes.
Aunque mu hos fa tores están involu rados en el omportamiento elé tri o de los materiales
aislantes, la humedad y la ontamina ión juegan papeles importantísimos. En ondi iones se as
y ambientes limpio sin ontamina ión, los aisladores poseen un buen omportamiento y una larga
vida útil. La humedad y la ontamina ión provo an un in remento en la orriente super� ial del
aislador. La orriente de fuga puede generar la forma ión de arqueos en bandas se as. El alor
produ ido por las des argas par iales daña y degrada la super� ie, ausando ruptura dielé tri a
en el aislador.
Otra punto importante a desta ar es el dimensionamiento y la forma del aislador. Se on luyo
que los aisladores tienen esa forma a hatada on bushing para poder maximizar la antidad de
aislante en el menor volumen posible, pero así mismo, el espa iamiento produ to del bushing debe
proveer una orre ta longitud de fuga tal que presente una alta resisten ia al ar o elé tri o. Es
por esto que la forma del aislador es un equilibrio entre ambas variables. Cabe desta ar también
que toda urva en la super� ie del aislador es suavizada, esto se bus a para evitar la genera ión
de DP's oronas.
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Referen ias
[1℄ E. Ku�el, W.S. Zaengl, J. Ku�el �High Voltage Engineering: Fundamentals�. 2nd Edition.
Año 2000.
[2℄ IEC 60815-1 �Guide for the sele tion and dimensioning of high-voltage insulators for polluted
onditions �
[3℄ IEC 60137 �Insulated bushings for alternating voltages above 1 000 V �
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