La rigidez dieléctrica es un indicador utilizado para evaluar las propiedades de aislamiento del aceite de transformador. Muy a menudo se equipara con el voltaje de ruptura, pero sus valores numéricos no son iguales.
El voltaje de ruptura es un voltaje mínimo aplicado a un aislamiento, lo que hace que se rompa y se vuelva eléctricamente conductor. Al mismo tiempo, la rigidez dieléctrica es un campo eléctrico máximo que el aislamiento puede soportar en condiciones ideales sin romperse.
Existe una conexión directa entre la tensión de ruptura y la presencia de impurezas. Si el nivel de humedad en el fluido dieléctrico está cambiando y ocurren impurezas mecánicas, inmediatamente comienza a experimentar una disminución en la resistencia eléctrica.
El aceite de transformador limpio generalmente no contiene agua ni otras impurezas, lo que le permite tener un voltaje de ruptura suficiente (más de 60 kV). Este parámetro se determina utilizando electrodos planos de cobre con bordes redondeados, separados 2,5 mm.
El proceso de descomposición también está muy influenciado por los gases disueltos. Si la intensidad del campo eléctrico es menor que la intensidad de ruptura, se puede observar la aparición de burbujas en los electrodos. Si el aceite del transformador no se desgasifica y hay una disminución de la presión, su rigidez dieléctrica cae.
La rigidez dieléctrica no es un valor constante para los materiales. Con tensión dinámica, la presencia de impurezas casi no tiene efecto sobre la rigidez dieléctrica del aceite del transformador. Se adopta una teoría según la cual el mecanismo de ruptura en el estrés dinámico (pulso) y en la exposición prolongada tiene una naturaleza diferente. En una tensión de pulso, la rigidez dieléctrica es mucho mayor que en una exposición prolongada de voltaje con una frecuencia de 50 Hz. Por lo tanto, la conmutación y los rayos presentan un riesgo relativamente bajo.
Un aumento de la temperatura de 0 a 70 °C también conduce a un aumento de la rigidez dieléctrica del aceite del transformador. Este fenómeno se explica por la remoción de humedad de los líquidos dieléctricos, su transición de estado disuelto a emulsión y reducción de la viscosidad del aceite.
Hay tres casos en los que aumenta la rigidez dieléctrica:
El fluido dieléctrico se desgasifica completamente.
Presencia de esfuerzos dinámicos (independientemente de la presencia de gases y contaminantes).
Alta presión (alrededor de 10 MPa).
Se demuestra que el voltaje de ruptura del aceite del transformador no está determinado por el contenido total de agua, sino por su concentración en el estado de emulsión.
El agua emulsionada aparece al agitar el aceite con agua adsorbida en la superficie de un recipiente, lo que reduce la temperatura y la humedad.
Realizando una sustitución de vidrio por polietileno en un recipiente, se reducirá la cantidad de agua emulsionada, desorbida de la superficie durante la agitación del aceite. Aumenta la rigidez dieléctrica. El drenaje cuidadoso del fluido dieléctrico de un recipiente de vidrio sin mezclar permite obtener aceite con alta rigidez dieléctrica.
La presencia de sustancias polares, de bajo y alto punto de ebullición casi no tiene efecto sobre la conductividad eléctrica y la rigidez dieléctrica del líquido aislante. La formación de soluciones y emulsiones coloidales con un tamaño de gota muy pequeño en el aceite del transformador provoca el fenómeno de la conductividad electroforética. Si tales soluciones tienen un punto de ebullición bajo, la rigidez dieléctrica se reduce, si el punto de ebullición es alto, prácticamente no cambia.
En los últimos años se ha acumulado una gran cantidad de datos experimentales relacionados con la ruptura de líquidos dieléctricos, pero no ayudaron a justificar una teoría de su origen.
Hoy la mayor popularidad ganó tres grupos de teorías:
teoría térmica: que explica el fenómeno de los pasos de gas que se producen como resultado de la ebullición del dieléctrico homogéneo (burbujas de gas, etc.)
teoría de los gases: según la cual la presencia de burbujas de gas en los electrodos o disueltas en aceite provoca la ruptura;
teoría química: explica las averías como resultado de las reacciones químicas que tienen lugar en el dieléctrico bajo la influencia de una descarga eléctrica en las burbujas de gas.
Es fácil ver que las tres teorías reconocen que la descomposición del aceite tiene lugar en canales de vapor formados por la evaporación del propio líquido dieléctrico.
La tasa de voltaje de ruptura se ve afectada por la presencia de agua ligada, que se deshidrata mediante el secado al vacío.
Hay tres formas/etapas de secado al vacío del aceite de transformador:
fuerte aumento en el voltaje de ruptura correspondiente a la eliminación del agua emulsionada;
el voltaje de ruptura cambia solo ligeramente y se detiene en el nivel de 60 kV. En esta etapa se realiza la eliminación del agua disuelta y ligada;
aumento lento en el voltaje de ruptura debido a la remoción del agua ligada.
