Voltaje de ruptura en aceite

Sumario:

  1. Introducción
  2. Ruptura en aceite aislante
  3. Consideraciones Teóricas

Resumen:

El voltaje de ruptura en aceite aislante baja las influencias de la humedad, acidez, partículas y presión.

Introducción:

El voltaje de ruptura de un aceite mineral aislante fue investigado bajo las influencias de humedad, acidez, presión y partículas, Los estándares IEC156/95 (VDE0370/Part5/96 y ASTM D1816) especifican las condiciones de la prueba que deben seguir los chispómetros. La humedad provee cargadores de carga, por lo tanto una saturación de humedad de 0 a 20% decrece el voltaje de ruptura de 72 a 61 kV.

El ácido como producto deteriorante también reduce la fuerza dieléctrica por la misma razón. No el número total de acido NTA, pero a menor efecto de ácidos moleculares, mayor será el decrecimiento. Desde que el proceso de ruptura se inicia con una burbuja microscópica, y una presión en incremento; incrementa también el voltaje de ruptura. La observación del comportamiento asintótico parece llegar a un máximo valor final en el voltaje de ruptura alrededor de 150 kV. Bajo inflación apoya la generación de burbujas, reduciendo el soporte de la fuerza dieléctrica. Las partículas secas (fibra celulosa) reducen el voltaje de ruptura sólo bajo inflación, casi ninguna influencia fue observada en presión atmosférica.

Aceite mineral, ruptura, partículas, acidez, humedad, presión

Ruptura en aceite aislante

  1. Introducción

El aceite aislante en transformadores de potencia sirve como un medio transmisor de calor y como un aislante liquido, dos razones que motivaron la investigación de sus propiedades de aislamiento: Primeramente los transformadores de potencia son usualmente operados bajo condiciones de envejecimiento. Así el contenido de humedad en el aceite incrementa, los productos de envejecimiento o deterioro se disuelven y las partículas se dispersan. En segundo lugar, los transformadores son operados bajo nuevas condiciones ambientales, donde se producen bajas y altas de presión. El servicio de seguridad y mantenimiento necesita una investigación meticulosa de estas influencias.

Consideraciones Teóricas

Los líquidos aislantes derivan su fuerza dieléctrica desde la más alta densidad comparada con los gases. El proceso de ruptura comienza con una burbuja microscópica, un área de largas distancias entre corpúsculos, donde los iones y electrones pueden iniciar avalanchas. Estas burbujas microscópicas son originadas por impulsos de corriente en un electrodo. El siguiente impulso de corriente inyecta portadores de carga en la burbuja, conduciendo la amplificación de corriente y finalmente a la ruptura [1]. A partir de estas consideraciones, se espera lo siguiente:

  1. La humedad conduce a los portadores de cargas y por lo tanto disminuye el soporte de la fuerza dieléctrica.
  2. Oxidamiento por productos tales como el ácido también llevan a los transportadores de carga a través de la disociación. Adicionalmente éstos son activos en la superficie, disminuyendo la tensión superficial. Así mantienen la evolución de la burbuja siguiendo un decrecimiento de la fuerza dieléctrica.
  3. La presión también ejerce influencia en la evolución de la burbuja. Con un incremento de presión, el voltaje de ruptura debería incrementar. Para presiones debajo de la presión atmosférica el voltaje de ruptura debería reducirse.
  4. Las partículas se moverán en áreas de gran tensión dependiendo de sus permitividad en relación a la del aceite. Se espera una disminución en el voltaje de ruptura si son altamente conductoras o húmedas.
  5. Influencia de humedad y acidez
  6. Dispositivo de medición

Un sistema de prueba dieléctrica convencional, el chispómetro Portatest midió el voltaje de ruptura a diferente contenido de humedad y acidez. El sistema funciona completamente automatizado, lo que es muy conveniente para períodos largos de prueba. La ventaja especial es una rápida detección de la ruptura y la desconexión de la corriente en menos de 1ms, que junto con una baja de energía en el circuito de prueba previene la carbonatación del aceite mineral, incluso cientos de exámenes en la misma muestra de aceite no redujeron el voltaje de ruptura debido a los productos de combustión.

Voltaje de ruptura en aceite - Chispómetro Portatest

Figura 1: Un equipo de prueba automático de líquidos aislantes Portatest

Los exámenes fueron llevados a cabo de acuerdo al IEC156/95 Figura II (VDE0370/Teil5/96 y ASTM D1816), i.e. electrodos esféricos con un radio de 25mm. La figura 1 muestra el sistema de pruebas automático. Un sistema automático de valoración potenciométrica "Titrino SM 702 con unidad de intercambio 806" hecho por Metrohm midió la acidez de los aceites (Figura 2). Aquí el Número Total de Acido NTA fue determinado por una valoración volumétrica con potasa para neutralizar los ácidos carboxílicos.

Voltaje de ruptura, Chispómetro Portatest

Figura 2

La humedad de los aceites fue determinada como la humedad contenida relativa a la saturación (RS en %) por sensores capacitivos Vaisala HMP 228. En orden de obtener resultados dependientes, los sensores fueron cuidadosamente calibrados por soluciones saturadas de sal con cloruro de litio y cloruro de sodio. El contenido de humedad relativo a la saturación (%) brinda más información sobre los efectos cruciales de la humedad en el voltaje de ruptura que el uso convencional del contenido de humedad relativo al peso en ppm. Por lo tanto fue controlado para medir la humedad en ppm. No obstante este valor puede ser calculado por isotermas de absorción como fue publicado en [2].