Cómo evitar las fallas de los aisladores provocadas por especificaciones inapropiadas

Aisladores, INMR Español

El desempeño eléctrico de cada aislador depende en gran medida de la elección de diseño para el ambiente de servicio deseado. Sin embargo, el resultado de una especificación inapropiada puede ser muy diferente entre los aisladores de cerámica o poliméricos.

Como se explica en este artículo de Alberto Pigini para INMR, una especificación inapropiada o demasiado superficial de aisladores cerámicos puede generar arcos eléctricos. Pero el resultado, en el caso de los aisladores poliméricos, puede ser un daño permanente.


Los aisladores poliméricos ofrecen un número de beneficios que son bien conocidos debido a su alta relación resistencia a peso. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que están lejos de ser “indestructibles”, lo que significa que siempre se deben manipular, almacenar e instalar de manera apropiada. De forma similar, para asegurar un desempeño de servicio comparable con el de los aisladores cerámicos o mejor que este, se debe tener cuidado al crear las especificaciones. De hecho, al analizar las fallas informadas con estos aisladores a lo largo de los años, se ve que muchas se deben a una especificación y selección deficiente desde el punto de vista eléctrico.

Daño por especificación inapropiada de aisladores
Daño en aisladores poliméricos por la actividad de descarga parcial continua (2006).
Daño cerca de extremo vivo de un aislador de cadena en V polimérico de 138 kV sin anillos de clasificación, pero que opera en un ambiente costero altamente contaminado de Creta (2008).
Aunque ciertos niveles de corriente de fuga continua no generan un riesgo de arco eléctrico, sí pueden llevar a un daño irreversible en los aisladores poliméricos

El diseño eléctrico de los aisladores poliméricos no se debe hacer solo pensando en el desempeño de los arcos eléctricos durante las pruebas a corto plazo. Más bien, se debe basar en el riesgo de degradación de la superficie por las descargas parciales que, a largo plazo, pueden causar arrastre, erosión y una eventual falla. Esto es crucial ya que los aisladores poliméricos son altamente vulnerables a los daños si hay descargas parciales continuas y actividad de arco en sus superficies o cerca de ellas. Por ejemplo, muchas de las fallas documentadas se han debido a que los aisladores se instalan sin electrodos apantallados adecuados para limitar las gradientes del campo eléctrico cerca de su extremo de voltaje alto (e incluso en su extremo a tierra en el caso de los voltajes de sistema muy altos). De manera similar, a veces las fallas han sido el resultado de un estimado inexacto del ambiente de contaminación real donde se pusieron en servicio.

Según las pruebas de envejecimiento de laboratorio y los ensayos de campo existen tres clases distintas de corrientes de fuga en los aisladores poliméricos en condiciones de mojabilidad normales:

a. una clase altamente intermitente de valor bajo;
b. una corriente promedio relativamente alta de unos pocos mA, pero lejana a los valores típicos en condiciones previas al arco eléctrico;
c. una clase con valor alto de corriente (es decir, algunos cientos de mA) lo que indica que el aislador está cerca de generar un arco eléctrico.

Mientras que los aisladores de cerámica están diseñados en base a la clase de corriente de fuga “tipo c”, las unidades poliméricas se deberían diseñar tomando en cuenta las corrientes “tipo b”. De hecho, las investigaciones indican que mientras las corrientes de clase “a” tienen poca influencia sobre el desempeño a largo plazo, las corrientes clase “b” pueden generar arrastre, erosión y posiblemente, una falla permanente.

Por esto, cuando se seleccionan los aisladores poliméricos siempre debería haber suficiente margen de diseño entre la severidad que soportan y la contaminación ambiental real. La necesidad crítica es limitar la corriente de fuga durante toda la vida útil. Para esto, se debe tomar en cuenta la posible influencia del estrés de servicio en la hidrofobicidad y la mojabilidad de la superficie. Por lo tanto, en el caso de los aisladores poliméricos (AC y DC), el enfoque convencional que se basa en las clases de contaminación (por ejemplo, como se define en la norma IEC 60815), no es ideal. Para asegurar un desempeño de servicio satisfactorio es mejor tener un enfoque estadístico que tome en cuenta los parámetros ambientales y las características específicas del aislador.

En particular, la especificación en términos de la distancia de fuga requerida sola no es suficiente. Por ejemplo, la eficiencia de un perfil se puede volver muy baja si se fuerza demasiado la fuga en una distancia de arco dada. Idealmente, las indicaciones dadas en la IEC 60815 se deberían tomar más como una “herramienta guía” y no como un sustituto de la información obtenido a través de las pruebas. Para aquellos aisladores poliméricos ya instalados en líneas y donde ya es demasiado tarde para cambiar las especificaciones, los diagnósticos que se basan en la medición de la corriente de fuga en las unidades seleccionadas pueden ayudar a identificar cualquier insuficiencia en el diseño y gatillar un lavado si los valores promedio de la corriente de fuga alcanzan el tipo destructivo “b”.

Aunque en la discusión anterior solo se considera el diseño eléctrico, por supuesto que también es importante considerar una especificación adecuada desde el punto de vista mecánico y tal vez lo sea aún más en los aisladores de cerámica. Nuevamente, muchas de las fallas informadas, especialmente en la generación reciente de aisladores poliméricos, se han debido a las especificaciones mecánicas inexactas o al mal manejo y a las prácticas de instalación inapropiadas que no consideran que estas pueden provocar daños permanentes.

En principio, la madurez y la confiabilidad intrínseca de los aisladores poliméricos se pueden considerar satisfactorias y del mismo nivel que las de los aisladores cerámicos. Sin embargo, en la práctica, la confiabilidad de estos aisladores dependerá de si las especificaciones eléctricas y mecánicas son exactas y también si toman en cuenta las características especiales, la respuesta al estrés específico del servicio y los métodos de instalación.