Resistencia dieléctrica y tensión de ruptura del aceite del transformador

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En la práctica, para la evaluación de las propiedades aislantes de los aceites de transformadores, se utiliza un indicador de resistencia eléctrica. Muy a menudo se identifica con la tensión de ruptura, pero sus valores numéricos no son iguales.

La tensión de ruptura es la tensión mínima aplicada al dieléctrico, lo que lleva a su ruptura. La resistencia eléctrica es igual a la relación entre la tensión de ruptura y la distancia entre los electrodos.

No hay evidencia para confirmar la conexión directa de la tensión de ruptura con la conductividad específica, pero se observa una sensibilidad similar a la presencia de impurezas mecánicas. Si la humedad en el dieléctrico cambia y aparecen impurezas mecánicas, comienza inmediatamente una disminución en la fuerza eléctrica. Tenga en cuenta que los factores enumerados no influyen en la conductividad eléctrica de los líquidos.

Resistencia dieléctrica: los principales factores que influyen

Los aceites puros de transformadores generalmente no contienen agua y otras impurezas, lo que les permite tener una tensión de ruptura suficiente (más de 60 kV). Este parámetro se determina utilizando electrodos de cobre planos con bordes redondeados y una distancia de 2,5 mm entre ellos.

La resistencia eléctrica no es constante para el material.

En el caso de tensiones de choque, la presencia de impurezas casi no tiene efecto en la resistencia eléctrica del aceite del transformador. La teoría ha sido adoptada, según la cual el mecanismo de ruptura bajo tensiones de choque (pulsadas) y la exposición prolongada tiene una naturaleza diferente.

Un aumento en la temperatura de 0 a 70 ºС conduce a un aumento en la resistencia eléctrica del aceite del transformador. Este fenómeno se explica por la eliminación de la humedad de los dieléctricos líquidos, su transición de un estado de emulsión a un estado disuelto y una disminución de la viscosidad del aceite.

El proceso de descomposición está muy influenciado por los gases disueltos. Cuando la tensión del campo eléctrico es baja, se puede observar la aparición de burbujas en los electrodos. Si el aceite del transformador no se ha desgasificado y la presión ha disminuido, su resistencia dieléctrica disminuye.

Se observan tres casos en los que la tensión de ruptura no depende de la presión:

  1. El fluido dieléctrico está completamente desgasificado.
  2. La presencia de tensión de choque (independientemente de la presencia de contaminación y gases).
  3. Presión alta (alrededor de 10 MPa).

Se ha demostrado que la tensión de ruptura del aceite del transformador no está determinada por el contenido total de agua, sino por su concentración en el estado de emulsión.

La aparición de agua de emulsión y una disminución de la resistencia dieléctrica se observan en los aceites de transformadores, que contienen agua disuelta, con una disminución brusca de la temperatura o humedad relativa del aire, mientras se mezcla el aceite debido a la desorción del agua adsorbida en la superficie del tanque.

Si se reemplaza el vidrio con polietileno en el tanque, esto llevaría a una disminución en la cantidad de agua de emulsión que se absorbió mientras se mezclaba el aceite de la superficie. Hay un aumento en la resistencia dieléctrica. La descarga cuidadosa del líquido dieléctrico del recipiente de vidrio sin mezclar permite obtener un aceite con alta resistencia dieléctrica.

La presencia de sustancias polares de alto y bajo punto de ebullición casi no afecta la conductividad y la resistencia dieléctrica del líquido aislante. Cuando se forman soluciones o emulsiones coloidales con un tamaño de gota muy pequeño en el aceite del transformador, se observa conductividad electroforética.

Teorías de la ocurrencia de la ruptura dieléctrica

En este momento, se acumuló una gran cantidad de material experimental sobre el tema de la descomposición de los dieléctricos líquidos, pero esto no ayudó a justificar la teoría unificada de su aparición.

Ahora los más populares son tres grupos de teorías:

  1. Térmica, que explica la apariencia del canal de gas como resultado de la ebullición del propio dieléctrico en lugares de heterogeneidad de campo local (burbujas de aire, etc.).
  2. Teoría del gas, según la cual la presencia de burbujas de gas adsorbidas en los electrodos o disueltas en aceite conduce a la descomposición;
  3. Química, que explica la descomposición como resultado de reacciones químicas que tienen lugar en el dieléctrico cuando se exponen a una descarga eléctrica en una burbuja de gas.

No es difícil notar que las tres teorías están unidas por el reconocimiento de que la ruptura del aceite ocurre en el canal de vapor formado por la evaporación del líquido dieléctrico.

La cantidad de voltaje de ruptura está influenciada por la presencia de agua confinada.

Cuando se usa la deshumidificación al vacío de aceite de transformador, hay tres etapas:

  1. un fuerte aumento en el voltaje de ruptura, correspondiente a la eliminación de agua de emulsión;
  2. la tensión de ruptura varía poco y se detiene a 60 kV. En esta etapa, la eliminación de agua disuelta y débilmente confinada;
  3. aumento lento de la tensión de ruptura debido a la eliminación del agua confinada.