Lucrare de disertație [608961]

Lucrare de disertație
6

Cuprins
I. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 8
I.1 Stări de agregare ale corpurilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 9
II. MATERIALE ELECTROIZOLANTE GAZOASE ………………………….. ………………………….. ….. 10
II.1 Aerul ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 11
III. MATERIALE ELECTROIZOLANTE LICHIDE ………………………….. ………………………….. ……. 13
III.1 Uleiuri minerale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 13
III.2 Uleiul de transformator ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 16
IV. PROPRIETĂȚI TEHNICE ALE MATERIALELOR ELECTROTEHNICE ……………………….. 22
IV.1 Proprietăți electrice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 22
IV.2 Rezistivitatea ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 23
IV.2.1 Influența impurităților ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 23
IV.2.2 Influența structuri i corpurilor ………………………….. ………………………….. …………………….. 23
IV.2.3 Influența temperaturii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 24
IV.2.4 Influența umidității ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 24
IV.2.5 Influența câmpului electric ………………………….. ………………………….. ……………………….. 25
IV.3 Rigiditatea diele ctrica ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 25
IV.4 Dielectrici gazoși ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 25
IV.4.1 Influența distanței dintre electrozi ………………………….. ………………………….. ……………… 25
IV.4.2 Influența presiunii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 26
IV.4.3 Influența temperaturii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 27
IV.4.5 Influența umidității ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 27
IV.5 Dielectrici lichizi ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 27
IV.5.1 Influența impurităților ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 28
IV.5.2 Influența temperatu rii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 28
IV.5.3 Influența presiunii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 29
IV.5.4 Influența tipurilor de electrozi ………………………….. ………………………….. …………………… 29
IV.5.5 Influența distanței dintre electrozi ………………………….. ………………………….. ……………… 30
IV.5.6 Influența frecvenței ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 30
IV.6 Dielectrici solizi ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 30
IV.6.1 Influența structurii fizice și compoziției chimice ………………………….. ……………………… 30
IV.6.2 Influența geometriei electrozilor ………………………….. ………………………….. ………………… 30

Lucrare de disertație
7
IV.6.3 Influența geometriei epruvetelor ………………………….. ………………………….. ………………… 31
IV.6.4 Influența mediului ambiant ………………………….. ………………………….. ……………………….. 31
IV.6.5 Influența temperaturii. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 32
IV.6.6 Influența frecvenței ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 33
V. APARATUL PENTRU DETERMINARE A RIGIDITĂȚII DIELECTRICE ………………………… 34
V.1 Încercări efectuate pentru determinarea rigidității dielectrice ………………………….. …………….. 37
V.1.1 Rigiditatea dielectrică a aerului ………………………….. ………………………….. …………………… 37
V.1.2 Rigiditatea dielectrică a uleiului ………………………….. ………………………….. ………………….. 47
VI. CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 54
VII. BIBILIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 57

Lucrare de disertație
8

I. INTRODUCERE

Pentru construcția echipamentelor electrice sunt utilizate în general trei grupe principale de
materiale : conductoare, magnetice și electroizolante.
Materialele electroizolante sau dielectrice sunt materiale le care atunci când sunt supuse la
acțiunea câmpurilor electrice ele prezintă fenomenul de polarizare. Acesta se produce datorită
deplasării limitate a electronilor sau a ionilor sub acțiunea forțelor generate de câmpul electric.
Datorită deplasării limita te a sarcinilor electrice, materialele electroizolante oferă o conductivitate
electrică foarte mică, respectiv o rezistivitate destul de mare.
Caracteristica principală a izolației electrice este de a izola trecerea curentului electric între
conductoarele care au potențiale electrice diferite. Pentru aceasta să se poată realiza este nevoie ca
izolația electrică să asigure o separare fizică a conductoarelor. O altă caracteristică a celor mai
multe izolații este aceea a transferului de căldură. Majoritatea ec hipamentelor sau mașinilor
electrice generează căldură în timpul funcționării lor. Această căldură trebuie eliminată pentru a
putea preveni acumularea excesului de căldura deoarece aceasta poate duce la distrugerea mașinii.
Materialul izolant trebuie să pr ezinte proprietăți electrice bune cum ar fi :
 rigiditate dielectrică mare ;
 rezistență de izolație mare ;
 rezistență la curenți;
 rezistență la radiații;
 rezistență la arc electric ;
 factor de pierderi dielectrice mic.
Materialul izolant mai trebuie să prezinte și proprietăți mecanice precum :
 rezistență la încovoiere
 elasticitate
 duritate
 rezistență la șoc
 rezistență la frecare
 rezistență la tracțiune
Aceste cerințe se referă prima dată la materialele izolante solide. Pentru dielectricii lichizi și
gazoși se im pun alte proprietăți cum ar fi greutatea atomică, greutatea moleculară, vâscozitatea etc.
Producătorul care se confruntă cu problema stabilirii izolației care trebuie utilizată pentru orice
tip de echipament electric fiindcă decizia privește selecția a ce l puțin două materiale izolante .
Materialul izolant nu se utilizează singur. În cele mai multe cazuri, materialul izolant ales este o
izolație mixtă care constă într -un material impregnat. Așadar izolația pentru un produs electric,
trebuie să satisfacă ceri nțele fizice și electrice ale aplicației respective.
Trebuie stabilită o listă a proprietăților cerute pentru materialul izolant dorit, o listă a
proprietăților necesare și o listă a proprietăților fără importanță la folosirea izolației respective. Este
obligatorie o evaluare a importanței fiecărei proprietăți și interdependența unei proprietăți cu alta în
funcționarea normală a echipamentului, în condițiile extreme care se întâlnesc în utilizarea acestuia.

Lucrare de disertație
9
I.1 Stări de agregare ale corpurilor

Din punc t de vedere macroscopic, corpurile prezintă două clasificări de stări de agregare :
starea fluidă și starea solidă ; în cazul stării fluide se diferențiază starea lichidă și starea gazoasă.
Se mai spune că sunt în stare de condensare corpurile lichide și so lide, corpurile condensate
pot fi cristaline sau amorfe.
Particulele componente ale corpurilor cristaline sunt așezate ordonat, cu compactitate
maximă, acestei așezări corespunzându -i un minim absolut al energiei libere a corpului. Particulele
efectuează oscilații de agitație termică, limitată, în jurul punctelor de echilibru, datorită agitației
termice, pot provoca abateri de la așezarea lor strict ordonată, iar aceste abateri sunt numite defecte
ale rețelei cristaline.
În corpurile solide amorfe particu lele sunt așezate ordonat numai pe distanțe de câteva
diametre maxime ale lor, pe distanțe mari așezarea lor fiind dezordonată. Stările amorfe corespund
unor minime relative ale energiei libere și din cauza aceasta sunt metastabile. În stările amorfe,
corpurile sunt izotrope și nu prezintă puncte caracteristice de topire în schimb cristalele au
temperaturi nete de topire. La temperaturile joase apropiate de cele de cristalizare, corpurile lichide
prezintă, de asemenea, structuri cu ordine locală și dezordin e la distanță.
Consistența mecanică a unui solid amorf este mai mare decât a unui lichid, din cauza
faptului că durata medie de oscilație a unei molecule în jurul unui punct de echilibru este mult mai
mare în cazul solidului amorf decât în cazul lichidulu i.
Între stările cristaline și amorfe există stări intermediare mezomorfe. Astfel,moleculele ale
unor corpuri organice se așează în paralel, ordonat în anumite zone.

Lucrare de disertație
10

II. MATERIALE ELECTROIZOLANTE GAZOASE

Gazele printre ma terialele electroizolante ocupă o poziție specială. Astfel trebuie să se țină
cont de aer în locul unde nu a fost înlăturat prin măsuri speciale sau a fost înlocuit prin materiale
izolante solide.
Gazele sunt întâlnite și în unele cazuri speciale datorită proprietăților importante cum ar fii :
constantă dielectrică scăzută adică absența practic completă a pierderilor dielectrice, iar după o
descărcare refacerea instantanee a capacității izolante complete.
Fenomenele elementare ale unei descărcări într -un ga z au fost profund studiate, astfel încât
următoarele reguli în general sunt valabile:
– în totalitate aplicațiilor tehnice se poate admite o permitivitate relativă a tuturor gazelor
egală cu unu;
– pierderile dielectrice și rezistivitatea transversală sunt de regulă neglijabile la toate
frecvențele;
– amorsarea descărcării nu depinde decât de valoarea de vârf a tensiunii aplicate, până la o
creștere foarte rapidă a tensiunii;
– de cele mai multe ori între un câmp electric perfect uniform, în timpul străpung erii
complete formarea arcului este precedată de o preamorsare, eventual în mai multe etape, după
forma dispozitivului și forma de apariție se formează descărcări prinde efluvii;
– tensiunea necesară pentru formarea unei descărcări nu este întotdeauna acee ași, ea depinde
de natura statică a proceselor elementare care stau la baza descărcării, chiar dacă influențele
exterioare sunt menținute constante.
În majoritatea parte a dispozitivelor tensiunea de străpungere și tensiunea de amorsare sunt
reproductibile . Tensiunea pentru amorsare unei descărcări depinde de compoziția chimică a gazului,
de temperatură lui, de presiunea lui, de configurația electrozilor și pentru unele presiune ale gazului
de materialul electrozilor. Un câmp magnetic nu influențează tensiu nile de amorsare decât dacă
gazul se află sub presiune foarte slabă, în timpul descărcări electrice moleculele gazului pot să se
descompună, iar sub efectul efluviilor se formează în aer ozon sau gaz nitric. Într -un arc de
intensitate mare, temperatura îna ltă provoacă reacții chimice cu o acțiune puternic corozivă.
La intensitate mare și presiune înaltă, timpul necesar pentru a restabili capacitatea izolantă
după o descărcare, depinde în primul rând de eliminarea căldurii. La presiune joasă depinde în
princ ipal de rapiditatea cu care purtătorii de sarcină se recombină. Căldura specifică ale gazelor
perfecte este practic independentă de presiune și de temperatură ea crește aproape de limita de
condensare.
Datorită naturii lor gazele reușesc să umple întreg sp ațiul dintre conductoare toate golurile
ce ar exista și permit prin elasticitate și mobilitatea lor răcirea prin convecție. Izolarea cu gaz față de
izolarea cu material solid aduce cu sine, avantajul unui schimb permanent de material izolant între
zonele s olicitate electric diferit. La o străpungere materialul izolat solid este distrus, în materialul
izolant lichid se produc mari cantități de produse gazoase, care în dispozitiv duc la o creștere a
presiunii, iar la un dispozitiv umplut cu gaz presiunea creș te puțin ca urmare a dilatării termice.
La gaze întreaga izolație poate fi schimbată oricând rapid și fără mari cheltuieli, instalația se
poate micșora substanțial dacă se înlocuiește izolația cu aer normală cu izolație de gaz sub presiune.
Gazele folosit e ca dielectric se pot clasifica după cum urmează :
Gaze simple: aer, azot, hidrogen, oxigen;

Lucrare de disertație
11
Gaze nobile: heliu, neon, argon, cripton, xenon;
Oxizi gazoși: bioxid de carbon, bioxid de sulf;
Hidrocarburi gazoase: metan, etan, propan, butan, heptan;
Com puși halogenați gazoși : hidrocarburi fluorurate și fluorocarbonate, hexaflourure
de sulf, acid bromhidric.
În funcție de natura și caracteristicile lor (tabel 2.1 ) gazele se utilizează ca izolanți electrici,
ca medii de răcire, ca medii de protecție împotr iva coroziunii etc.

Tabel 2.1 Caracteristici generale ale gazelor

Gazul Raza moleculei
R∙1010 [m] Indicele de refracție
nD Permitivitatea relativă
εr la 293 șK și 1 atm
Heliu 1,12 1,000035 1,000072
Hidrogen 1,35 1,00014 1,00027
Oxigen 1,82 1,00027 1,00055
Argon 1,83 1,000275 1,00056
Azot 1,91 1,00030 1,00060
Bioxid de carbon 2,30 1,00050 1,00098
Etilenă 2,78 1,00065 1,00138

II.1 Aerul

Folosit ca izolant sau impuritate, aerul se găsește în toate schemele de izolație ale
instalațiilor electrice. Acesta este alcătuit dintr -un amestec de gaze, conform tabelului 2.2 ., această
compoziție variază puțin de la o regiune la alta și în funcție de altitudine. În încăperile închise
bioxidul de carbon crește.

Tabel 2.2 Compoziția aerului

Gazul Compoziția [% volum ] Compoziția [% greutate]
Azot 78,09 75,52
Oxigen 20,95 23,15
Argon 0,933 1,28
Bioxid de carbon 0,030 0,046
Neon 0,0018 0,0012
Heliu 0,0005 0,00007
Cripton 0,0001 0,0003
Hidrogen 0,00005 0,00003
Xenon 0,000008 0,00004

Proprietățile lui die lectrice sunt satisfăcătoare pentru câmpuri electrice mai puțin intense.
Rigiditatea dielectrica a aerului depinde de umiditate, de temperatură și presiunea la care se găsește
și primește valori foarte înalte în cazul presiunii înalte sau foarte reduse, ac este caracteristici se pot
observa în tabelul 2.3. Datorită acestor caracteristici aerul se utilizează în construcția
condensatoarelor, a întreruptoarelor de înaltă tensiune etc.

Lucrare de disertație
12
Tabel 2.3 Caracteristicile principale ale aerului

Caracteristica Valoare [unitate de măsură ]
Densitatea la 20 șC și 1 atm 1 [kg/m3]
Densitatea la presiunea p [Pa] și temperatura T [K] 2,89∙10-3 [kg/m3]
Permitivitatea relativă la 20 șC și 1 atm 1,000594 [ kg/m3]
Rezistivitatea la 20 șC 5∙1013 [Ω/m]
Rigiditatea dielectrică la 20 șC și 1 atm 3,2 [MV/m ]
Căldura specifică la presiune constantă și 0 șC 1009 [ J/kg∙K]
Căldura specifică la presiune constantă și 100 șC 1011 [ J/kg∙K]
Căldura specifică la presiune constantă și 200 șC 1030 [ J/kg∙K]
Conductivitatea termică la 0 șC 0,024 [W/m∙K]
Conductivitatea termică la 100 șC 0,031 [ W/m∙K]
Conductivitatea termică la 200 șC 0,037 [ W/m∙K]

Proprietățile fizice ale aerului sunt determinate de părțile componente principale și se
situează aproape de cele ale azotului. Aerul are o rezis tență relativ bună la străpungere în funcție de
presiune.
Rigiditatea dielectrică a aerului, între doi electrozi situați la o distanță de un cm unul față de
celălalt este de 32kV/cm. Dacă se găsesc impurități de aer în materialele izolante lichide sau soli de,
existența aerului este nocivă. În izolația multistrat solicitarea componentelor individuale este
proporțională cu raportul invers al constantelor lor dielectrice. Fiindcă aerul, ca și celelalte gaze, are
o constantă dielectrică mult mai mică față de re stul materialelor izolante, intensitatea câmpului
electric, care există la o bulă de gaz este deosebit de mare. Astfel că din această cauză trebuie
acordată o atenție deosebită la impregnările transformatoarelor, cablurilor, condensatoarelor și altor
produ se electrice asemănătoare. Dacă impuritățile de aer nu ar fi îndepărtate, bulele mici rămase ar
fi suprasolicitate, prin ele s -ar produce fenomene de ionizare și descărcări, care ar distruge
materialul izolant din cauza faptului că in acele bule se formeaz ă ozon și acizi de azot care au
acțiune de degradare asupra materialelor izolante.
Aerul ca material izolant se folosește la presiune normală, și mai ales la presiuni ridicate. Cu
toate acestea, aerul se utilizează rar deoarece oxigenul din el formează ozo n care produce fenomene
de oxidare neplăcute.

Lucrare de disertație
13

III. MATERIALE ELECTROIZOLANTE LICHIDE

Din această grupă fac parte uleiurile electroizolante naturale : uleiul mineral și uleiul de ricin,
sintetice : clorurate, fluorurate și siliconice, p recum și diferite hidrocarburi.
Dielectricii lichizi, uleiurile în general au o utilizare importa în industria electrotehnică,
prezentând avantajul, ca și gazele, că ocupă toate spațiile libere și după străpungere se regenerează
imediat, ajungând la caract eristici dielectrice apropiate de cele inițiale. Lichidele izolante se
utilizează cu scopul de a disloca aerul și datorită caracteristicilor dielectrice superioare. Față de gaze
ele transmit mai bine căldura atât prin conductibilitate cât și prin convecție , factor foarte important
în construcția transformatoarelor.
Dielectricii lichizi au o greutate mai mare decât a gazelor, astfel că se utilizează la
construcții cu gabarit mai redus. Ele în cea mai mare parte sunt inflamabile, se oxidează in timp,
produc a mestecuri gazoase inflamabile sau toxice și distrug într -o oarecare măsură metalele și
materialele electroizolante cu care vin în contact.
Se utilizează dielectrici lichizi la : transformatoare, întreruptoare, condensatoare și unele
cabluri electrice. Uleiu rile vegetale se utilizează în general pentru obținerea unor lacuri
electroizolante.
Conform acordului ISO/CEI, izolanții lichizi aparțin clasei L adică lubrifianți, uleiuri
industriale și produse conexe. Această categorie este desemnată printr -un grup de două litere, prima
literă care înseamnă familia izolanților lichizi și este N, iar a doua literă numește domeniul principal
de utilizare: C pentru condensatoare, T pentru transformatoare și Y pentru cabluri.
Lichidele care se utilizează ca dielectrici, pre cum și limitele temperaturilor de utilizare sunt
arătate in tabelul 3.1 .

Tabel 3.1 Temperaturile de utilizare ale dielectricilor lichizi

Dielectrici lichizi Temperatura de utilizare
Uleiuri minerale -50 la +110
Hidrocarburi aromatice clorurate -50 la +110
Uleiuri vegetale -20 la +100
Esteri organici -50 la +110
Uleiuri pe bază de hidrocarburi polimerizate -50 la +110
Lichide fluorurate -50 la +200
Lichide siliconice -50 la +200

III.1 Uleiuri minerale

Uleiurile minerale se obțin prin distilare a țițeiului, după separarea produselor ușoare :
benzen , petrol etc., urmat ă de o rafinare prin tratare cu acid sulfuric. Din punct de vedere chimic,
uleiul mineral este un amestec de hidrocarburi naftenice, acestea fiind foarte stabile și cu punct de
congel are scăzut, aromatice, fiindcă conțin un număr mare de atomi de carbon care se eliberează
sub acțiunea arcului electric, reducând proprietățile uleiului și parafinice, fiindcă au punct de
congelare ridicat și determină o creștere a vâscozității uleiului, p roprietățile sale depind atât de

Lucrare de disertație
14
compoziția chimică, cât și de condițiile de exploatare.
Uleiul izolant, obținut prin rafinarea și distilarea petrolului este eliberat de gazul dizolvant și
de apă, în vid, prin pulverizarea sau prin tratare pe suprafață ma re.
Uleiul mineral prezintă dezavantajul că, prin utilizare în timp, se oxidează. Oxidarea este
accelerată atunci când presiunea aerului este mărită sau când este o cantitate mărită de oxigen și
când funcționarea se realizează la temperaturi înalte. De ce le mai multe ori îmbătrânirea uleiurilor
minerale poate fi prevenită prin îndepărtarea completă a aerului cu ajutorul vidului și prin folosirea
unui gaz inert care să înlocuiască aerul. Prezența unor metale sub formă de electrozi favorizează
prin cataliză reacțiile de oxidare a uleiurilor minerale, pentru a fi evitată această oxidare se acoperă
suprafețele de cupru care sunt în contact cu uleiul, prin argintare.
În cele din urmă în funcție de condițiile de lucru, uleiurile minerale o să îmbătrânească în
timpul funcționării și din această cauză culoarea lor se închide, indicele de aciditate crește,
tensiunea superficială la suprafața de contact cu apa scade, rigiditatea dielectrică scade, iar
pierderile dielectrice cresc.
La aparatele electrice mari se iau probe de ulei cu regularitate pentru examinarea stării de
îmbătrânire și se verifică starea de îmbătrânire a uleiului cât și factorul de pierderi dielectrice. În
cazul în care impuritățile depășesc anumite valori uleiul trebuie purificat. Operația de purif icare este
mai mult sau mai puțin complicată, în funcție de gradul de degradare a uleiului.
Uleiurile izolante trebuie să fie transparente și clare, iar punctul de congelare trebuie să fie
în jurul valorii de -40 șC, pentru întreruptoarele de putere se a leg uleiuri cu valoare punctului de
congelare la -70 șC. În cazul întrerupătoarelor cu ulei, vâscozitatea uleiului trebuie să fie cât se
poate de mică datorită pieselor în mișcare rapidă.
Uleiul mineral este aproape lipsit de dipoli, proprietățile electri ce sunt bune însă depind mult
de puritatea uleiului. Tensiunea de străpungere, la distanța dintre electrozi de 2,5 mm, trebuie să fie
la un ulei uscat între 50 și 60 kV. Conținutul de gaze dizolvate influențează tensiunea de
străpungere, de asemenea și pre zența apei în ulei poate reduce tensiune de străpungere cu mai mult
de 30%, iar dacă se găsesc și fibre sau impurități solide valoarea se reduce și mai mult.
Constanta dielectrică este aproape independentă de temperatură atâta timp cât uleiul nu este
murd ar. Uleiul este relativ mult solicitat în cazurile în care acesta este legat în serie electric cu
materialele electroizolante solide. La descărcările luminescente, uleiurile izolante prezintă după o
absorbție inițială de gaz o eliberare permanentă de gaz c are crește cu temperatura.
Intensitatea câmpului la care apare eliberarea de gaze este diferită și depinde de structura
uleiului. La unele utilizări din această cauză se preferă să se folosească uleiuri care pe baza
conținutului lor de aromate se intitule ază ca gazoabsorbante și prezintă eliberarea de gaz numai la
sarcină electrică extremă. Așadar uleiul mineral este rezistent la descărcări luminescente numai în
măsură limitată.
Dacă uleiul este expus permanent la descărcări luminescente, se formează cu a ceastă ocazie
și substanțe solide. La arc electric uleiul se descompune.
Conform tabelului 3.2 se formează pe lângă negru de fum și hidrocarburi, dintre care, în
special acetilenă. Cu oxigenul, aceste gaze sunt foarte explozive.

Tabel 3.2 Produsele de de scompunere a uleiului mineral

Produse de descompunere Ulei mineral [% ]
Hidrogen 60
Azot 9
Oxigen 2
Oxid de carbon 3
Hidrocarburi nesaturate 16

Lucrare de disertație
15
Hidrocarburi saturate 10

În exploatare practică sunt importante conductibilitatea termică, dilatarea te rmică și căldura
specifică. Uleiul mineral nu trebuie să se exploateze permanent la o temperatură de peste 90 șC,
dacă uleiul se încălzește prea mult, atunci se degajă vapori inflamabili. La întrerupătoarele cu ulei,
care au puțin ulei punctul de inflamabi litate trebuie să se situeze la peste 130 șC.
Dacă uleiurile izolante sunt în contact cu aerul, ele pot absorbi o mare parte din acesta.
Oxigenul duce în special la temperaturi mari, la procesele de oxidare și prin aceasta la o îmbătrânire
a uleiului, de asemenea și cuprul exercită o influență acceleratoare asupra oxidării.
La cablurile în manta de plumb, sub influența oxigenului din aer care difuzează, se pot
forma săpunuri de plumb. Acestea sunt relativ greu solubile în ulei mineral și se precipită de aceea
ușor, în soluție ele au pierderi dielectrice mari. Până și lumina accelerează îmbătrânirea uleiurilor
izolante.
În cantitate mică apa se dizolvă în ulei. Acest fenomen se întâmplă atunci când uleiul se
oxidează sau apa poate fi absorbită din atmosfe ră. Formarea de apă prin degradare termică a
celulozei din hârtia cu ulei este posibilă numai atunci când uleiul și celuloza se găsesc într -o stare
avansată de îmbătrânire.
Materialele izolante solide în asociație cu uleiul pot influența îmbătrânirea. În cazul în care
se produc compuși cu greutate moleculară mai mare și produse de reacție, atunci după un timp mai
mare de funcționare, ele se precipită sub formă de șlam. Folosit ca strat de acoperire pe înfășurări,
acesta duce la retenții de căldură, iar din această cauză izolația poate fi distrusă termic și se mărește
pericolul unei străpungeri termice.
Din punct de vedere al tehnicii de exploatare, importantă poate fi și tensiunea de suprafață
limitată față de apă, care uneori este verificată.
Uleiul minera l se folosește în electrotehnică fie ca izolant sau fie ca ajutor la disiparea
căldurii. În asociație cu hârtia de celuloză bună se realizează un material compus foarte valoros,
folosit la cele mai înalte tensiuni. Astfel uleiul mineral se utilizează în tr ansformatoare și
convertizoare de măsură, în redresoare, izolatoare de trecere, cabluri și condensatoare electrice. La
întreruptoarele de putere, se utilizează uleiuri minerale pentru a stinge arcul electric.
În transformator, capacitatea bună de izolare a uleiului mineral împiedică străpungerea
dintre piesele aflate sub tensiune. Ca urmare a constantei mici a uleiului, materialele electroizolante
solide sunt scoase de sub sarcină în ceea ce privește solicitarea dielectrică. Căldura produsă în
transformator este disipată prin convecție. Apoi uleiul protejează materialele izolante solide de
influența umidității și a aerului.
Pentru a proteja uleiul izolant față de influențele atmosferice se folosesc vase de expansiune,
care respiră prin uscătoare de aer. La c onvertizoarele de măsură se preferă închiderea completă prin
vase de expansiune închise. La trecerile condensatoarelor există o izolație stratificată din ulei și
hârtie.
La impregnarea cablurilor de înaltă tensiune izolate cu hârtie, se folosesc uleiuri iz olante de
foarte bună calitate de viscozitate mică. Ele trebuie să fie fluide, la temperatura de impregnare care
este de aproximativ 130 șC pentru a putea pătrunde în toți porii hârtiei, dar cu condiția să fie
vâscoase la temperatura de 40 – 50 șC, pentru a nu se scurge în cazul denivelărilor, fără a se congela
la temperaturi coborâte.
Pentru impregnarea izolației de hârtie la cablurile cu tensiuni de lucru până la 60 kV se
folosește de cele mai multe ori amestecuri de uleiuri vâscoase sau cu rășini sinteti ce.
Condensatoarele cu hârtie impregnată cu ulei au pereții exteriori elastici sau vase de
expansiune închise, în acest fel uleiul este protejat de acțiunea aerului exterior, cu dezavantajul că
nu se poate face o întreținere a uleiului aflat în exploatare.
La întreruptoarele cu ulei, vâscozitatea mică face ca uleiul să curgă rapid în punctul de

Lucrare de disertație
16
întrerupere unde prin vaporizare și descompunere parțială arcul este bine răcit. În timp ce gazele se
dizolvă, se produce și negru de fum. Aceste solicitări dure au drept rezultat modificarea relativ
rapidă a uleiului în întreruptorul de putere. După un anumit număr de comutări uleiul trebuie
regenerat sau înlocuit.

III.2 Uleiul de transformator

Uleiul de transformator se utilizează în transformatoare ca izolant ș i mediu de răcire, iar în
întreruptoarele de înaltă tensiune ca electroizolant și mediu de stingere a arcului electric.
Uleiul prezintă, în primul rând, o mare rezistență la străpungere. Fiind fluid această fluiditate
crescând o dată cu temperatura de func ționare, el umple toate spațiile libere ale transformatorului,
mărind izolația. Pe lângă aceasta, dacă într -un punct oarecare izolația cedează, uleiul intervine
stingând imediat arcul și umplând locul respectiv, care altfel ar rămâne neizolat. Uleiul mai a re și
proprietatea de a prezerva complet materialele izolate ale transformatorului contra umezelii,
inamicul cel mai important al izolațiilor.
Uleiul de transformator prezintă neajunsul că este inflamabil, are o stabilitate chimică
nesatisfăcătoare și dă, prin descompunere, substanțe explozive. Inflamabilitatea uleiului de
transformator este periculoasă îndeosebi în instalațiile transformatoarelor din mine, întreprinderi
industriale, clădiri publice, metropolitane, vase de navigație și alte spatii închise.
Caracteristicile izolante ale uleiului se înrăutățesc cu timpul sub influența a doi factori:
umiditate și oxigen. În consecință metoda cea mai simplă de protecție a uleiului este izolarea lui de
influența atmosferei. Acest lucru se realizează prin montarea unui conservator la transformator ce
are în componență și un filtru cu silicagel. Conservatorul are rolul de a micșora suprafața de contact
între ulei si aer și de a asigura o rezervă de ulei în cazul unor pierderi sau datorită modificărilor de
volum apăr ute în cazul dilatărilor datorate variațiilor de temperatură ale uleiului. Filtrul de silicagel
împiedică intrarea uleiului în contact cu aerul.
Caracteristica ce interesează cel mai mult este rigiditatea dielectrică a uleiului proaspăt livrat
din rafinări i, care poate atinge valoarea de 220kV/cm la uleiul uscat si filtrat.
Rigiditatea dielectrică scade foarte mult sub influența umidității și a suspensiilor mecanice.
Datorită fenomenelor tranzitorii din rețelele electrice care se propagă până la transformat or (furtuni
cu descărcări atmosferice, scurtcircuite, etc.) în echipament pot apărea rezidiuri sub formă de
cărbune sau alte impurități rezultate din descompunerea izolațiilor înfășurărilor sau a înfășurărilor
propriu zise.
Uleiul de transformator este foa rte higroscopic și absoarbe apa, care poate exista în ulei atât
sub formă dizolvată cât și sub formă de apă liberă. Influența negativă a umidității și oxigenului
asupra uleiului din interiorul transformatorului. Capacitatea de absorbție a uleiului pentru a pă crește
foarte rapid cu temperatura, si anume de circa 4 -5 ori mai mare la o temperatura de 80°C decât la o
temperatura de 20°C. Influența negativă a umidității și oxigenului asupra uleiului din interiorul
transformatorului se poate înlătura prin folosir ea ecranelor de azot care împiedică suprafața uleiului
să vină în contact direct cu atmosfera. Durata de viață a unui transformator cu azot este de 3 -4 ori
mai mare decât a celorlalte tipuri.
Revenind la calitatea uleiului se constată, că suspensiile solid e reduc considerabil rigiditatea
dielectrică a uleiului care conține umiditate. Influența suspensiilor asupra rigidității dielectrice a
uleiului uscat este mai mică. Prezența suspensiilor în uleiul de transformator duce la formarea unor
punți conductoare d e la un electrod la altul sau între puncte cu diferite potențiale. Aceste impurități
din ulei provoacă defecte macroscopice ale sistemului care duc la străpungerii în ulei, putând fii
periculoase și atrăgând după sine deteriorarea izolației spirelor sau o străpungere permanentă. În
consecință impuritățile trebuie eliminate printr -o filtrare îngrijită.

Lucrare de disertație
17
O altă componentă a transformatorului care permite utilizarea uleiului timp îndelungat este
releul de gaze care permite eliminarea gazelor produse în centrele locale de temperatură ridicată din
interiorul transformatorului.
Pentru a corespunde condițiilor de exploatare uleiul de transformator trebuie să satisfacă
următoarele condiții tehnice :
– să fie cât mai curat, adică să nu conțină substanțe în suspensie : impurități mecanice, acizi
baze, sulf, etc.
– să fie complet deshidratat, un conținut de apă de numai 0,01% , reducându -i rezistența la
străpungere la o optime
– temperatura de inflamare să fie sensibil superioară temperaturii de regim a
transformatorului ș i uleiul să prezinte la această din urmă temperatură o evaporare cât mai redusă
– să aibă un punct de congelare cât mai scăzut adică să prezinte o vâscozitate
corespunzătoare
– să nu depună gudroane.
Fiind un ulei nepolar are permitivitatea relativă redus ă și puțin variabilă cu temperatura și
frecvența. Variația permitivității în funcție de temperatură se poate observa in fig. 3.1 .

Fig. 3.1 . Variația permitivității relative a uleiului de transformator pur în funcție de temperatură

Factorul de pierderi crește sensibil cu temperatura din cauza creșterii conductivității
dielectrice. Creșterea temperaturii determină, prin mărirea vitezei de oxida re și a vitezei de
solubilitate a rigidității dielectrice.
La temperaturi ridicate, fierul și plumbul, reacționea ză chimic cu uleiul, iar cuprul și cadmiu
constituie catalizatori ai descompunerii sale. Pregătirea probelor pentru măsurarea caracteristicilor
uleiului, precum și metodelor de încercare sunt normalizate tabelul 3.3 .
Conform standardelor se folosesc următo arele definiții :
ulei nou – este uleiul livrat de către rafinării, neutralizat niciodată și având caracteristicile
prevăzute în STAS 811, acest ulei nu poate fi utilizat fără a fi recondiționat fizic.
ulei nou recondiționat fizic – este uleiul de mai sus, care a fost recondiționat fizic uscat și
filtrat în vederea aducerii la parametrii necesari utilizării.
uleiul din exploatare – este uleiul din echipamentele aflate în funcțiune.
uleiul din exploatare recondiționat fizic – este uleiul din echipamente care, în urma unui
tratament fizic uscare,filtrare corespunde parametrilor prescriși.
uleiul uzat – uleiul întrebuințat care are valorile unor caracteristici în afara limitelor de
admisibilitate respective și care nu mai poate fi aduse în limitele admise prin r econdiționarea fizică
sau prin regenerare.

Lucrare de disertație
18
Tabel 3.3 Caracteristici generale ale uleiului de transformator

Caracteristici Unitate de
măsură Valori uzuale Valori limită
admisibile Metoda de
analiză
Densitatea Kg/dm3 0,88-0,885 0,89 STAS 35 -58
Permiti vitatea relativă εr, la 20
șC și 50 Hz – 2,2-2,4 2,4 STAS 811 -60
Factorul de pierderi tg δ, la 20
șC și 50 Hz – (2..4)∙10-3 5∙10-3 STAS 6799 -71
Rezistivitatea de volum ρ v, la
20 șC Ωm ≥1011 1011 STAS 811 -60
Rigiditatea dielectrică pentru
ulei netratat l a 20 șC și 50 Hz MV/m ≥15 12 STAS 286 -63
Vâscozitatea convențională, la
20 șC șE ≤4 4 STAS 117 -66
Indicele de aciditate mgKOH/g 0,03-0,05 0,03 STAS 23 -68
Temperatura de inflamabilitate șC 125-135 140 STAS 5488 -56
Temperatura de congelare șC 25-45 40 STAS 39 -56
Conductivitatea termică W/kgK 140-400 – –
Căldura specifică J/kgK 1670 -2000 – –

În România condițiile tehnice pentru uleiul mineral neaditivat Tr. 30 pentru transformatoare
și întreruptoare electrice sunt stabilite prin STAS. Uleiul Tr. 30, ob ținut din fracțiuni de ulei
provenite din țițeiuri selecționate, se folosește ca mediu izolant, de răcire și de stingere a arcului
electric. Condițiile tehnice, pentru uleiul Tr. 30 sunt indicate în tabelul 3.4 .

Tabel 3.4 Condițiile tehnice de calitate p entru uleiul Tr. 30 conform STAS

Denumirea
caracteristicii Unitatea
de măsură Limite de admisibilitate Metode de
încercare Ulei de
transformator Ulei de
întreruptor
Densitate la 20 șC g/cm3 max. 0,895 STAS 35
SR EN ISO 3675
Vâscozitate cinematică
la 20 șC mm2/s 19-24 – SR EN ISO 3104
Vâscozitate cinematică
la 40 șC mm2/s max. 12 max. 3,5 SR EN ISO 3104
Vâscozitate cinematică
la -30 șC mm2/s max.1800 – SR EN 61868
Vâscozitate cinematică
la -40 șC mm2/s – max. 400 SR EN 61868
Conținut de apa în ul ei
crud, la 20 șC max. 30 SR EN 60814
Conținut de substanțe
insolubile în n -heptan % lipsă STAS 10632
Identificarea sulfurilor
și clorurilor anorganice – lipsă ASTM D 878

Lucrare de disertație
19
Număr de particule, la
livrare cu Φ>2 μm/100
ml – max. 15000 SR EN 60970
Număr de particule, la
livrare cu Φ>5 μm/100
ml – max. 3500 SR EN 60970
Factorul de pierderi tg δ – max. 0,005 SR EN 60247
Tensiune de
străpungere la frecvențe
industriale, la proba ca
atare kV min. 35 SR EN 60156
Tensiune de
străpungere la frecvențe
industri ale, la proba
tratată kV min. 70 SR EN 60156
Permitivitate dielectrică
relativă la 20 șC – 2,1 – 2,3 SR EN 60247
Permitivitate dielectrică
relativă la 90 șC – 2,0 – 2,2 SR EN 60247
Rezistivitatea de volum
la 20 șC Ωm min. 4×1012 SR EN 60247
Aspect Clar, fără impurități sau depuneri vizual
Culoare unități
ASTM max. 1 STAS 34
SR ISO 2049
Indice de neutralizare mgKOH/g max. 0,01 SR EN 62021 -2
Tensiune interfacială
față de apa la 25 șC dyne/cm min. 40 STAS 9654
Conținut de furfurol – max. 0,1 SR EN 61198
Punct de anilină șC 70 – 82 78 – 82 ISO 2977
Indice de refracție – max. 1,4890 max. 1,4800 SR ISO 5661
Conținut de atomi de
carbon aromatici % 7,5 – 11 5 – 7 ASTM D 2112
Conținut de atomi de
carbon parafinici % 35 – 45 35 – 40 ASTM D 2112
Conținut de atomi de
carbon naftenici % 50 – 55 48 – 57 ASTM D 2112
Conținut total de sulf % max. 0,25 max. 0,10 ASTM D 129
Conținut de sulf corosiv
pe lama de argint – Absent STAS 11606
Conținut de sulf corosiv
pe lama de cupru – Necoroziv SR EN 62535
Stabilitate la oxidare :
indice de neutralizare mgKOH/g max. 0,30 – SR EN 61125
Stabilitate la oxidare:
reziduu % max. 0,10 – SR EN 61125
Stabilitate la oxidare: tg
δ la 90 șC – max. 0,13 – SR EN 61125

Lucrare de disertație
20
Stabilitate la oxidare:
ore – min. 164 min. 500 SR EN 61125
Tendința de formare a
gazelor în câmp electric mm3/min max. 8 max. 8,5 IEC 60628
Tensiunea de
străpungere la impuls
unda negativă la ulei
tratat kV min. 140 CEI 60897
Temperatura de
inflamabilitate, Pensky
Martens șC min. 135 min. 100 SR EN IS O 2719
Temperatura de
inflamabilitate,
Marcusson șC min. 140 min. 105 SR EN ISO 2719
Temperatura de
autoaprindere șC min. 280 ASTM E 659
Conținut de PCB – nedetectabil SR EN 61619
Conținut de
hidrocarburi aromatice
policiclice (PCA) % max. 3 BS 2000 Pa rt 346
Toxicitate – netoxic SR 13216
Capacitate de
biodegradare – corespunde SR EN ISO 9408
Compatibilitate cu ulei
din exploatare – compatibil STAS 11605 SR
EN 60422

Pentru sistemul de comandă electropneumatic al întreruptoarelor de înaltă tensiune, în
România se folosește uleiul ET10, obținut din fracții distilate adânc rafinate, rezultate din țiței
selecționat și aditivat antioxidant , antispumant și pentru corectarea curbei de viscozitate.
În tabelul 3.5 sunt arătate condițiile tehnice de calitate pentru uleiul ET. 10.

Tabel 3.5 Condițiile tehnice de calitate pentru uleiul ET.10 conform STAS

Denumirea
caracteristicii Unitatea de măsură Limite de
admisibilitate Metode de încercare
Densitate la 20 șC g/cm3 max. 0,895 STAS 35
SR EN ISO 3675
Vâscozi tate cinematică
la 50 șC mm2/s min. 10 SR EN ISO 3104
Vâscozitate cinematică
la -40 șC mm2/s max. 500 SR EN 61868
Temperatura de curgere șC max. -60 șC ISO 3016
Conținut de apa în ulei
crud, la 20 șC – max. 30 SR EN 60814
Conținut de substanțe
insolubi le în n -heptan % lipsă STAS 10632
Identificarea sulfurilor
și clorurilor anorganice – lipsă ASTM D 878

Lucrare de disertație
21
Număr de particule, la
stuț cu Φ>2 μm/100 ml – max. 15000 SR EN 60970
Număr de particule, la
stuț cu Φ>5 μm/100 ml – max. 3500 SR EN 60970
Pierderi d ielectrice, tg
δ, la 70 șC – max. 0,012 SR EN 60247
Tensiune de
străpungere la frecvențe
industriale, la proba ca
atare kV min. 35 SR EN 60156
Tensiune de
străpungere la frecvențe
industriale, la proba
tratată kV min. 60 SR EN 60156
Permitivitate dielec trică
relativă la 20 șC – 2,1 – 2,3 SR EN 60247
Permitivitate dielectrică
relativă la 90 șC – 2,0 – 2,2 SR EN 60247
Rezistivitatea de volum
la 20 șC Ωcm min. 10∙1012 SR EN 60247
Aspect – Limpede, fără
impurități sau
depuneri vizual
Culoare – roșie vizual
Indice de neutralizare mgKOH/g max. 0,01 STAS 10130
Stabilitate la oxidare :
pierderi prin coroziune
de cupru și de oțel mg/cm2 max. 0,1 STAS 10130
Stabilitate la oxidare:
vâscozitate cinematică
la 50 șC mm2/s min. 9,5 STAS 10130
Stabilitate la oxida re:
vâscozitate cinematică
la -40 șC mm2/s max. 0,700 STAS 10130
Stabilitate la oxidare:
aciditate organică mgKOH/g max. 0,5 STAS 10130
Temperatura de
inflamabilitate, Pensky
Martens șC min. 98 SR EN ISO 2719
Temperatura de
inflamabilitate,
Marcusson șC min. 93 STAS 5489
Conținut de PCB – nedetectabil SR EN 61619
Toxicitate – netoxic SR 13216
Capacitate de
biodegradare – corespunde SR EN ISO 9408
Compatibilitate cu ulei
ET-10 din exploatare – compatibil –

Lucrare de disertație
22

IV. PROPRIETĂȚI TEHNICE ALE MATERIALE LOR ELECTROTEHNICE

Cunoașterea exactă a proprietăților materialelor electrotehnice reprezintă o cerință
fundamentală pentru utilizarea corectă a acestora. Introducerea într -un aparat a unui material cu
proprietăți incompatibile cu mediul în care se găseș te acesta poate avea urmări nedorite atât asupra
duratei de viață a aparatului, cât și asupra instalațiilor electrice aferente.
Domeniile de utilizare a materialelor electrotehnice fiind foarte multe, iar solicitările la care
sunt supuse fiind foarte difer ite atât în funcție de natură cât și în funcție de intensitate, nu se poate
realiza o clasificare exactă a proprietăților materialelor.

IV. 1 Proprietăți electrice

Conductivitatea electrică reprezintă de foarte multe ori, factorul principal în caracter izarea
anumitor clase de materiale electrotehnice. Este bine legată de structura, puritatea și condițiile de
utilizare a materialelor. Se măsoară în Ω∙mm2/m.
Rezistivitatea reprezintă o caracteristică și nu o constantă fizică a materialelor
electroizolante lichide sau solide. Aceasta depinde de numeroși factori și prima dată de temperatura
materialului electroizolant. Față de metale, rezistivitatea materialului electroizolant sc ade cu
creșterea temperaturii.
La variații mici de temperatură se poate simți variația rezistenței de izolație, astfel când se
fac încercări și variația rezistivității de volum sau a rezistenței de izolație a materialului
electroizolant poate să influențeze rezultatele măsurătorilor, în acest caz trebuie ca încercările să se
realizeze la aceeași temperatură.
Impuritățile aflate în materialul electroizolant pot afecta și ele valoarea rezistivității și a
rezistenței de izolație, în materialele electroizolante lichide influența impuritățil or este destul de
mare.
În aproape toate cazurile conducția în materialul electroizolant se datorează mișcării ionilor
din componenta materialului. Mobilitatea ionilor în spațiu între moleculele neutre crește cu
temperatura, în acest caz crescând și curen tul de conducție prin dielectric. În materialul
electroizolant unde apar impurități se formează locuri unde forța de reținere a ionilor se micșorează,
iar din această cauză ionii se vor mișca mai ușor.
Rezistivitatea de volum este egală cu valoarea reziste nței electrice, măsurată în curent
continuu a unui cub de material cu latura egală cu unitatea.
Rezistivitatea la suprafață se definește pentru materialele solide ca rezistența măsurată în
curent continuu a unui pătrat delimitat la suprafața materialului p rin doi electrozi în formă de cuțit,
iar valorile rezistivității de suprafață depind de compoziția chimică și structura materialului, de
conținutul de impurități solubile din materia,l de starea de prelucrare a suprafeței, de temperatură,
de puritatea, de umiditatea și presiunea mediului ambiant. La materialele izolante rezistivitatea la
suprafață are valori între 108 și 10-18 Ω.
Permitivitatea relativă caracterizează starea de polarizație electrică a corpurilor.
Rigiditatea dielectrică reprezintă valoarea minimă a intensității câmpului electric pentru
care materialul se străpunge. Se calculează prin raportul dintre tensiunea la care are loc
străpungerea corpului și distanța dintre electrozii între care se găsește corpul.

Lucrare de disertație
23
Datorită faptului că în practică nu se pot obține întotdeauna câmpuri electrice unifo rme,
mărimea rigidității astfel calculată reprezintă rigiditatea dielectrică tehnică și se ia în seamă numai
dacă se menționează și condițiile fizice în care a fost determinată. Câteva valori în funcție de
material sunt prezentate în tabelul 4.1.

Tabel 4.1 rigiditatea dielectrică a unor materiale electroizolante în câmp uniform, la 50 Hz și 20 șC

Structura Materialul Estr [MV/m]
Gazoasă Aer 3,2
Azot 3,2
Bioxid de carbon 2,9
Hidrogen 1,9
Hexafloru ră de sulf 7,0
Lichidă Ulei de transformator purificat 20÷30
Ulei de transformator nepurificat 4÷5
Uleiuri sintetice 14÷20
Ulei de ricin 12÷18
Uleiuri siliconice 15÷20
Compactă, omogenă Sticlă în strat subțire 100÷300
Mică în strat subțire 100
Hârtie impregnată 100÷300
Folii organice sintetice 90÷120
Neomogenă cu pori
închiși Ceramică 10÷30
Fenoplaste 10÷15
Neomogenă cu pori
deschiși Marmură 4÷5
Lemn 4÷6
Hârtie cu cablu neimpregnată 7÷10
Ceramică termică 1,5÷2,5

Factorul de pierd eri caracterizează mărimea pierderilor totale de energie în dielectrici,
datorită polarizației, conducției și descărcărilor electrice. Unghiul de pierderi dielectrice δ reprezintă
complementul defazajului dintre tensiunea U aplicată și curentul total I care străbate dielectricul
aflat între armăturile unui condensator.

IV.2 Rezistivitatea

Rezistivitatea materialelor electroizolante este influențată de o serie de factori : structura
corpurilor, prezența impurităților, umiditatea, temperatura, câmpul electr ic aplicat etc.

IV.2.1 Influența impurităților
Mărimea conductivității electrice depinde, de tipul ionilor adică de dimensiunile și masele
lor atomice : ionii cu razele și masele atomice mai mici determinând o creștere mai pronunțată a
conductivității. Ast fel se explică de ce rezistivitatea sticlei cu Na 2O având 2∙106 Ωm, la 200 șC este
mai mare decât cea a sticlei cu K 2O având 2∙109 Ωm.
Impuritățile modifică și modul de variație a rezistivității cu temperatura.

IV.2.2 Influența structurii corpurilor
În di electricii cu structură ionică, conducția se realizează prin deplasarea ionilor care se

Lucrare de disertație
24
separă în rețea datorită agitației termice și este mai intensă în cazul cristalelor cu ioni monovalenți.
Contribuția la procesul de conducție a unei anumite specii de i oni caracterizată prin mărimea
indicelui de transport depinde de dimensiunile razelor ionice precum și de numărul atomilor imediat
vecini, respectiv de modul de legare a ionilor în rețea. În cazul corpurilor cristaline cu structură
moleculară, conductivita tea electrică este foarte mică, ea fiind determinată doar de conținutul de
impurități. Conductivitatea electrică a corpurilor amorfe este si ea în cele mai multe cazuri foarte
mică și este determinată de compoziția lor chimică, de conținutul de impurități, de gradul de
polimerizare, de gradul de vulcanizare etc.

IV.2.3 Influența temperaturii
Datorită creșterii temperaturii se intensifică mișcarea de agitație termică a ionilor din rețeaua
cristalină și un număr mai mare dintre ei au o energie suficientă pen tru a ieși din groapa de potențial
în care se găsesc. Astfel crește concentrația purtătorilor de sarcină electrică și scade rezistivitatea
corpului.

IV.2.4 Influența umidității
Pătrunderea umidității determină apariția unor noi specii de purtători de sarc ină, ionii
rezultați prin disocierea impurităților conținute în apă sau a impurităților solubile conținute în
materiale, ionii de oxigen și hidrogen rezultați din disocierea apei, grupe de molecule de apă
încărcate cu sarcină electrică. Creșterea numărului de purtători de sarcină intensifică procesul de
conducție electrică, împuținând rezistivitatea de volum a corpurilor, chiar cu câteva ordine de
mărime.
Variații mult mai importante cu umiditate prezintă rezistivitatea de suprafață, existența
conducției su perficiale fiind condiționată de prezența umidității. În acest fel, rezistivitatea de
suprafață variază foarte puțin în cazul dielectricilor insolubili în apă nepolari, mai mult în cazul
celor polari și foarte mult în cazul dielectricilor solubili în apă ș i a celor poroși. Variația
rezistivității de suprafață ρ s se poate observa în fig.4.1 .

Fig.4.1 Variația rezistivității de suprafață ρ s cu umiditatea relativă a mediului ambiant pentru :
1-parafină
2-sticlă alcalină
3-fenoplaste

Lucrare de disertație
25

IV.2.5 Influența câmpului electric
Modificarea rezistivității sub acțiunea câmpului electric se datorează formării de sarcini
spațiale în dielectrici, favorizării proceselor de emisie a electrozilor și de infiltrare a umidității,
reducerii barierei de potențial aferent contactului metal izolant. Aceste fenomene devin foarte
importante în cazul câmpurilor electrice intense, când devine preponderentă și conducția
electronică.

IV.3 Rigiditatea dielectrica

Rigiditatea dielectrică reprezintă valoarea maximă a intensității câmpului e lectric în care se
găsește materialul de încercat, fără ca el să se deterioreze sau fisureze lucru care sa îl facă inapt
pentru o folosire ulterioară. Rigiditatea dielectrică determinată experimental depinde de numeroși
factori, caracteristici fiecărei înc ercări și se numește rigiditate dielectrică practică. Din această cauză
ea nu reprezintă o caracteristică fizică a materialului, dar poate arăta informații comparative privind
comportarea diferitelor materiale în câmpuri electrice intense. Eliminând comple t influența
factorilor externi, străpungerea se produce pentru valori mult mai mari ale intensității câmpului
electric, rezultând astfel o rigiditate dielectrică intrinsecă.

IV.4 Dielectrici gazoși

În cazul dielectricilor gazoși, străpungerea gazelor se datorează unor avalanșe de purtători de
sarcină electroni și ioni care migrează de la un electrod la celălalt. Inițierea avalanșei este
determinată de un număr mai mic de electroni, aflați în gaze sau emiși de catod care, accelerați în
câmpul electric E pe o anumită distanță, acumulează o energie destul de mare pentru a ioniza o
moleculă a gazului și a genera încă un electron. Cei doi electroni vor putea ioniza alte două
molecule doar după ce au acumulat energia, adică au parcurs distanța precedentă. Astfe l că, pentru
un gaz dat, inițierea avalanșei trebuie să se producă mai aproape de catod, iar dezvoltarea ei până la
atingerea unui diametru maxim se va face pe o distanță cu atât mai mică, cu cât câmpul electric în
care se găsește gazul este mai intens.

IV.4.1 Influența distanței dintre electrozi
În cazul în care distanța dintre electrozi se micșorează, inițierea avalanșei trebuie să se
producă mai aproape de catod, iar dezvoltarea ei trebuie să aibă loc pe o distanță mai redusă. În
aceste condiții, număru l de ciocniri neionizante ale electronilor trebuie să fie mai redus, adică
aceștia trebuie să acumuleze energia pe o distanță mai mică. Cum aceasta se poate realiza numai
dacă intensitatea câmpului electric crește, rezultă că rigiditatea dielectrică a gaze lor crește când
distanța dintre electrozi scad e, lucru exemplificat în fig. 4.2.

Lucrare de disertație
26

Fig.4.2. Variația rigidității dielectrice a aerului în funcție de distanța dintre electrozi

IV.4.2 Influența presiunii
Dacă presiunea crește, moleculele gazului se apropie mai mult unele de altele, numărul de
ciocniri pe aceeași distanță crește și electronii nu reușesc să acumuleze energia, decât pe distanțe
mari, ceea ce face imposibilă dezvoltarea avalanșei. Rigiditatea dielectrică a gazului crește atunci
când presiunea de pășește valoarea presiunii constante fig.4.3. În cazul în care presiunea scade foarte
mult, concentrația de molecule se reduce, așadar se reduce probabilitatea de ciocnire și de ionizare a
gazului. Astfel că în aceste condiții, trebuie ca toate ciocnirile electronilor să fie ionizante, fapt care
se poate realiza numai dacă intensitatea câmpului electric crește. Astfel , estimarea corectă a
tensiunii de străpungere a aerului Ustr este dată de relația :

(4.1)

Unde: p- presiunea
T- temperatura aerului în timpul încercării exprimată în șK
U0- tensiunea de străpungere determinată în condiții normale la p0=105 N/m2 și
T0=293 șK
Pe baza acestor fenomene, se fabrică întreruptoarele de înaltă tensiune cu aer compri mat,
respectiv cu vid.

Fig. 4.3. Variația rigidității dielectrice a aerului cu presiunea în câmp uniform

Lucrare de disertație
27

IV.4.3 Influența temperaturii
În cazul în care temperatura crește, se intensifică mișcarea de agitație termică a ionilor
gazului și scade probabil itatea de recombinare adică se reduce intervalul de timp în care un ion
pozitiv se găsește în vecinătatea unui ion negativ, procesul de dezvoltare a avalanșelor este mai
puțin perturbat, ele putându -se dezvolta și în cazul unor câmpuri electrice de intensi tate mai mică.
Influența frecvenței și duratei de aplicare a tensiunii.
Dacă durata de aplicare a tensiunii scade, intensitatea câmpului electric trebuie să crească,
fiindcă electronii să poată absorbi într -un timp mai scurt energia. Dacă se aplică impuls uri de
tensiune, străpungerea se va produce la tensiuni mult mai ridicate decât în cazul aplicării unei
tensiuni continue.
Variația tensiunii de străpungere a aerului în câmp omogen, în funcție de frecvența tensiu nii
este reprezentată în fig.4. 4.

Fig.4. 4. Variația raportului dintre tensiunea de străpungere a aerului la o anumită frecvență și tensiunea de
străpungere în curent continuu, în funcție de frecvență

IV.4.5 Influența umidității
Rigiditatea dielectrică determinată în câmpuri uniforme sau slab neuniforme nu este practic
influențată de umiditatea gazului. La câmpurile puternic neuniforme, se constată că tensiunea de
străpungere se mărește considerabil când umiditatea relativă a gazului crește. Creșterea umidității
relative a gazului se datorează vaporilor de apă care, fiind puternic electronegativi captează cu
lejeritate electronii din gaz și formează ioni negativi. Cum ionii astfel formați se deplasează mai
greu decât electronii scade și viteza de desfășurare a procesului de străpungere.
Mai ale s în câmpurile neuniforme, la procesul de străpungere a gazelor, se formează și
fenomene Corona și de conturnare. Efectul Corona constă într -o descărcare incompletă, focalizată
într-o zonă îngustă din jurul electrozilor care apar înconjurați de o coroană l uminoasă. Fenomenul
de conturnare constă în apariția unor descărcări pe suprafața izolanților solizi supuși încercărilor la
tensiune înaltă în aer. Deoarece în aceste cazuri nu se poate determina rigiditatea dielectrică, pentru
eliminarea conturnărilor, iz olanții se introduc în medii cu rigiditate dielectrică mai mare decât a
aerului cum ar fii uleiurile.

IV.5 Dielectrici lichizi

Acțiunea de străpungere a izolanților lichizi fiind mai complexă, s -au enunțat mai multe
teorii cum ar fii teoria ionizării, teoria străpungerii pur electrice, teoria străpungerii termice pe baza
cărora se pot explica și influențele factorilor externi asupra rigidității dielectrice.

Lucrare de disertație
28
IV.5.1 Influența impurităților
Impuritățile solubile disociază sub acțiunea câmpului electric dâ nd naștere unor noi purtători
de sarcină electrică. Se intensifică în acest astfel conducția electrică și scade rigiditatea dielectrică a
lichidului. În cazul impurităților insolubile se formează emulsii sau suspensii care se aglomerează în
părțile cu câmp electric intens. Se formează astfel punți de legătură între electrozi, prin care se pot
dezvolta descărcări disruptive și la câmpurile mai puțin intense. Exemplul cel mai bun în cazul
scăderii rigidității dielectrice cu conținut de apă este uleiul de transformator exemplu în fig.4.6 .
Dacă conținutul de apă în ulei depășește o valoare de 0,02 % Estr variază foarte puțin deoarece apa
formează picături mari care se depun pe partea inferioară a vaselor. Așadar, lichidele care conțin
apă sau impurități vor avea o rigiditate dielectrică mai redusă decât în stare pură.

Fig. 4.6. Rigiditatea dielectrică a uleiului de transformator în funcție de conținutul de apă

IV.5.2 Influența temperaturii
În cazul lichidelor pure rigiditatea dielectrică, se modifică doar atun ci când valoarea
temperaturii se apropie de cea la care lichidul începe să se vaporizeze. În cazul în care uleiul are în
conținutul său apă, rigiditatea dielectrică crește cu temperatura, fiindcă apa se vaporizează sau
reacționează cu moleculele lichidelor .
Dacă temperaturile sunt mai mari și lichidele încep să se vaporizeze atunci rigiditatea lor
dielectrică scade.
Variația tensiunii de străpungere a uleiului de transformator în funcție de temperatură se
vede în fig.4. 7.

Fig. 4.7 . Graficul tensiunii de străpungere în funcție de temperatură a uleiului de transformator :
1-ulei curat ;
2-ulei aflat în exploatare .

Lucrare de disertație
29

IV.5.3 Influența presiunii
În cazul creșterii presiunii se reduce volumul bulelor de gaz existente în lichid, în care se
creează descărcări electr ice parțiale, astfel acest lucru duce la creșterea rigidității dielectrice.
Variația rigidității dielectrice a unor lichide cu presiunea este exemplificată în graficul (fig.4.8.).

Fig. 4.8. Variația rigidității dielectrice a lichidelor cu presiunea
1- petrol
2- ulei de ricin
3- ulei de transformator.

IV.5.4 Influența tipurilor de electrozi
Datorită lucrului mecanic de extracție a electronilor specific fiecărui metal sau aliaj, se obțin
diferite valori ale rigidității, dacă încercările se fac cu electrozi din me tale diferite, diferențele se pot
observa în tabelul 4.2 .

Tabel 4.2 Rigiditatea dielectrică a unor lichide măsurata cu electrozi fabricați din diferite materiale [MV/m]

Material Electrozi Benzină Hexan Xilen
Fier 40 36 43
Alamă 42 37 41
Plumb 44 38 47
Cupru 46 44 47
Aluminiu 45 44 48
Aur – 43 49
Argint – 48 54
Zinc 49 48 52

Lucrare de disertație
30
Rigiditatea dielectrică mai este influențată și de starea de prelucrare și puritatea suprafețelor
electrozilor. În acest fel, pentru uleiul de transformator se obține o rig iditate dielectrică de 24 MV/m
dacă electrozii sunt curățați cu benzină, iar dacă sunt suflați cu aer cald timp de două minute se
obține o rigiditate de 33,5 MV/m.

IV.5.5 Influența distanței dintre electrozi
În cazul lichidelor pure atunci când distanța dintre electrozi crește rigiditatea dielectrică
scade, având aceeași explicație ca în cazul gazelor. În cazul uleiului de transformator dacă distanța
dintre electrozi este de 1 mm atunci rigiditatea este de 27 MV/m, iar dacă se mărește distanța la 1,4
mm a tunci rigiditatea scade la 22 MV/m.

IV.5.6 Influența frecvenței
Tensiune de străpungere crește odată cu frecvența și are un maxim pentru o valoare a
acesteia de circa 200 Hz. Pentru valori mai mari ale frecvenței, pierderile de energie în lichid devin
importante, se produc străpungeri termice și tensiunea de străpungere scade. Astfel că tensiunea de
străpungere este cu atât mai ridicată cu cât forma curbei de tensiune este mai ascuțită. Tensiunea de
străpungere a uleiului de transformator este de două ori mai mică dacă încercarea se face cu
tensiune sinusoidală, comparativ cu a unei curbe ascuțite a tensiunii.

IV.6 Dielectrici solizi

La dielectricii solizi se definește o rigiditate dielectrică longitudinală între doi electrozi
situați pe aceeași supra față a probei, care caracterizează mai ales suprafața materialului și depinde
de caracteristicile mediului ambiant și o rigiditate dielectrică transversală atunci când liniile
câmpului electric sunt perpendiculare pe suprafața principală a probei de încerc at numită, rigiditate
dielectrică.

IV.6.1 Influența structurii fizice și compoziției chimice
Rezultatele diferite ale rigidității dielectrice sunt influențate prea puțin de compoziția
chimică a izolanților și se datorează mai ales structurilor fizice dif erite ale acestora. Așa că,
corpurile cu structură compactă cum ar fii sticla au rigiditatea dielectrică mult mai mare decât cele
cu structură poroasă cum ar fii hârtia sau azbestul, unde procesul de străpungere se dezvoltă atât în
materialul propriu zis c ât și în aerul conținut în porii materialului și a cărui rigiditate este mult mai
redusă.

IV.6.2 Influența geometriei electrozilor
Dacă electrozii prezintă muchii ascuțite, în aceste zone,câmpul electric este foarte intens și
favorizează apariția și dezv oltarea procesului de străpungere la valori mai mici decât în cazul
electrozilor cu muchiile rotunjite. Din această cauză, electrozii folosiți la încercările industriale sunt
sferici sau cilindrici, cu muchia de la bază rotunjită.
În cazul măririi ariei s uprafeței materialelor de încercat și a electrozilor determină și aceasta
o reducere a rigidității dielectrice, întrucât crește numărul de defecte din materialul de încercat și
deci și probabilitatea de inițiere a unui proces de străp ungere a materialului. În fig. 4.9 se poate
observa influența ariei suprafeței electrozilor.
Rigiditatea dielectrică depinde și de natura electrozilor, fiindcă valorile lucrului mecanic de
extracție a electronilor nu sunt la fel de la un metal la altul.

Lucrare de disertație
31

Fig. 4.9 Variația ri gidității dielectrice în funcție de aria suprafeței electrozilor, în cazul izolanților solizi

IV.6.3 Influența geometriei epruvetelor
Tensiunea de străpungere este legată de grosimea materialului care se încearcă, întrucât
tensiunea de străpungere depinde de natura și structura materialului, de natura mediului ambiant, de
caracteristicile undei de tensiune și de durata încercării. În cazul materialelor cu o grosime mai mare
de 1 mm, când are loc o străpungere de natură termică. Suprafața materialului care vine în contact
cu electrodul nu constituie un parametru definit, însă trebuie să aibă valori destul de mari pentru a
nu produce conturnări.
În tabelul 4.3 sunt demonstrate valorile tensiunii de străpungere și rigidității dielectrice în
funcție de grosimea materialului încercat în cazul de față polietilenă.

Tabel 4.3 Dependența rigidității dielectrice a polietilenei în funcție de grosime

Grosimea [mm] Ustr[kV] Estr[MV/m]
1 40 40
2 70 35
3 110 32,7
4 120 30

IV.6.4 Influența mediului ambiant
În mediil e lichide sau gazoase, unde se efectuează încercările de străpungere a materialelor
au o influență destul de mare asupra rigidității dielectrice. Astfel rigiditatea dielectrică are valori
mai înalte în cazul utilizării unor medii de rezistivitate electrică mai scăzută în cazul uleiului pur sau
în care se dezvoltă cu mai multă ușurință descărcările parțiale în cazul aerului, se pot observa
diferențele în fig. 4.10 . Din această cauză este bine ca încercările pentru determinarea rigidității
dielectrice să se e fectueze în medii identice cu cele în care este utilizat materialul de încercat.

Lucrare de disertație
32

Fig. 4.10 Valorile tensiunii de străpungere în funcție de grosimea materialului în cele doua
medii : 1-încercări în ulei de transformator
2-încercări în aer

IV.6.5 Influența temperaturii.
În cazul dielectricilor nepolari, rigiditatea dielectrică rămâne constantă atunci când
temperatura are valori inferioare temperaturii critice, iar în cazul dielectricilor polari prezintă
variații sensibile. Atunci când temperatura este mai mare decât temperatura critică se formează
străpungeri termice ale dielectricilor și rigiditatea dielectrică scade când temperatura crește.
Variațiile a diferitor materiale se pot observa în fig. 4.1 1.

Fig. 4.11 Variația rigidității dielectrice în funcț ie cu temperatura în cazul dielectricilor solizi :
1-polimetilmetacrilat
2-rășină epoxi
3-poliamidă
4-polistiren
5-polietilenă
6-poliizobutilenă
7-cauciuc siliconic

Lucrare de disertație
33

IV.6.6 Influența frecvenței
Dacă crește frecvența tensiunii aplicate atunci se determină o mărire a pierderilor în
dielectrici, a temperaturii corpurilor, fapt care duce la valori mai mici ale rigidității dielectrice.
Influența altor factori
Pe lângă factorii exemplificați, rigiditatea dielectrică depinde și de gradul de umezire a electrozilor,
mai ales în cazul acelor cu porozitate ridicată, de solicitări mecanice, de conținutul de impurități
conductoare și incluziuni gazoase. Acești factori determină o intensificare a procesului de
conducție, fie o mărire locală a intensității câmpului electric sau o modificare a structurii fizico –
chimice a izolanților, fenomene care provoacă o reducere a rigidității dielectrice.

Lucrare de disertație
34

V. APARATUL PENTRU DETERMINAREA RIGIDITĂȚII DIELECTRICE

Aparat pentru determinarea rigidității dielectrice se numește ARU -2.
Domeniul de utilizare : Aparatul ARU -2 (fig. 5.1 ) este destinat determinării rigidității
dielectrice a uleiurilor electroizolante în condițiile prescripțiilor tehnice internaționale, la tensiunea
de 40kV.

Fig. 5.1 Aparatul pentru determinarea rigidit ății dielectrice a uleiului ARU -2

Descriere si funcționare : Determinarea rigidității dielectrice a uleiurilor electroizolante se
face prin măsurarea tensiunii de străpungere a uleiurilor, a căror viscozitate la 200 șC este maxim
50mm/s, folosite ca uleiur i pentru transformatoare, întrerupt oare, condensatoare și alte aparate
similare. Aparatul este portabil, sub forma unei carcase prevăzute în partea superioară cu un vas
ceramic având electrozi semisferici, totul sub un capac transparent care permite urmări rea
fenomenului de descărcări și străpungere a uleiului. Partea inferioara a carcasei cuprinde un
transformator de înaltă tensiune, un voltmetru cu doua scale gradate (tensiu nea de alimentare și cea
de încercare), precum și elemente de comandă și reglaj.

Lucrare de disertație
35
Date tehnice :
 Tensiunea de alimentare: 230V±10%, 50Hz;
 Puterea consumata: max. 300VA ;
 Tensiunea maxima de încercare: 40kV, 50Hz ;
 Curentul de declanșare la conturnare: 1,2A ±0,1A ;
 Capacitatea vasului de probe: 0,5 l ;
 Distanta p rescrisa intre electrozi; 2, 5mm;
 Viteza de cr eștere a tensiunii: 2kV/secunda;
 Dimensiuni de gabarit: 535×420×380;
 Greutate: 50kg.

Determinarea rigidității dielectrice se face cu scopul de a stabili în ce măsură uleiul
electroizolant rezistă la străpungerea cu tensiune electrică. Va lorile rigidității dielectrice ne permit
să apreciem starea de calitate a uleiului și oportunitatea aplicării unui tratament de recondiționare
fizică filtrare sau uscare pentru a fi putea folosit.
Rigiditatea dielectrică a uleiului electroizolant Estr reprezintă raportul dintre tensiunea
electrică de străpungere Ustr a dielectricului, în condițiile specifice încercării și distanța dintre cei
doi electrozi între care este aplicată tensiunea. Rigiditatea dielectrică este o mărime convențională,
exprimată în kV/cm, depinzând de distanța dintre cei doi electrozi, de forma acestora, de
temperatura probei respectiv de condițiile încercării.
Valoarea rigidității dielectrice se determină cu relația :

[kV/cm ] (5.1)

În care: Ustr – tensiunea electrică de străpungere, în kV ;
d – distanța dintre electrozi, în cm.

Pentru efectuarea acestor determinări se utilizează o instalație construită special (fig. 5.1 ) și
care se compune în principal din următoarele :

Fig. 5.2. Schema electr ică a aparatului pentru determinarea rigidității dielectrice a uleiului

Lucrare de disertație
36
-un vas paralelipipedic E din polimetacrilat de metil sau din porțelan, de formă cilindrică,
având o capacitate de circa 0,5 l prevăzut cu doi electrozi din cupru șlefuiți, alamă, bro nz sau oțel
inoxidabil plasați la o adâncime de circa 40 mm în vas și o distanță între ei variabilă ;
-un aparat pentru măsurarea tensiunii aplicate între electrozi – voltmetru electrostatic montat
în paralel cu electrozii sau un voltmetru V montat în prima rul transformatorului de tensiune:
-un autotransformator reglabil AT și un transformator ridicător de tensiune TIT ;
-un sistem de protecție (releul 2E1) destinat a întrerupe curentul într -un timp foarte scurt
t≤0,02s și limitat la 20mA în momentul străpung erii, pentru a se evita descompunerea uleiului ;
-un sistem de blocare BB, pornire BP, oprire BO, automenținere 3E 1, semnalizare L.
Aparatul cel mai utilizat la noi pentru determinarea rigidității dielectrice a uleiului este
ARU -2, fabricat de ICEMENEBERG B ucurești
Înainte de executarea probelor aparatul trebuie controlat asupra stării lui, asupra verificării în
termen precum și să fie legat la pământ prin borna destinată acestui scop.
Pentru efectuarea probei, vasul se spală în mod repetat în exterior și in terior cu benzină,
ultimul solvent fiind eter de petrol, după care acesta se va usca timp de 30 de minute la temperatura
la 60 șC.
Uleiul adus pentru probă se lasă timp de 24 ore în încăperea în care se execută măsurarea ca
să ia temperatura încăperii, dup ă care se clătește vasul și electrozii cu ulei. Apoi proba de ulei se
toarnă încet în vas. După umplere, se închide capacul aparatului, se așteaptă 10 minute până ce
uleiul se liniștește, apoi se conectează la sursa de alimentare, și se crește tensiunea tr eptat începând
de la zero, până la valoarea la care se produce străpungerea, apoi valoarea se notează.
De obicei se fac 6 încercări, iar după fiecare străpungere se agită uleiul din vas, între
electrozi, cu bagheta de sticlă pentru îndepărtarea eventualelo r produse de descompunere apărute,
evitându -se formarea bulelor de aer și apoi se așteaptă câteva minute ca uleiul să se liniștească.
Rezultatul primei măsurători nu se ia în considerație, se consideră ca tensiune de străpungere
media aritmetică a străpung erilor.
Uleiul electroizolant pentru transformatoarele de putere se consideră corespunzător, ca
rigiditatea dielectrică dacă valorile obținute sunt cel puțin egale cu valorile limită indicate în
normativ.
Modul de lucru a aparatului ARU -2 pentru determinar ea rigidității dielectrice a uleiului este
următorul :
1. Se clătește vasul și electrozii cu uleiul care se încearcă și apoi proba de ulei se toarnă încet
în celula de încercare în lungul unei baghete de sticlă curată și clătită în prealabil cu uleiul de
încercat. Nivelul uleiului în vasul de încercare trebuie să fie cu cel puțin 1 cm peste marginea
superioară a electrozilor.
2. Se reglează distanța între electrozi cu ajutorul unui calibru special (lera spion) la 2,5 mm.
3. Se închide capacul aparatului, se aduce butonul autotransformatorului la zero și se
alimentează aparatul de la rețeaua de 220 V curent alternativ.
4. Se așteaptă 10 minute liniștirea uleiului.
5. Se apasă pe butonul de pornire și se controlează prezența tensiunii, indicată de lampa de
semnalizare. In cazul că aceasta nu este aprinsă se mai controlează închiderea capacului.
6. Se ridică tensiunea uniform, prin rotirea butonului autotransformatorului de la zero la
tensiunea de străpungere cu o viteză de max.2 kV/s. Aparatul se deconecte ază automat în momentul
străpungerii uleiului.
7. Se agită ușor uleiul din vas între electrozi cu o baghetă de sticlă curățată în prealabil,
evitându -se formarea bulelor de aer și se așteaptă 2 minute pentru îndepărtarea eventualelor produse
de descompune re apărute între electrozi sau pe electrozi.
8. Se străpunge proba de ulei de 6 ori și se calculează tensiunea de străpungere medie ca
media aritmetică a celor 6 străpungeri efectuate cu condiția ca nici una din cele 6 valori să nu difere

Lucrare de disertație
37
cu mai mult de 1 5% din valoarea medie calculată la uleiurile noi și cu 25% la cele din exploatare. În
cazul în care nu se îndeplinește condiția de mai sus, se repetă încercarea pe o noua probă de ulei și
se consideră ca tensiune de străpungere media aritmetică ale celor 1 2 valori obținute. Dacă și de
această dată dispersia care rezultată este mai mare de 15%, se repetă încercarea începând cu luarea
unei noi probe de ulei.

V.1 Încercăr i efectuate pentru determinarea rigidității dielectrice

Cu ajutorul aparatului ARU -2 am aplicat tensiune crescătoare în două medii, acestea fiind
aer respectiv ulei, aflând valorile tensiunii de străpungere între diferiți electrozi la anumite distanțe.

V.1.1 Rigiditatea dielectrică a aerului
Variația rigidității dielectrice a diferiților electrozi având ca mediu ambiant aerul. Pentru
prima încercare am utilizat electrozii etalon de tip sferici (fig. 5.3.) .

Fig. 5.3. Electrozi sferici

Valorile obținute sunt notate în tabelul următor, apoi au fost transpuse într -un grafic.

Variația rig idității în aer
Distanta Electrozi [mm] Distanta Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
25 2.5 39 15.6
20 2 38 19
15 1.5 29 19.33333333
11 1.1 22 20
7 0.7 15 21.42857143
4 0.4 10 25

Lucrare de disertație
38

După încercarea electrozilor sferici am trecut la încercări cu electrozi de tip rotunzi cu
muchii rotunjite aceștia având diferite diametre.
Valorile tensiunii de străpungere între electrozi i rotunzi (fig. 5.4 .) având diametrul fiecare de
2 cm valorile obținute sunt următoarele :

Fig. 5.4. Electrozi rotunzi cu dia metrul de 2 cm

Lucrare de disertație
39

Variația rigidității în aer
Distanta Electrozi [mm] Distanta Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
50.8 5.08 40 7.874015748
45 4.5 38 8.444444444
40 4 34 8.5
35 3.5 32 9.142857143
30 3 29 9.666666667
25 2.5 24 9.6
20 2 22 11
15 1.5 19 12.66666667
10 1 16 16
5 0.5 10 20
2.5 0.25 5 20
1 0.1 2 20

Lucrare de disertație
40
Pentru acești electrozi am surprins și o formare a arcului electric (fig. 5.5.).

Fig. 5.5. Formarea arcului electric între doi electrozi rotunzi

Următoarea probă a fos t efectuată între un electrod cu diametrul de 2 cm și unul puțin mai
mare de 3 cm (fig. 5. 6.).

Fig. 5.6. Electrozi rotunzi cu diametrul de 2 cm respectiv 3 cm

Lucrare de disertație
41

Valorile obținute au fost notate în tabelul următor :

Variația rigidității în aer
Distanta Electrozi [mm] Distanta Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
51 5.1 40 7.843137255
45 4.5 36 8
40 4 35 8.75
35 3.5 32.5 9.285714286
30 3 29 9.666666667
25 2.5 28 11.2
20 2 25 12.5
15 1.5 21 14
10 1 15 15
5 0.5 9 18
2.5 0.25 5 20
1 0.1 2 20

Lucrare de disertație
42
Pentru următoarea încercare am folosit electrozi cu diametrul de 5 cm (fig. 5.7.), acesta fiind
și diametrul maxim care a încăput în vasul electroizolant al aparatului.

Fig. 5.7. Electrozi rotunzi cu diametrul a 5 cm fiecare

Variația rigidit ății în aer
Distanta Electrozi [mm] Distanta Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
43 4.3 39 9.069767442
35 3.5 36 10.28571429
30 3 33 11
25 2.5 28.5 11.4
20 2 27 13.5
15 1.5 20 13.33333333
10 1 17 17
5 0.5 9 18
2.5 0.25 5 20
1 0.1 2.5 25

Lucrare de disertație
43

La finalul probei de rigiditatea a aerului am folosit diametrul cel mai mic și cel mai mare a
electrozilor rotunzi, fiind fiecare având ca electrod opus un electrod cilindric cu vârf ascuțit.
Pentru electrodul cu diametrul mare și vârful ascuțit (fig. 5. 8.)sau obținut următoarele date :

Fig. 5.8. Electrod rotund cu diametrul de 5 cm și un vârf ascuțit

Lucrare de disertație
44

Variația rigidității în aer
Distanța Electrozi [mm] Distanța Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
40 4 25.5 6.375
35 3.5 24 6.857142857
30 3 20 6.666666667
25 2.5 18 7.2
20 2 14.5 7.25
15 1.5 10.5 7
10 1 7.5 7.5
5 0.5 4 8
2.5 0.25 2 8
1 0.1 1 10

Pentru acești electrozi am sesizat că înaintea producerii stră pungerii în vârful electrodului
ascuțit se produce conturnare (fig. 5.9) apoi urmea ză producerea arcului electric (fig. 5.10.) .

Fig. 5.9. Conturnarea electrodului cu vârf ascuțit

Lucrare de disertație
45

Fi. 5.10. Producerea arcului electric între electrozi

Lucrare de disertație
46
În cazul ultimei încercări, având ca mediu izolant aerul valorile obținute între elec trodul cu
diametrul de 2 cm și vârful ascuțit (fig. 5. 11.) sunt următoarele :

Fig. 5.11. Electrod rotund cu diametrul de 2 cm și un vârf ascuțit

Variația rigidității în aer
Distanța Electrozi [mm] Distanța Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
40 4 26 6.5
35 3.5 25 7.142857143
30 3 22 7.333333333
25 2.5 18.5 7.4
20 2 15 7.5
15 1.5 11 7.333333333
10 1 8 8
5 0.5 4 8
2.5 0.25 2.5 10
1 0.1 1.8 18

Lucrare de disertație
47

V.1.2 Rigiditatea dielectrică a uleiului
Ca și în cazul încercărilor efectuate în aer, am făcut aceleași încercări asupra electrozilor
doar că în cazul de față am folosit ca lichid izolant uleiul de transformator.
Încercările în ulei au început cu electrozii sferici (fig. 5. 12.), având valorile reprezentate în
tabel.

Fig. 5.12. Electrozi sferici având ca mediu izolant uleiul

Lucrare de disertație
48

Variația rigidității în ulei electroizolant
Distanța Electrozi [mm] Distanța Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
8 0.8 38 47.5
6 0.6 28 46.66666667
4 0.4 18 45
2 0.2 11 55
1 0.1 8 80

În cazul electrozilor rotun zi cu diametrul de 2 cm (fig. 5.1 3.) valorile obținute sunt
următoarele :

Fig. 5.13. Electrozi rotunzi cu diametrul de 2 cm având ca mediu izolant uleiul

Lucrare de disertație
49

Variația rigidității în ulei electroizolant
Distanța Electrozi [mm] Distanța Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
8 0.8 28 35
6 0.6 20 33.33333333
4 0.4 14 35
2 0.2 10 50
1 0.1 6 60

Lucrare de disertație
50
Pentru e lectrozi i rotunzi cu diametrul egal de 5 cm (fig. 5.1 4.), valorile rigidității dielectrice
sunt următoarele :

Fig. 5.14. Electrozi rot unzi cu diametrul de 5 cm având ca mediu izolant uleiul

Variația rigidității în ulei electroizolant
Distanța Electrozi [mm] Distanța Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
8 0.8 34 42.5
6 0.6 24 40
4 0.4 16 40
2 0.2 12 60
1 0.1 10 100

Lucrare de disertație
51

Ca și în cazul aerului pentru ultimele încercări am folosit un electrod cu vârf ascuțit. La
încercarea între electrodul rotund de 2 cm și vârful ascuțit (fig. 5.1 5.) valorile sunt date în tabel.

Fig. 5.15. Electrod rotund cu diametrul de 2 cm și un vârf ascuțit având ca mediu izolant uleiul

Lucrare de disertație
52
Variația rigidității în ulei electroizolant
Distanța Electrozi [mm] Distanța Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
16 1.6 41 25.625
10 1 32 32
8 0.8 24 30
6 0.6 20 33.33333333
4 0.4 14 35
2 0.2 10 50
1 0.1 8 80

La ultima încercare a uleiului de transformator am folosit e lectrozi i rotunzi cu diametrul de
5 cm si un vârf ascuțit (fig. 5. 16.).

Fig. 5.16. Electrod rotund cu diametrul de 5 cm și un vârf ascuțit având ca mediu izolant uleiul

Lucrare de disertație
53

Valorile tensiunii de străpungere sunt :

Variația rigidității în ulei electroizolant
Distanța Electrozi [mm] Distanța Electrozi [cm] Ustr [kV] Estr [kV/cm]
10 1 36 36
8 0.8 28 35
6 0.6 20 33.33333333
4 0.4 14 35
2 0.2 10 50
1 0.1 8 80

Lucrare de disertație
54

VI. CONCLUZII

Am studiat materialul bibliografic, sintetizând foarte concis tema abordată și am realizat
determinarea volarilor rigidității dielectrice.
Verificarea a presupus îndeplinirea mai multor cerințe, astfel că realizarea testărilor am
făcut -o în incinta laborat orului Facultății de Inginerie – Centrul Universitar Nord din Baia Mare,
respectând normele specifice de protecție a muncii și asigurând condițiile necesare la care se fac
probele de verificare și încercare ale echipamentelor electrice.
În scopul realizări i lucrării practice, am utilizat a parat pentru determinarea rigidității
dielectrice “ARU -2” care are un vas de porțelan unde se pot monta doi electrozi la distanțele dorite,
apoi se crește tensiunea între cei doi electrozi începând de la zero până în momen tul în care are loc
străpungerea. Electrozii pe care i -am folosite la aceste încercări au fost electrozii sferici din cupru
fiind și cei etalon, electrozi rotunzi de diferite diametre și un electrod cu vârful ascuțit.
Pentru fiecare tensiune de străpungere în funcție de tipul electrozilor aleși și de distanța
dintre aceștia am realizat un tabel, apoi pe baza tabelului grafice cu valoarea rigidității dielectrice în
funcție de distanță și mediul izolant în care se găsesc electrozi.
La determinarea rigidităț ii dielectrice având ca mediu electroizolant aerul am transpus într –
un grafic toate valorile străpungerii în funcție de tipurile electrozilor ( fig. 6.1.), din grafic
observându -se că cea mai mare valoare a rigidității dielectrice a fost între electrozi sfe rici, între
electrozi rotunzi valorile străpungerii au fost aproape egale , iar între electrozii rotunzi și un vârf
ascuțit rigiditatea dielectrică a scăzut având valori mai înalte doar la distanțe mici.

Fig. 6.1. Valorile rigidității dielectrice între diferiți electrozii având ca mediu ambiant aerul

Lucrare de disertație
55

În comparație cu graficul rigidității din cărțile de specialitate (fig. 6. 2.) se observă căci
graficul are aceeași curbură a valorii rigidității aceasta scăzând atunci când distanța dintre electrozi
creșt e, doar că valorile rigidității sunt mai mari, fapt datorat posibil temperaturii, umidității sau
încăperii unde au fost realizate încercările

Fig. 6.2. Variația rigidității conform cărților de specialitate

În cazul rigidității uleiului străpungerea se p oate realiza doar la distanțe mici în comparație
cu aerul.

Fig. 6.3 . Valorile rigidității dielectrice între diferiți electrozii având ca mediu electroizolant uleiul de
transformator

Lucrare de disertație
56
Din grafic (fig. 6. 3.) se observă că valorile rigidității dielectrice sunt mult mai mari față de
aer, iar între electrozi nu sunt diferențe mari , cea mai mare rigiditate fiind între electrozii rotunzi cu
diametrul egal de 5 cm. În ulei în timp ce distanța dintre electrozi se mărește , rigiditatea dielectrică
devine proporțio nală cu distanța.
Ca și recomanda re ar fii indicat ca aparatul să monitorizeze valorile crescătoare ale tensiunii
sau să rămână acul indicato rului (fig. 6.4. ) blocat la valoarea tensiunii maxime de străpungere ,
pentru a putea face o citire mai exactă a ten siunii de străpungere și pentru a putea în același timp
când se crește tensiunea să se urmărească electrozii .

Fig. 6.4. Indicatorul tensiunii de străpungere a aparatului “ARU -2”

Lucrare de disertație
57

VII. BIBILIOGRAFIE

[1] A. Ifrim, P. Noțingher, Materiale electroteh nice, Ed. Dida ctică și pedagogică, București,
1979.
[2] Valerian Lică, Materiale electroizolante vol.1 , Ed. Tehnică, București, 1992.
[3] Valerian Lică, Materiale electroizolante vol. 2, Ed. Tehnică, București, 1992.
[4] Al. Pantea, Probe și verificări la transformatoar e de putere , Ed. Tehnică, București, 1998.
[5] A. Ifrim, V. Firețeanu, P. Noț ingher, D. Stanciu, Îndrumar de laborator de materiale
electrotehnice , Litografia IPB, 1985.
[6] P. Noț ingher, I. Radu, Materiale electrotehnice – Aplicații , Litografia IPB, 1992.
[7] https://www.edtn.ro/wp -content/uploads/2012/03/ST29_uleiET10.pdf
[8] https://www.edtn.ro/wp -content/up loads/2012/03/ST27_uleiTR30.01.pdf
[9] https://graduo.ro/referate/electrotehnica/uleiul -de-transformator -467044#&gid=null&pid=6
[10] http://lme.elmat.pub. ro/~florin/student/Energetica/Fise_mat_elth_old.pdf
[11] http://cee.ubm.ro/