Trabajo-Evaluación de Aisladores cerámicos en Líneas de Media y Alta Tensión

Durante las tareas de mantenimiento en líneas energizadas, la seguridad del operario depende críticamente del correcto aislamiento eléctrico entre partes vivas y elementos a diferente potencial. Los aisladores de porcelana, aunque robustos y duraderos, pueden presentar fallas eléctricas no visibles que reducen su capacidad de aislamiento y acortan peligrosamente las distancias mínimas de seguridad requeridas en trabajos con tensión (TCT).
Por esta razón, antes de intervenir una cadena de aisladores, es indispensable verificar su estado mediante inspección visual y la evaluación de su capacidad aislante.
La selección del método de diagnóstico adecuado es fundamental para garantizar una evaluación precisa en el menor tiempo posible, minimizando riesgos y optimizando los recursos.
Este trabajo tiene como objetivo aportar claridad sobre esta problemática y presentar, desde un enfoque teórico y práctico, los métodos y herramientas disponibles para realizar un diagnóstico eficaz del estado eléctrico de las cadenas de aisladores.

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Evaluación de Aisladores cerámicos en Líneas de Media y Alta Tensión
Selección del Método de Diagnóstico

Empresa: TYRCO S.A.
País: Argentina.
Autor/es: Leonardo Guarco.
Cargo: Laboratorio de I+D
DATOS DE LA EMPRESA
Dirección: 25 de Mayo 2666 EL Talar, Pcia. de Buenos Aires.
Celular: [phone]
E-mail: [email protected]

0.0 Introducción

Durante las tareas de mantenimiento en líneas energizadas, la seguridad del operario depende
críticamente del correcto aislamiento eléctrico entre partes vivas y elementos a diferente
potencial. Los aisladores de porcelana, aunque robustos y duraderos, pueden presentar fallas
eléctricas no visibles que reducen su capacidad de aislamiento y acortan peligrosamente las
distancias mínimas de seguridad requeridas en trabajos con tensión (TCT).
Por esta razón, antes de intervenir una cadena de aisladores, es indispensable verificar su
estado mediante inspección visual y la evaluación de su capacidad aislante.
La selección del método de diagnóstico adecuado es fundamental para garantizar una
evaluación precisa en el menor tiempo posible, minimizando riesgos y optimizando los
recursos.
Este trabajo tiene como objetivo aportar claridad sobre esta problemática y presentar, desde
un enfoque teórico y práctico, los métodos y herramientas disponibles para realizar un
diagnóstico eficaz del estado eléctrico de las cadenas de aisladores.

1.0 Un poco de teoría.

1.1 Fallas en aisladores.
Los aisladores deben mantener condiciones óptimas para asegurar las distancias de seguridad.
Sin embargo, diversos factores pueden degradar su desempeño eléctrico y provocar fallas
peligrosas. A continuación, se enumeran las principales causas que pueden comprometer la
capacidad aislante de un aislador:

1. Contaminación superficial y tracking
La acumulación de sal, polvo, humedad o ceniza sobre el
aislador puede formar una capa conductiva. En condiciones
húmedas y bajo tensión, esto genera corrientes de fuga que
pueden derivar en arcos disruptivos (flashovers) hacia
estructuras o herramientas cercanas, acortando la distancia de
aislamiento real.

2. Descargas parciales internas (PD)
Defectos microscópicos internos, como poros, microgrietas o fallas de fabricación,

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pueden provocar descargas eléctricas localizadas que degradan gradualmente la
estructura del aislador desde el interior.
3. Envejecimiento y pérdida de vidriado
Con el paso del tiempo, el esmaltado superficial se deteriora, aparecen grietas y
pueden producirse corrosiones en los herrajes. Esto facilita la acumulación de
contaminantes y el desarrollo de formación de caminos conductivos superficiales
(tracking), reduciendo la rigidez dieléctrica.
4. Perforación interna
Cuando se produce una ruptura dieléctrica dentro del cuerpo del aislador,
este deja de cumplir su función. Aunque no siempre es visible
externamente, esta falla crea zonas conductivas internas que alteran la
distribución del campo eléctrico en la cadena.

Detectar las fallas antes de que se vuelvan críticas y provoquen una reducción de las distancias
de seguridad o en casos extremos, el colapso de la cadena o de los aisladores, es fundamental.
Las rutinarias de ensayo periódico permiten identificar la degradación progresiva de los
aisladores con suficiente antelación como para intervenir con técnicas de trabajo con tensión
(TCT), antes de que las distancias se vuelvan críticas y sea necesario recurrir a métodos que
requieran la interrupción del servicio.

1.2 Distribución de las tensiones en una cadena de aisladores.

Las cadenas de aisladores se modelan eléctricamente como una asociación de capacitores
conectados en serie Fig.1, donde cada aislador se representa mediante su capacitancia
individual.
Sin embargo, la distribución del potencial eléctrico a lo largo de la cadena no es uniforme,
debido a la presencia de capacitancias parásitas que alteran el reparto ideal. Los principales
factores que generan esta distribución asimétrica son:

• Capacitancia a tierra: producto del acoplamiento capacitivo entre los aisladores y la
estructura metálica de la torre.
• Capacitancia de acoplamiento con el conductor: generada entre el conductor de fase y
los herrajes metálicos que sostienen los aisladores.
• Capacitancias mutuas: entre elementos contiguos de la cadena.

Estas capacitancias parásitas provocan un gradiente de tensión no lineal, donde los primeros
aisladores —más próximos al conductor de fase— soportan una proporción significativamente
mayor de la tensión total. Este fenómeno suele representarse mediante gráficos que muestran
la distribución porcentual de la tensión en cada unidad. En cadenas de doce aisladores, por
ejemplo, se observa una desproporción marcada, siendo los esfuerzos eléctricos más severos
en los primeros eslabones.
En cadenas cortas, este efecto se acentúa: el primer aislador puede llegar a soportar más del
60 % de la tensión total (este valor puede variar según la geometría y las condiciones de
montaje). En cambio, en cadenas más largas, la distribución se vuelve más uniforme, aunque
nunca completamente lineal.
La inclusión de anillos de guarda (anillos de corona o equipotenciales) mejora notablemente el
reparto de tensión entre los aisladores. Estos dispositivos modifican el campo eléctrico y

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permiten una distribución más homogénea, aplanando la curva de gradiente de tensión. No
obstante, incluso con su incorporación, la distribución nunca es perfectamente lineal.



Fig.1 Fig.2
En el grafico el eje vertical representa el porcentaje de tensión soportado por cada aislador y el
eje horizontal representa la posición de los aisladores en la cadena, desde el más cercano al
conductor (izquierda) hasta el más próximo a tierra (derecha).

Fig.3
La Fig.3 muestra una curva típica de distribución de tensión en una cadena de aisladores,
donde se destacan dos anomalías visibles correspondientes a dos aisladores defectuosos
dentro del conjunto.
Se observan dos descensos localizados y pronunciados en la curva, lo que indica una alteración
en el comportamiento eléctrico de los aisladores en esas posiciones. Esto sugiere que esos
elementos han perdido su capacidad dieléctrica parcial o totalmente.
Debido al fallo de esos aisladores, los elementos adyacentes compensan la diferencia
soportando mayor tensión, lo que genera un riesgo elevado de sobrecarga y ruptura
dieléctrica en cadena.

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1.3 Detección de fallas en aisladores mediante corriente de fuga.

El método se basa en el principio de que todo aislador, en condiciones ideales, presenta una
alta impedancia eléctrica tanto interna como superficial. Esta propiedad impide el paso de
corriente significativa cuando se aplica una diferencia de potencial entre sus extremos. Sin
embargo, en presencia de contaminación, humedad, envejecimiento del material o
microfisuras internas, esta impedancia disminuye, permitiendo el paso de una corriente de
fuga mensurable.









Fig.4

Para evaluar el estado del aislamiento, se aplica una tensión continua (DC) de valor elevado,
típicamente del orden de 10 kV, con una corriente limitada por diseño para evitar descargas
disruptivas. Esta tensión genera un campo eléctrico controlado a través del cuerpo del
aislador.
Desde el punto de vista eléctrico, el aislador se comporta como un sistema mixto resistivo-
capacitivo:
• El componente capacitivo es inherente a su geometría y al material dieléctrico que lo
compone.
• El componente resistivo se vuelve predominante cuando existen caminos conductivos
generados por humedad, contaminación superficial (polvo, sales, partículas) o
defectos estructurales internos (como fisuras o inclusiones de humedad).

La corriente que circula en respuesta a la tensión aplicada es mayormente resistiva una vez
superado el transitorio de carga inicial, ya que el efecto capacitivo es despreciable en régimen
permanente. Esta corriente de fuga refleja el estado dieléctrico del aislador.
En un aislador en buen estado, la corriente de fuga se mantiene en el orden de algunos
microamperios.
A medida que el aislamiento se degrada, la corriente aumenta de forma significativa:

• Valores bajos indican que el aislador mantiene sus propiedades dieléctricas.

• Valores elevados sugieren una pérdida parcial o total del aislamiento, causada por
degradación superficial o fallas internas.

La medición de esta corriente proporciona un criterio objetivo y cuantificable para diagnosticar
el estado del aislador y determinar si permanece apto para servicio o si debe ser reemplazado
de manera preventiva.

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1.4 Modelo eléctrico equivalente.
Fig.5

El aislador puede representarse mediante un modelo RC en paralelo (Fig.5), compuesto por:

I_total(t) = I_C(t) + I_R(t)
Donde:
• I_C(t) = C · dV/dt es la corriente capacitiva, dominante durante el transitorio inicial.
• I_R(t) = V/R es la corriente resistiva, dominante en estado estacionario.
• C es la capacitancia del aislador.
• R es la resistencia del trayecto de fuga.
• V es la tensión aplicada.

Una vez que dV/dt = 0 (después del transitorio), la corriente total es puramente resistiva:

I_fuga = V / R

2.0 Selección del método de diagnósticos.

Si bien ambos métodos pueden utilizarse para evaluar el estado de cadenas de aisladores (ya
sea mediante medición de corriente de fuga o mediante perfilado de distribución de tensión),
la elección entre ellos suele estar determinada más por consideraciones ergonómicas y físicas
que por limitaciones técnicas inherentes a cada método.
En particular, los instrumentos utilizados para la medición de corriente de fuga (perfiladores
activos) suelen tener un mayor tamaño, peso y complejidad estructural que los equipos
utilizados para el perfilado por distribución de tensión. Esto tiene un impacto directo en el
trabajo en campo.

Desde el punto de vista ergonómico, el manejo prolongado de instrumentos pesados con
pértigas aislantes —especialmente en posiciones elevadas o inclinadas— incrementa el
esfuerzo físico del operario, disminuye la precisión de la medición y puede generar fatiga
operativa o riesgos posturales.

Desde el punto de vista físico, la operación sobre torres de alta tensión con cadenas largas de
aisladores implica una mayor dificultad de acceso y manipulación, donde la utilización de
equipos livianos y de menor volumen resulta decisiva para garantizar seguridad, estabilidad y
rapidez en la toma de datos.

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Por estos motivos, en contextos donde se requiere evaluar múltiples puntos en cadenas
extensas o en ubicaciones de difícil acceso, el método basado en la distribución de tensión
suele ser preferido, no por superioridad técnica, sino por mejor adaptación a las condiciones
reales de trabajo en campo.

2.1 Método de medición de la distribución de tensión en cadenas de aisladores.

Aplicación:
Este método se recomienda para ser utilizado en cadenas de aisladores de líneas de 33 kV o
más siempre que la línea este energizada.
Como ejemplo vamos a utilizar el PCA-500 de Tyrco S.A. para ilustrar el procedimiento.

Procedimiento:
Para este método se utilizan perfiladores de aisladores pasivos, estos son los que realizan
mediciones en puntos específicos a lo largo de la cadena de aisladores y analizan la
distribución de la tensión en las cadenas de aisladores que permite identificar desviaciones
que señalan defectos o deterioros en algún elemento de la cadena.

Procedimiento de perfilado de tensión en cadenas de aisladores

1. Montaje de la sonda:
Coloque la sonda sobre una pértiga de longitud adecuada, acorde a la tensión nominal
de la línea y a las distancias mínimas de seguridad requeridas por la normativa
aplicable.

2. Encendido y verificación inicial:
Encienda el dispositivo. La pantalla mostrará el valor de tensión medido y el estado de
carga de la batería. Verifique que ambos sean correctos antes de iniciar el perfilado.

3. Toma de mediciones:
• Posicione la sonda sobre el primer aislador de la cadena.
• Espere a que la lectura se estabilice.
• Registre el valor de tensión indicado.
• Repita el procedimiento para cada aislador restante de la cadena, siguiendo el
mismo criterio de estabilización y registro. Fig.6
Fig. 6

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4. Análisis de resultados:
Una vez completado el perfilado de toda la cadena, analice los datos obtenidos para
evaluar la uniformidad del gradiente de tensión.

















Fig.7

Es importante destacar que la forma de la curva resultante es más significativa que los valores
absolutos de tensión. Las magnitudes individuales pueden variar debido a factores
ambientales como temperatura y humedad, pero la forma general de la curva debe conservar
una progresión suave y continua.
La curva ideal de distribución de tensión presenta una forma aproximadamente parabólica, sin
saltos ni discontinuidades abruptas entre puntos adyacentes. Cualquier anomalía o ruptura en
la pendiente puede indicar la presencia de un aislador defectuoso o degradado, lo que justifica
una intervención correctiva.
















Fig.8

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Para identificar posibles fallos, se debe prestar atención a:

1. Deformaciones en la forma de la curva: pérdidas de continuidad, saltos, tramos no
suaves o desviaciones marcadas respecto del perfil esperado.

2. Lecturas anómalas cercanas a cero: valores significativamente más bajos que el resto,
localizados en uno o varios aisladores, lo que evidencia bypass de tensión por fuga o
cortocircuito interno.

La presencia de cualquiera de estos indicadores justifica una inspección detallada del
aislador afectado y, de ser necesario, su reemplazo preventivo.

2.2 Método de detección de fallas en aisladores mediante corriente de fuga.

1. Aplicación:
Este método se recomienda para ser utilizado en aisladores de líneas de 33 kV o
menos, estando la línea este energizada o no.
Como ejemplo vamos a utilizar el PCA-500 ACTIVE de Tyrco s.a para ilustrar el
procedimiento.

2. Procedimiento:
El PCA-500 ACTIVE genera internamente un voltaje DC de prueba de 10 kV, limitado en
corriente que se aplica entre los extremos del aislador, falda (extremo donde se
encuentra el conductor) y el perno (extremo fijado a la cruceta).
Una escala LED indica el valor de corriente de fuga, mientras que una indicación sonora
alerta si esta excede un umbral predefinido, señalando un aislamiento deficiente.

Montaje de la sonda:
Coloque la sonda sobre una pértiga de longitud adecuada, acorde a la tensión nominal de la
línea y a las distancias mínimas de seguridad requeridas por la normativa aplicable.


Fig.9

• Se colocan las sondas directamente sobre la caperuza y pin del aislador.
• Se leen los resultados en los LEDs del indicador.

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Requisitos de seguridad:
• Es necesario garantizar que el equipo no se someta a tensiones mayores a
60 kVac. Ya que esto podría generar arcos eléctricos.
• No usar bajo lluvia, alta humedad (>85 %) o niebla, ya que puede generar
falsas lecturas.



1.1 Diagnóstico de fallas incipientes y mantenimiento preventivo.

La lectura en la escala LED refleja la condición del aislador:

• LED verde con baja corriente de fuga sugiere aislamiento en buenas (I <= 12 uA).

• LEDs amarillos, precaución superficie contaminada o con daño leve (12uA < I < 29uA).

• LEDs rojos indica fuga anómala, simultáneamente una indicación sonora alerta si se
detecta aislador defectuoso (I > 35uA). Si el instrumento señala defecto (luz roja o
alarma), se considera que el aislador presenta un camino de fuga excesivo. Este
resultado indica contaminación severa o fisura interna, por lo que debe programarse
limpieza o reemplazo del aislador afectado.

Es recomendable anotar los resultados (aislador probado, valor de fuga, estado) para llevar
historial. Esto permite detectar tendencias de deterioro en aisladores expuestos a
contaminación ambiental severa.


3. Conclusiones

La verificación del estado de los aisladores es una tarea crítica dentro del mantenimiento
preventivo de los sistemas eléctricos.
La correcta selección del método diagnóstico permite:

• Utilizar la herramienta adecuada para realizar el trabajo de forma segura, eficiente y
con menor esfuerzo operativo.
• Detectar en forma temprana defectos o deterioros en las propiedades dieléctricas del
aislamiento.
• Cumplir con las normativas vigentes y minimizar riesgos de choques eléctricos de los
operarios durante los trabajos en TCT.
• Asegurar la continuidad operativa y la confiabilidad del suministro eléctrico.

Método de medición de distribución de tensión en cadenas de aisladores.
Este método es más adecuado para inspeccionar cadenas completas en líneas con tensiones
superiores a 33 kV energizadas, ya que permite detectar variaciones anómalas en la
distribución de potencial eléctrico. Su bajo peso lo hace más ergonómico para estructuras
elevadas o cadenas extensas.

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Método de detección de fallas mediante corriente de fuga.
Este método es recomendable para la evaluación de aisladores individuales en líneas de hasta
33 kV, tanto en condiciones energizadas como fuera de servicio. Resulta especialmente útil
para identificar fallas internas o pérdidas de aislamiento que no son evidentes visualmente.

Los perfiladores de aisladores desarrollados por Tyrco S.A. han sido diseñados para respaldar
ambas metodologías, proporcionando datos confiables que permiten tomar decisiones
fundamentadas, optimizar los planes de mantenimiento y reforzar la seguridad operativa en
entornos de transmisión y distribución de energía.



Referencias.

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formulas for different high-voltage electrodes. Energies, 11(5), 1090.
https://www.mdpi.com/1996-1073/11/5/1090
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aisladores de líneas de transmisión mediante simulación numérica [Tesis de pregrado,
Escuela Politécnica Nacional]. Repositorio Digital EPN.
https://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/19222
3. Cárdenas, A. (2019). Distribución de voltaje en una cadena de aisladores por el método
de la esfera de chispas [Informe de laboratorio]. https://pdfcoffee.com/distribucion-
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4. Paredes, R. (2016). Medición y simulación de la distribución de tensión en aisladores
de vidrio para líneas de 150 kV. Electrical Power and Energy Systems, 78, 148–155.
5. González-González, A., Romero, A., & Marroquín, A. (2019). Analysis and mitigation of
stray capacitance effects in high-voltage divider systems. Energies, 12(2278), 1–18.
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/135359/energies-12-02278.pdf
6. International Electrotechnical Commission (IEC). (2019). IEC 60071-1: Insulation
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7. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). (1999). IEEE Std 1313.2-1999:
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8. International Electrotechnical Commission (IEC). (2015). IEC 60383-1: Insulators for
overhead lines with a nominal voltage above 1000 V – Part 1: Ceramic or glass
insulator units for AC systems.