El rápido envejecimiento del aceite y deterioro de su calidad en funcionamiento, puede ocurrir no solo debido a una estabilidad química insuficiente, sino también bajo la influencia de materiales estructurales y aislantes de los transformadores.
El catalizador más activo para la oxidación del aceite de transformador es el cobre. Con respecto al grado de actividad del hierro, aluminio, níquel, zinc, las opiniones de los investigadores difieren. Esto puede explicarse, por un lado, por la diferencia en las condiciones de oxidación del aceite, por el otro, por la sensibilidad desigual del aceite de diferente composición de hidrocarburos al estado de ciertos metales. La soldadura de cobre y fósforo también acelerará la oxidación del aceite muy activamente. Otros metales tienen poco efecto sobre la oxidabilidad del aceite. La actividad catalítica de las aleaciones de cobre (bronce, latón, etc.) aumenta durante la aumentación del contenido de cobre.
Los aceros cromados y las aleaciones a base de titanio son inertes como catalizadores de oxidación.
La tangente del ángulo de pérdida dieléctrica del aceite es el parámetro más sensible, que permite evaluar el efecto de los metales sobre la oxidabilidad del aceite; El número de aceites ácidos después de la oxidación en el contenido de metales catalíticamente poco activos prácticamente no difiere, mientras que la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica difiere notablemente.
En presencia de cable de cobre, envuelto herméticamente con varias capas de papel de cable, hay menos cambios en el rendimiento del aceite que con el mismo cable, pero sin aislamiento de papel. Esto se debe al deterioro de las condiciones de difusión del aceite a la superficie del cobre a través de la capa de papel, así como a la influencia de los procesos de adsorción de los productos de oxidación del aceite por papel.
La actividad del cobre como catalizador depende del estado de su superficie. Por lo tanto, al evaluar el efecto de los metales en el proceso de oxidación del aceite de transformador, es necesario tener en cuenta las condiciones específicas de su operación en equipos.
Durante mucho tiempo se creyó que el cobre y el hierro, tomados en ciertas proporciones de sus superficies, también, como los óxidos de estos metales, aceleran significativamente el proceso de envejecimiento del aceite. Sin embargo, los estudios han demostrado que esto se aplica sólo a los aceites insuficientemente purificados.
La cuestión de las razones de la diferente actividad catalítica de los metales en el proceso de oxidación no puede considerarse completamente clara.
La mayor actividad catalítica del cobre en comparación con el hierro se asocia con la mayor termorresistencia del primero, debido a que es más probable que el cobre se vuelva soluble.
Como resultado, la interacción del cobre con los compuestos de peróxido se acelera y continúa la formación del proceso oxidativo.
Además, las partículas metálicas son propensas a la formación de jabones cuando interactúan con los productos de los aceites de envejecimiento. Los derivados metálicos, son los óxidos y las capas de ácidos orgánicos, los jabones, en la mayoría de los casos son iniciadores más activos de la oxidación del aceite que los metales mismos. La acumulación de partículas metálicas, en su mayoría pequeñas 5-10 micras, conduce a la formación de centros en las partes más estresadas del transformador, lo que puede provocar un envejecimiento prematuro del aislamiento de papel-aceite, el sobrecalentamiento y la formación de descargas parciales en las partículas.
También en la fabricación de transformadores de aceite se utilizan diversos tipos de materiales aislantes sólidos. La cantidad de materiales celulósicos en los transformadores de aceite es bastante significativa.
Para fortalecer la resistencia mecánica del aislamiento de las tomas de alta tensión y otras partes de transformadores que llevan corriente, se utiliza tela barnizada o papel crepé. En la fabricación de piezas individuales y componentes del transformador se utilizan getinaks (FR-2), plástico, madera, cinta de algodón.
Durante el envejecimiento del aceite en contacto con productos hechos de caucho resistente al aceite, se observa una comparación del índice de acidez y el deterioro de los parámetros dieléctricos. Un abundante sedimento blanco se encuentra en el aceite, que contiene óxido de zinc, que se encuentra entre los ingredientes del caucho.
El impacto en el grado de envejecimiento de los aceites tiene materiales celulósicos en el transformador. Cuanto mayor sea la densidad de uno u otro material de celulosa, mayor será su capacidad de adsorción. Por esta razón, por ejemplo, con papel de condensador más denso, la calidad del aceite cambia más que con el papel de cable, que tiene una densidad más baja.
Al evaluar la profundidad de oxidación del aceite, por la cantidad de oxígeno absorbido, es posible identificar claramente el efecto acelerador de los materiales celulósicos en el proceso de oxidación del aceite. Además, en el aceite del transformador cuando interactúan con el aislamiento de papel-celulosa, entran las fibras que se formaron durante su descomposición. Las fibras de aislamiento de papel que entran en el aceite contienen agua absorbida, lo que aumenta el contenido de humedad en aceite y reduce su tensión de ruptura.
Agua en aceite puede estar en cuatro estados agregativos:
- Agua dispersa es el agua de gotas, tiene el efecto negativo más fuerte en las propiedades de aislamiento eléctrico del aceite y el papel. Debido a la distribución desigual de la humedad en volumen, especialmente en presencia de metales, se produce el envejecimiento más intenso del aislamiento de papel y aceite.
- Agua absorbida por partículas sólidas: causa un impacto negativo no solo en las propiedades de aislamiento eléctrico del aceite, lo que deteriora los parámetros de calidad del aceite. Con una distribución desigual por volumen, existe un riesgo de deriva hacia zonas con intensidad máxima.
- Agua disuelta, a diferencia del agua dispersada y absorbida, tiene una distribución uniforme por volumen y tiene un efecto mínimo en las propiedades de aislamiento eléctrico de los aceites, pero, sin embargo, tiene un efecto negativo en el envejecimiento del aislamiento del papel y el aceite.
- Agua, que se encuentra principalmente en los anillos aromáticos, se forma debido a los enlaces de hidrógeno; este tipo de humedad prácticamente no afecta la calidad del aceite.
El efecto de la humedad dispersa debido al hecho de que el agua bajo la acción de un campo eléctrico es atraída a áreas con mayor intensidad. Sin embargo, también están deformados, estirándose a lo largo de las líneas de fuerza. A una cierta tensión, dependiendo de la concentración de humedad, las gotas individuales se fusionan y forman muy finos canales de agua. Como resultado, el campo eléctrico está muy distorsionado, porque la constante dieléctrica del fluido polar es mucho más grande que la de aceite. Una disminución particularmente fuerte en la resistencia crítica se produce cuando el aceite contaminado con fibras se humedece. Debido a la alta higroscopicidad, las fibras absorben intensamente la humedad, lo que conduce a un aumento en la resistencia dieléctrica. Por lo tanto, los procesos de atracción de fibras en el campo de un campo fuerte y la formación de «puentes» son más activos.
La ruptura en dieléctricos líquidos contaminados con impurezas durante la exposición a voltaje a largo plazo es esencialmente una muestra de gas velada.
La ruptura en dieléctricos líquidos contaminados con impurezas durante la exposición a voltaje a largo plazo es esencialmente una ruptura de gas. Bajo la acción de un campo eléctrico, las impurezas contenidas en el aceite y formando una solución coloidal o microemulsión en él, se introducen en la zona entre los electrodos y se desplazan hacia el campo. Una cantidad significativa de calor liberado en este caso debido a la alta conductividad térmica del dieléctrico se gasta durante el calentamiento de las partículas de impureza en sí mismas. Si estas impurezas son la causa de la alta conductividad específica del aceite, entonces a un punto de ebullición bajo de las impurezas se evaporan, formándose con un contenido suficiente de su canal de gas, en el que se produce la descomposición.
Además de la desorción de agua de la superficie de las fibras de celulosa, existe una desorción de gases con la posterior formación de canales de gas, cuando el contenido de gases es más del 6% en aceite, dependiendo de la temperatura y la naturaleza de los gases formados.
Con una alta concentración de gases en el aceite, se forman microburbujas, en las cuales las condiciones para la formación de una descarga, especialmente sus etapas iniciales, son más favorables que en el propio aceite.
La influencia de los gases disueltos determina la dependencia de la fuerza dieléctrica del aceite desgasificado en la presión. A medida que aumenta la presión, aumenta la solubilidad del gas, disminuye el número de microburbujas y disminuye la tensión de ruptura.
El número de partículas puede verse afectado por la descarburación de las moléculas de aceite que se produce durante las descargas eléctricas parciales. La cantidad de partículas formadas se correlaciona con el número de masa del aceite base y en esta parte los aceites nafténicos tienen ventajas sobre los de parafina.
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