Rigidez Superficial: Conceptos

 

Rigidez dieléctrica superficial E_σ

Se refiere a la tensión disruptiva U_σ a lo largo de las superficies o líneas de fuga (descargas rampantes), por unidad de distancia entre los electrodos. Suele darse en kV/mm y, precisamente, en valores eficaces, salvo otra indicación expresa. Estos valores, que dependen de la naturaleza y estado de la superficie son muy distintos según que la misma se halle expuesta al aire más o menos húmedo o sumergida en aceite. De todos modos, el voltaje disruptivo a lo largo de un camino superficial alcanza valores muy inferiores (1/2 a 1/3) de los que se consiguen a través de la masa misma de aire o de aceite, sobre todo para grandes distancias. Por eso es indispensable aumentar las líneas de fugas mediante escalonados, valonas salientes, campanas, etc.

La fig.1 muestra dos curvas comparativas de la rigidez dieléctrica entre placas al aire con la interposición de un cilindro liso de porcelana y sin éste. A partir de los 10 cm de distancia la tensión disruptiva desciende en el primer caso a 0,6 kV/mm mientras que para el aire sólo, viene a ser tres veces mayor. La fig. 2 muestra la curva de descarga superficial para un borne liso de papel bakelizado tipo condensador. A partir de 1 mm de distancia entre electrodos no se consigue que la tensión disruptiva aumente. Por debajo de esta distancia la rigidez superficial se mantiene bastante constante, pero en poco más de 0,35 kV/mm. Incluso con electrodos redondeados, la rigidez dieléctrica se aproxima a la del aire entre puntas; la fig. 3 que concuerda bastante con la 2 indica, además, los valores de la tensión disruptiva entre puntas, con cifras próximas a los 0,35 kVeficaces/mm.

Fig. 1. Rigidez dieléctrica superficial de un cilindro de porcelana liso entre placas al aire, a 50 Hz (SCHVAIGER).

Fig. 2. Rigidez dieléctrica superficial de un borne liso de papel bakelizado tipo condensador (MICAFIL)

Fig. 3. Rigidez dieléctrica superficial de un soporte de papel bakelizado con electrodos redondeados (MICAFIL) 

Una vez más son los valores de esta disposición de electrodos los que hay que tener en cuenta para el proyecto de las máquinas eléctricas. Así, por ejemplo, en los transformadores secos de distribución se recomienda como veremos, dejar unas distancias entre los devanados de AT apoyados en los tubos de bakelita y el núcleo, a razón de 3 mm/kV de tensión de prueba (0,33kV/mm) aunque señalando un mínimo de 10 mm, como precaución suplementaria.

El pasatapas tipo condensador de un transformador de 60 kV para interior presenta una longitud libre del tubo de bakelita entre brida y terminal de conexión exterior de 700 mm y la tensión de ensayo a frecuencia industrial del transformador es de 140 kVeficaces, lo que da como coeficiente de trabajo superficial, en pruebas, 140/700 = 0,2 kV/mm, ofreciendo así un coeficiente de seguridad ≈ 0,35/0,2 = 1,75. Para 220 kV de tensión nominal (460 kV de ensayo) la misma distancia viene a ser de unos 2 000 mm y el coeficiente de trabajo a esta última continuaría alrededor de 460/2000 = 0,23 kV/Fig. 2. Rigidez dieléctrica superficial de un borne liso de papel bakelizado tipo condensador (MICAFIL)

Fig. 4. Rigidez dieléctrica superficial del papel bakelizado en aceite, medida entre láminas de discos adheridas, de 50 de diámetro (MICAFIL)

Si las superficies van sumergidas en aceite, la rigidez dieléctrica superficial se duplica o triplica, tanto más cuanto más cortas son las separaciones, pero alcanza valores apenas mitad que para el aceite entre puntas. La fig. 4 nos muestra unos ensayos típicos.

En los transformadores, por ejemplo, las distancias rectas de resbalamiento se eligen a razón aproximadamente de 1,5 kV/mm de tensión de prueba para las tensiones reducidas (sin bajar nunca de 10 mm), descendiendo a menos de 1 kV/mm para las tensiones muy elevadas, evitándose siempre que sea posible los trayectos superficiales directos; el uso de valonas o sombreretes salientes es casi general.