Rigidità dielettrica degli oli per trasformatori

Uno dei principali indicatori che caratterizzano le proprietà isolanti oli per trasformatori nella pratica della loro applicazione è la loro rigidità dielettrica:

E = FDC / H

dove Upr — tensione di rottura; h è la distanza tra gli elettrodi.

La tensione di rottura non è direttamente correlata alla conduttività specifica, ma, come essa, molto sensibile alla presenza di impurità... Per lo meno, un cambiamento di umidità dielettrico liquido e la presenza di impurità in esso (oltre che per la conduttività) la rigidità dielettrica diminuisce drasticamente. Le variazioni di pressione, forma e materiale degli elettrodi e la distanza tra loro influiscono sulla rigidità dielettrica. Allo stesso tempo, questi fattori non influiscono sulla conducibilità elettrica del liquido.

L'olio per trasformatori pulito, privo di acqua e altre impurità, indipendentemente dalla sua composizione chimica, ha una tensione di rottura sufficientemente elevata per la pratica (più di 60 kV), determinata in elettrodi di rame piatti con bordi arrotondati e una distanza di 2,5 mm tra loro. La rigidità dielettrica non è una costante del materiale.

Alle tensioni d'impatto, la presenza di impurità non ha quasi alcun effetto sulla rigidità dielettrica. È generalmente accettato che il meccanismo di guasto per le tensioni di shock (impulso) e l'esposizione a lungo termine sia diverso. Con la tensione pulsata, la rigidità dielettrica è notevolmente superiore rispetto a un'esposizione relativamente lunga alla tensione con una frequenza di 50 Hz. Di conseguenza, il rischio di commutazione di sovratensioni e scariche di fulmini è relativamente basso.

L'aumento della forza con un aumento della temperatura da 0 a 70 ° C è associato alla rimozione dell'umidità dall'olio del trasformatore, al suo passaggio da un'emulsione a uno stato disciolto e ad una diminuzione della viscosità dell'olio.

I gas disciolti svolgono un ruolo importante nel processo di degradazione. Anche quando l'intensità del campo elettrico è inferiore a quella della distruzione, si osserva la formazione di bolle sugli elettrodi. Quando la pressione diminuisce per l'olio per trasformatori non degassato, la sua resistenza diminuisce.

La tensione di rottura non dipende dalla pressione nei seguenti casi:

a) liquidi completamente degassati;

b) sollecitazioni d'urto (indipendentemente dalla contaminazione e dal contenuto di gas nel liquido);

c) alta pressione [circa 10 MPa (80-100 atm)].

La tensione di rottura dell'olio del trasformatore è determinata non dal contenuto totale di acqua, ma dalla sua concentrazione nello stato di emulsione.

La formazione di acqua di emulsione e una diminuzione della rigidità dielettrica si verificano nell'olio per trasformatori contenente acqua disciolta con una forte diminuzione della temperatura o dell'umidità relativa dell'aria, nonché con la miscelazione dell'olio dovuta al desorbimento dell'acqua adsorbita sulla superficie del nave.

Quando si sostituisce il vetro in un contenitore con polietilene, la quantità di acqua dell'emulsione viene desorbita durante la miscelazione dell'olio dalla superficie e ne aumenta la forza di conseguenza. L'olio del trasformatore, accuratamente drenato da un contenitore di vetro (senza mescolare), ha un'elevata resistenza elettrica.

Le sostanze polari con punti di ebollizione bassi e alti, che formano vere soluzioni nell'olio per trasformatori, praticamente non influenzano la conducibilità e la resistenza elettrica. Sostanze che formano soluzioni colloidali o emulsioni di piccolissime dimensioni di goccioline nell'olio per trasformatori (che sono la causa della conducibilità elettroforetica), se hanno un punto di ebollizione basso, si riducono, e se il loro punto di ebollizione è alto, praticamente non influiscono sulla forza.

Nonostante l'enorme quantità di materiale sperimentale, va notato che non esiste ancora una teoria unificata generalmente accettata della rottura dei dielettrici liquidi, applicata anche in condizioni di esposizione prolungata alla tensione.

La rottura dei dielettrici liquidi contaminati da impurità durante l'esposizione prolungata alla tensione è essenzialmente una rottura del gas di protezione.

Ci sono tre gruppi di teorie:

1) termico, che spiega la formazione di un canale di gas come risultato dell'ebollizione del dielettrico stesso in punti locali aumenta le disomogeneità di campo (bolle d'aria, ecc.)

2) gas, attraverso il quale la fonte del decadimento sono le bolle di gas adsorbite sugli elettrodi o disciolte nell'olio;

3) chimico, che spiega la rottura a seguito di reazioni chimiche che si verificano in un dielettrico sotto l'azione di una scarica elettrica in una bolla di gas. Ciò che queste teorie hanno in comune è che la rottura dell'olio avviene in un canale di vapore formato dalla vaporizzazione del dielettrico liquido stesso.

Si ipotizza che il canale del vapore sia formato da impurità bassobollenti se causano un aumento della conduttività.

Sotto l'influenza di un campo elettrico, le impurità contenute nell'olio e che formano in esso una soluzione colloidale o una microemulsione vengono aspirate nell'area tra gli elettrodi e trasportate in direzione del campo. Una quantità significativa di calore rilasciato in questo caso, a causa della bassa conducibilità termica del dielettrico, viene spesa per riscaldare le stesse particelle di impurità. Se queste impurità sono la causa dell'elevata conducibilità specifica dell'olio, allora a basso punto di ebollizione delle impurità evaporano formando, se il loro contenuto è sufficiente, un "canale del gas" in cui avviene la decomposizione.

I centri di evaporazione possono essere bolle di gas o vapore formate sotto l'influenza di un campo (per effetto del fenomeno dell'elettrostrizione) a causa di impurità disciolte nell'olio (aria e altri gas, ed eventualmente anche prodotti bassobollenti dell'ossidazione di un dielettrico liquido ).

La tensione di rottura degli oli dipende dalla presenza di acqua legata. Nel processo di essiccazione sotto vuoto dell'olio si osservano tre fasi: I - un forte aumento della tensione di rottura corrispondente alla rimozione dell'acqua di emulsione, II - in cui la tensione di rottura cambia poco e rimane al livello di circa 60 kV in shock standard, quindi tempo disciolto e acqua debolmente legata, e III - crescita lenta dello stress da olio di decadimento mediante rimozione dell'acqua legata.