El funcionamiento y la duración de una máquina eléctrica o de un aparato electromecánico en general, depende esencialmente de los aislantes, que constituyen la parte más sensible a las solicitaciones térmicas, dieléctricas y mecánicas.

El desgaste de órganos de rozamiento, escobillas, colectores, contactos etc. es un fenómeno controlable y por lo tanto sus fallas son relativamente previsibles, puediéndoselas evitar con un adecuado programa de mantenimiento.

No se puede afirmar lo mismo para las fallas originadas por alteraciones de los aislantes como consecuencia por ejemplo de las solicitaciones centrífugas (en máquinas rotantes), vibraciones de las bobinas dentro de las ranuras, solicitaciones electrodinámicas (corrientes de cortocircuito), sobretensiones (de frecuencia industrial, atmosféricas o de maniobra) y muy particularmente solicitaciones de origen térmico.

La cualidades fundamentales que debe poseer un aislante para desempeñar bien su servicio son:

A diferencia de los materiales ferromagnéticos que pueden ser sometidos a elevados valores de inducción sin que se alteren sus características estructurales, en un aislante inmerso en un campo eléctrico, por desplazamiento de las órbitas de los electrones periféricos, se producen solicitaciones que puede ser soportada hasta un cierto límite, más allá del cual se verifica el fenómeno de la descarga, con pérdida permanente o temporaria de las cualidades del aislante.

Si se supera este límite se verifica el fenómeno de la descarga, con pérdida permanente o temporaria (descargas parciales) de las cualidades del aislante.

La descarga puede ser autorregenerativa (aislamientos en aire o aceite) o no autorregenerativa, cuando se produce un daño irreversible del aislante.

Se denomina rigidez dieléctrica de un determinado material, el gradiente eléctrico máximo que puede soportar. Su valor se puede determinar experimentalmente mediante los procedimientos e indicaciones establecidos por normas.

Cada material tiene su propia rigidez dieléctrica, pero su valor depende de las dimensiones de los electrodos de ensayo, de las condiciones ambientales en las cuales se realiza la prueba, y de la duración de aplicación de la tensión.

Cuando el campo eléctrico aplicado es perpendicular al material ensayado se define un valor de rigidez de masa, en cambio cuando el mismo es paralelo a la superficie del material se define rigidez superficial.

Para los materiales estratificados, a igualdad de espesor, la rigidez aumenta con el número de estratos o capas que conforman el aislamiento propiamente dicho.

La rigidez no es proporcional al espesor y para aislantes sólidos y aceites varía con exponente igual a 2/3.

La humedad reduce fuertemente el valor de rigidez dieléctrica y los aislantes son tanto más eficaces cuanto menos higroscópicos son.

La temperatura actúa de manera diversa según se trate de aislantes sólidos o líquidos.

En los aislante sólidos la rigidez decrece con el aumento de la temperatura, en cambio para los líquidos ocurre generalmente lo contrario.

La duración de la prueba, a igualdad de otras condiciones, influye notablemente en la magnitud de la rigidez, disminuye para tiempos crecientes y alcanza valores elevadísimos para tiempos muy breves (sobretensiones de impulso).

La frecuencia de la tensión aplicada afecta el valor de rigidez, y para una misma duración se tienen valores de rigidez más altos para frecuencias más bajas y viceversa.

La rigidez superficial depende del estado en que se encuentra la superficie del aislante, más que de su naturaleza, es decir, superficies lisas, pulidas y secas presentan valores de rigidez superiores.

Los materiales aislantes inmersos en aceite se comportan mejor que aquellos que se encuentran en aire.

Cuando se utilizan aislantes en serie que tienen distintas constantes dieléctricas, el más solicitado de los materiales es aquel que tiene la menor constante dieléctrica.

Al haber distintas capas de materiales si se supera la rigidez de un aislante, puede ocurrir una descarga, esta situación es más probable en el material con menor constante dieléctrica.

Veamos simplificativamente como ejemplo, que sucede en el espacio de aire comprendido entre un conductor de sección rectangular y la pared de la ranura en la cual se encuentra contenido según muestra la Figura A4.1.

El conductor está aislado contra masa con micanita (e r = 5) cuyo espesor es l1 y entre la pared de la ranura y el aislamiento del conductor se tiene un delgado estrato de aire (e r = 1) cuyo espesor es l₂.

Siendo U la tensión aplicada entre la pared de la ranura y el conductor se determina el gradiente en el aire con la expresión:

Puesto que el valor de la sumatoria del denominador es el mismo para los dos aislantes en serie, se observa que el más solicitado de los aislantes es aquel que tiene la más pequeña constante dieléctrica.

Para el ejemplo se tiene U = 10 kV, l₁ = 4 mm, l₂ = 0.2 mm

valor que supera notablemente la rigidez dieléctrica del aire (30 kV/cm).

Esta situación provoca descargas parciales en el estrado de aire, con transformación de oxígeno en ozono y en compuestos nitrados, que lentamente alterar las características del aislamiento del conductor, y que pueden conducir a la descarga o falla del aislamiento.

La más oportuna disposición de aislantes en serie es aquella para la cual se utilizan materiales que tienen igual valor del producto de su constante dieléctrica por su rigidez dieléctrica (en la práctica valores no muy diferentes).

En consecuencia es necesario eliminar el aire interior de los aislantes, ocupando todos los posibles huecos, para lo cual se utilizan distintos procedimientos de impregnación.

La impregnación de los devanados se puede realizar por goteo, usando un barniz elegido especialmente para esta finalidad.

Otro procedimiento es el de inmersión de la pieza en un barniz hasta que ya no se presentan en la superficie del barniz las burbujas originadas por el desalojo del aire ocluido en los intersticios del bobinado, siendo este el procedimiento generalmente empleado en máquinas pequeñas y medianas de baja tensión.

Es importante que la viscosidad del barniz sea la apropiada para lograr la máxima penetración.

Para máquinas de tensiones más altas (1200 a 15000 V) es conveniente utilizar el método de impregnación en a