Mechanical degradation effect on dielectric behavior of PSP insulating material

RESUMEN: Los transformadores de potencia bañados en aceite se caracterizan por poseer un sistema de aislamiento formado por la combinación de aceite y papel dieléctricos. El aislante solido es utilizado para brindar tanto rigidez dieléctrica como mecánica a los conductores manteniendo separados eléctricamente todos los elementos que conforman la parte activa del transformador. Durante la operación de estas máquinas el sistema de aislamiento experimenta un envejecimiento progresivo reduciéndose la resistencia mecánica del papel debido a la ruptura de enlaces entre cadenas de celulosa. Esta degradación podría afectar a la resistencia dieléctrica del papel la cual es clave para garantizar un funcionamiento correcto de la máquina eléctrica. Este proyecto se ha focalizado principalmente en analizar la evolución de las propiedades dieléctricas, en concreto el factor de pérdidas (tangente de delta) y la permitividad compleja (componente real y componente imaginaria) del sólido dieléctrico PSP 3050 utilizado en la fabricación del sistema de aislamiento de transformadores bañados en aceite. Una vez analizado el comportamiento dieléctrico de muestras de PSP envejecidas en distintos aceites (mineral, éster natural y éster sintético) y a distintas temperaturas (150ºC, 130ºC y 110ºC) se estudió su relación con el comportamiento mecánico. Las propiedades representativas de la resistencia mecánica consideradas en este proyecto fueron tomadas de un Trabajo Fin de Grado anterior. La medida de las propiedades dieléctricas se realizó utilizando la celda DSH100 en combinación con el Spectano 100 el cual combina los métodos de Espectroscopía en el Dominio de la Frecuencia (FDS) y Medición de la Corriente de Polarización y Despolarización (PDC) en un solo dispositivo. Aunque las medidas con este equipo se han realizado en el rango de frecuencias de 5 kHz-16,62 mHz, el análisis de los resultados se ha centrado únicamente en cinco frecuencias (0,1 Hz, 2 Hz, 70 Hz, 200 Hz y 2000 Hz) para examinar el posible efecto de esta variable en la respuesta dieléctrica obtenida. Finalmente, se realizó un estudio del efecto de la humedad en la respuesta dieléctrica obtenida en muestras de PSP con distinto grado de envejecimiento con el fin de entender mejor el comportamiento dieléctrico obtenido previamente en las muestras de PSP envejecidas en aceite dieléctrico. Los resultados obtenidos mostraron la necesidad de un control preciso de la humedad en la medida de las propiedades dieléctricas ya que sus valores se ven muy afectados por pequeños incrementos en la humedad absorbida por el PSP, especialmente a frecuencias más bajas.ABSTRACT: Oil-immersed power transformers are characterized by having an insulation system formed by the combination of oil and dielectric paper. The solid insulation is used to provide both dielectric and mechanical strength to the conductors, keeping all the elements that make up the active part of the transformer electrically separated. During the operation of these machines, the insulation system undergoes progressive aging, reducing the mechanical resistance of the paper due to the breakdown of links between cellulose chains. This degradation could affect the dielectric strength of the paper, which is key to guaranteeing the correct operation of the electrical machine. This project has focused mainly on analyzing the evolution of the dielectric properties, specifically the loss factor (delta tangent) and the complex permittivity (real component and imaginary component) of the dielectric solid PSP 3050 used in the manufacture of the insulation system. of oil-bathed transformers. Once the dielectric behavior of PSP simples aged in different oils (mineral, natural ester and synthetic ester) and at different temperaturas (150ºC, 130ºC and 110ºC) had been analyzed, its relationship with the mechanical behavior was studied. The representative properties of mechanical resistance considered in this Project were taken from a previous Final Degree Project. The measurement of the dielectric properties was carried out using the DSH100 cell in combination with the Spectane 100 which combines the methods of Frequency Domain Spectroscopy (FDS) and Measurement of Polarization and Depolarization Current (PDC) in a single device. Although the measurements with this equipment have been carried out in the frequency range of 5 kHz-16.62 mHz, the analysis of the results has focused only on five frequencies (0.1 Hz, 2 Hz, 70 Hz, 200 Hz and 2000 Hz) to examine the possible effect of this variable on the dielectric response obtained. Finally, a study of the effect of moisture on the dielectric response obtained in PSP simples with different degrees of aging was carried out in order to understand better the dielectric behavior which has been previously obtained in aged simples of PSP. The results obtained showed the need for a precise control of moisture during the measurement of dielectric properties since its values are considerably affected by small increases in the moisture absorbed by the PSP, especially at lower frequencies.Grado en Ingeniería Mecánic