Rigidez dieléctrica de los aceites para transformadores

Uno de los principales indicadores que caracterizan las propiedades de aislamiento. aceites de transformador en la práctica de su aplicación es su rigidez dieléctrica:

E = UNC / H

donde Upr — tensión de ruptura; h es la distancia entre los electrodos.

La tensión de ruptura no está directamente relacionada con la conductividad específica, pero, al igual que ella, es muy sensible a la presencia de impurezas... Como mínimo, un cambio en la humedad dieléctrico líquido y la presencia de impurezas en él (así como para la conductividad) la rigidez dieléctrica disminuye bruscamente. Los cambios de presión, forma y material de los electrodos y la distancia entre ellos afectan la rigidez dieléctrica. Al mismo tiempo, estos factores no afectan la conductividad eléctrica del líquido.

El aceite de transformador limpio, sin agua y otras impurezas, independientemente de su composición química, tiene una tensión de ruptura lo suficientemente alta para la práctica (más de 60 kV), determinada en electrodos planos de cobre con bordes redondeados y una distancia entre ellos de 2,5 mm. La rigidez dieléctrica no es una constante material.

En tensiones de impacto, la presencia de impurezas casi no tiene efecto sobre la rigidez dieléctrica. En general, se acepta que el mecanismo de falla para los voltajes de choque (impulso) y la exposición a largo plazo es diferente. Con tensión pulsada, la rigidez dieléctrica es significativamente mayor que con una exposición relativamente larga a tensión con una frecuencia de 50 Hz. Como resultado, el riesgo de sobretensiones de conmutación y descargas de rayos es relativamente bajo.

El aumento de la fuerza con un aumento de la temperatura de 0 a 70 ° C está asociado con la eliminación de la humedad del aceite del transformador, su transición de una emulsión a un estado disuelto y una disminución en la viscosidad del aceite.

Los gases disueltos juegan un papel importante en el proceso de degradación. Incluso cuando la fuerza del campo eléctrico es menor que la de destrucción, se observa la formación de burbujas en los electrodos. A medida que disminuye la presión del aceite de transformador no desgasificado, disminuye su resistencia.

La tensión de ruptura no depende de la presión en los siguientes casos:

a) líquidos completamente desgasificados;

b) tensiones de choque (independientemente de la contaminación y el contenido de gas en el líquido);

c) alta presión [alrededor de 10 MPa (80-100 atm)].

El voltaje de ruptura del aceite de transformador no está determinado por el contenido total de agua, sino por su concentración en el estado de emulsión.

La formación de emulsión de agua y una disminución de la rigidez dieléctrica ocurren en el aceite de transformador que contiene agua disuelta con una fuerte disminución de la temperatura o la humedad relativa del aire, así como con la mezcla del aceite debido a la desorción del agua adsorbida en la superficie del buque.

Al reemplazar el vidrio en un recipiente con polietileno, la cantidad de agua de emulsión se desorbe al mezclar el aceite de la superficie y aumenta su resistencia en consecuencia. El aceite de transformador, cuidadosamente drenado de un recipiente de vidrio (sin remover), tiene una alta resistencia eléctrica.

Las sustancias polares con puntos de ebullición bajos y altos, que forman soluciones verdaderas en el aceite del transformador, prácticamente no afectan la conductividad y la fuerza eléctrica. Sustancias que forman soluciones coloidales o emulsiones de gotas muy pequeñas en el aceite de transformador (que son las causantes de la conductividad electroforética), si tienen un punto de ebullición bajo, se reducen, y si su punto de ebullición es alto, prácticamente no afectan a la fortaleza.

A pesar de la gran cantidad de material experimental, cabe señalar que todavía no existe una teoría unificada generalmente aceptada de la ruptura de los dieléctricos líquidos, aplicada incluso en condiciones de exposición prolongada al voltaje.

La ruptura de los dieléctricos líquidos contaminados con impurezas durante la exposición prolongada al voltaje es esencialmente una ruptura del gas de cubierta.

Hay tres grupos de teorías:

1) térmica, que explica la formación de un canal de gas como resultado de la ebullición del propio dieléctrico en lugares locales aumenta las faltas de homogeneidad del campo (burbujas de aire, etc.)

2) gas, a través del cual la fuente de descomposición son las burbujas de gas adsorbidas en los electrodos o disueltas en aceite;

3) químico, que explica la ruptura como resultado de reacciones químicas que ocurren en un dieléctrico bajo la acción de una descarga eléctrica en una burbuja de gas. Lo que estas teorías tienen en común es que la descomposición del aceite se produce en un canal de vapor formado por la vaporización del propio dieléctrico líquido.

Se supone que el canal de vapor está formado por impurezas de bajo punto de ebullición si provocan un aumento de la conductividad.

Bajo la influencia de un campo eléctrico, las impurezas contenidas en el aceite y que forman en él una solución coloidal o microemulsión son atraídas al área entre los electrodos y transportadas en la dirección del campo. Una cantidad significativa del calor liberado en este caso, debido a la baja conductividad térmica del dieléctrico, se gasta en calentar las propias partículas de impureza. Si estas impurezas son la causa de la alta conductividad específica del aceite, entonces a un bajo punto de ebullición de las impurezas se evaporan, formando, si su contenido es suficiente, un "canal de gas" en el que se produce la descomposición.

Los centros de evaporación pueden ser burbujas de gas o vapor formadas bajo la influencia de un campo (como resultado del fenómeno de electroestricción) debido a las impurezas disueltas en el aceite (aire y otros gases, y posiblemente también productos de oxidación de bajo punto de ebullición de un dieléctrico líquido). ).

El voltaje de ruptura de los aceites depende de la presencia de agua ligada. En el proceso de secado al vacío del aceite, se observan tres etapas: I — un fuerte aumento en el voltaje de ruptura correspondiente a la eliminación del agua de la emulsión, II — donde el voltaje de ruptura cambia poco y permanece en el nivel de aproximadamente 60 kV en choque estándar, luego el tiempo agua disuelta y débilmente unida, y III - crecimiento lento del estrés del aceite de descomposición por eliminación del agua unida.