Rigidité diélectrique des huiles de transformateur

L'un des principaux indicateurs caractérisant les propriétés d'isolation huiles de transformateur dans la pratique de leur application est leur rigidité diélectrique :

E = UNC / H

où Upr — tension de claquage ; h est la distance entre les électrodes.

La tension de claquage n'est pas directement liée à la conductivité spécifique, mais, comme elle, très sensible à la présence d'impuretés... A minima, un changement d'humidité diélectrique liquide et la présence d'impuretés dans celui-ci (ainsi que pour la conductivité) la rigidité diélectrique diminue fortement. Les changements de pression, de forme et de matériau des électrodes et la distance entre elles affectent la rigidité diélectrique. Dans le même temps, ces facteurs n'affectent pas la conductivité électrique du liquide.

L'huile de transformateur propre, sans eau ni autres impuretés, quelle que soit sa composition chimique, a une tension de claquage suffisamment élevée pour la pratique (plus de 60 kV), déterminée dans des électrodes plates en cuivre à bords arrondis et à une distance de 2,5 mm entre elles. La rigidité diélectrique n'est pas une constante matérielle.

Aux tensions d'impact, la présence d'impuretés n'a pratiquement aucun effet sur la rigidité diélectrique. Il est généralement admis que le mécanisme de défaillance pour les tensions de choc (impulsion) et l'exposition à long terme est différent. Avec une tension pulsée, la rigidité diélectrique est nettement plus élevée qu'avec une exposition relativement longue à une tension avec une fréquence de 50 Hz. En conséquence, le risque de surtensions de commutation et de décharges de foudre est relativement faible.

L'augmentation de la résistance avec une augmentation de la température de 0 à 70 ° C est associée à l'élimination de l'humidité de l'huile du transformateur, à son passage d'une émulsion à un état dissous et à une diminution de la viscosité de l'huile.

Les gaz dissous jouent un rôle important dans le processus de dégradation. Même lorsque l'intensité du champ électrique est inférieure à celle de la destruction, on observe la formation de bulles sur les électrodes. Lorsque la pression diminue pour l'huile de transformateur non dégazée, sa résistance diminue.

La tension de claquage ne dépend pas de la pression dans les cas suivants :

a) liquides entièrement dégazés ;

b) contraintes de choc (indépendamment de la contamination et de la teneur en gaz dans le liquide) ;

c) haute pression [environ 10 MPa (80-100 atm)].

La tension de claquage de l'huile de transformateur n'est pas déterminée par la teneur totale en eau, mais par sa concentration à l'état d'émulsion.

La formation d'eau d'émulsion et une diminution de la rigidité diélectrique se produisent dans l'huile de transformateur contenant de l'eau dissoute avec une forte diminution de la température ou de l'humidité relative de l'air, ainsi qu'avec le mélange de l'huile en raison de la désorption de l'eau adsorbée à la surface du navire.

Lors du remplacement du verre dans un récipient par du polyéthylène, la quantité d'eau d'émulsion est désorbée lors du mélange de l'huile de la surface et augmente sa résistance en conséquence. L'huile de transformateur, soigneusement vidangée d'un récipient en verre (sans agitation), a une résistance électrique élevée.

Les substances polaires à points d'ébullition bas et élevés, formant de véritables solutions dans l'huile de transformateur, n'affectent pratiquement pas la conductivité et la résistance électrique. Les substances qui forment des solutions colloïdales ou des émulsions de très petite taille de gouttelettes dans l'huile de transformateur (qui sont à l'origine de la conductivité électrophorétique), si elles ont un point d'ébullition bas, sont réduites et si leur point d'ébullition est élevé, elles n'affectent pratiquement pas la force.

Malgré l'énorme quantité de matériel expérimental, il convient de noter qu'il n'existe toujours pas de théorie unifiée généralement acceptée du claquage des diélectriques liquides, appliquée même dans des conditions d'exposition prolongée à la tension.

La panne de diélectriques liquides contaminés par des impuretés pendant une exposition prolongée à une tension est essentiellement une panne de gaz de protection.

Il existe trois groupes de théories :

1) thermique, expliquant la formation d'un canal de gaz à la suite de l'ébullition du diélectrique lui-même à des endroits locaux augmente les inhomogénéités de champ (bulles d'air, etc.)

2) gaz, à travers lequel la source de désintégration est constituée de bulles de gaz adsorbées sur les électrodes ou dissoutes dans l'huile;

3) chimique, expliquant le claquage à la suite de réactions chimiques se produisant dans un diélectrique sous l'action d'une décharge électrique dans une bulle de gaz. Le point commun entre ces théories est que la dégradation de l'huile se produit dans un canal de vapeur formé par la vaporisation du diélectrique liquide lui-même.

On suppose que le canal de vapeur est formé par des impuretés à bas point d'ébullition si elles provoquent une conductivité accrue.

Sous l'influence d'un champ électrique, les impuretés contenues dans l'huile et y formant une solution colloïdale ou microémulsion sont aspirées dans la zone située entre les électrodes et entraînées dans la direction du champ. Une quantité importante de chaleur dégagée dans ce cas, en raison de la faible conductivité thermique du diélectrique, est dépensée pour chauffer les particules d'impuretés elles-mêmes. Si ces impuretés sont à l'origine de la conductivité spécifique élevée de l'huile, alors à bas point d'ébullition des impuretés elles s'évaporent, formant, si leur teneur est suffisante, un "canal de gaz" dans lequel se produit la décomposition.

Les centres d'évaporation peuvent être des bulles de gaz ou de vapeur formées sous l'influence d'un champ (suite au phénomène d'électrostriction) dû aux impuretés dissoutes dans l'huile (air et autres gaz, et éventuellement aussi produits d'oxydation à bas point d'ébullition d'un diélectrique liquide ).

La tension de claquage des huiles dépend de la présence d'eau liée. Dans le processus de séchage sous vide de l'huile, trois étapes sont observées: I - une forte augmentation de la tension de claquage correspondant à l'élimination de l'eau d'émulsion, II - où la tension de claquage change peu et reste au niveau d'environ 60 kV en choc standard, puis temps de dissolution et eau faiblement liée, et III — croissance lente du stress dû à la désintégration de l'huile par élimination de l'eau liée.