Жидкие диэлектрики

жидкости, удельное злектрическое сопротивление которых превышает 10¹⁰ ом см. В электрическое поле Ж. д., как и твёрдые, характеризуются поляризацией и диэлектрическими потерями; в сильных полях — имеет место пробой (см. Диэлектрики). Электропроводность Ж. д, обусловлена ионами, образованными вследствие диссоциации собственных и примесных молекул жидкости. Пробой Ж. д. в сильном электрическом поле в основном связан с загрязнениями, которые содержит жидкость.

Ж. д. имеют большое значение в электротехнике и в лабораторной практике. Они обладают более высокой электрической прочностью, диэлектрической проницаемостью ε и удельной теплопроводностью по сравнению с воздухом или др. газами при давлении, близком к атмосферному. Поэтому при удалении воздуха из пор в волокнистой или иной пористой изоляции и заполнении их Ж. д. допустимое рабочее напряжение электрических устройств повышается. Аналогичный эффект достигается при заливке Ж. д. корпусов трансформаторов, конденсаторов, блоков радиоаппаратуры, при пропитке Ж. д. бумажной изоляции конденсаторов или силовых кабелей высокого напряжения и т. п. При пропитке Ж. д. бумажной изоляции конденсаторов удаётся значительно повысить их ёмкость.

Из Ж. д. наиболее широко применяются электроизоляционные минеральные (нефтяные) масла. По химическому составу — это смеси различных углеводородов с ε 2,2—2,4 и с малым углом δ диэлектрических потерь (См. Диэлектрические потери) (после хорошей очистки и при нормальной температуре tg δ <>

Хлорированные углеводороды с несимметричным строением молекул (в СССР — совол и совтол) являются полярными Ж. д. с повышенными значениями ε (3—6) и характерными зависимостями ε и tg δ от температуры и частоты. Широко применяются также синтетические Ж. д. — кремнийорганические и фторорганические жидкости (подробнее см. в ст. Электроизоляционные материалы).

Лит.: Сканави Г. И., Физика диэлектриков, (Область слабых полей), М. — Л., 1949; его же. Физика диэлектриков. (Область сильных полей), М., 1958; Браун В., Диэлектрики, пер. с англ., М., 1961; Балыгин И. Е., Электрическая прочность жидких диэлектриков, М. — Л., 1964.

А. Н. Губкин.

ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ - жидкости с высоким удельным электросопротивлением (~1010 Ом.см). Наибольшее применение имеют минеральные масла (в трансформаторах, конденсаторах и т. д.).

ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

жидкости, уд. электрич. сопротивление к-рых превышает 1010 Ом
• см. В электрич. поле Ж. д. (как и тв. диэлектрики) характеризуются диэлектрич. проницаемостью и диэлектрическими потерями; в сильных полях в них происходит пробой. Носители заряда в Ж. д.— ионы. Ж. д. играют важную роль в электротехнике как электроизоляц. материалы. Они обладают более высокими электрич. прочностью, диэлектрич. проницаемостью e и теплопроводностью по сравнению с воздухом и др. газами при атм. давлении. Особенность Ж. д.: в импульсном электрич. поле их электрическая прочность возрастает как t-1/3 при длительности импульса t

В кач-ве Ж. д. применяются нефтяные масла (смеси углеводородов с e=2,2—2,4 и с малым углом d диэлектрич. потерь, у к-рых после очистки и при норм. темп-ре tgd<0,001). Хлориров. углеводороды с несимметричным строением молекул (в СССР — «совол» и «совтол») явл. полярными диэлектриками с e=3—6. Широко применяются также синтетич. Ж. д.— кремнийорганич. и фторорганич. жидкости.

жи́дкие диэле́ктрики

жидкости с низкой электропроводностью (10^–10 Ом^–1·см^–1). Используются в электротехнике как изоляционные материалы, наибольшее применение имеют минеральные масла (в трансформаторах, конденсаторах и т. д.).

* * *

ЖИ́ДКИЕ ДИЭЛЕ́КТРИКИ, молекулярные жидкости, удельное электрическое сопротивление которых превышает 10¹⁰ Ом см. Как и твердые диэлектрики, жидкие диэлектрики поляризуются в электрических полях: для них характерна электронная и ориентационная поляризация. Диэлектрическая проницаемость(см. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ) (статическая) жидких диэлектриков может достигать значений 10² (для частоты 10⁴Гц). В сильных электрических полях происходит электрический пробой жидких диэлектриков, механизм которого (тепловой или электронный) зависит от природы жидкости, ее чистоты, температуры, и др.

Жидкими диэлектриками являются насыщенные ароматические, хлорированные и фторированные углеводороды, ненасыщенные парафиновые и вазелиновые масла, кремнийорганические соединения (полиорганосилоксаны), сжиженные газы, дистиллированная вода, расплавы некоторых халькогенидов и др. Для жидких диэлектриков характерна ковалентная связь(см. КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ) электронов в молекулах, а между молекулами действуют ван-дер-ваальсовые силы(см. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ).

Жидкие диэлектрики применяются в электроизоляционной технике в качестве пропитывающих и заливочных составов при производстве электро- и радиотехнической аппаратуры: в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. По применению они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей, циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов, масляных выключателей. Электрическая прочность, диэлектрическая проницаемость и теплопроводность жидких диэлектриков имеет более высокие значения по сравнению с воздухом и другими газами при атмосферном давлении. Поэтому электроизоляционные жидкие диэлектрики должны обеспечивать повышение электрической прочности твердой пористой изоляции, отвод тепла от обмоток трансформатора, гашение электрической дуги в масляных выключателях. В импульсном электрическом поле их электрическая прочность возрастает.

Основными характеристиками диэлектрических жидкостей являются диэлектрическая проницаемость, электропроводность и электрическая прочность.

Диэлектрическая проницаемость является истинной характеристикой жидкостей и характеризуется дипольным моментом и поляризуемостью молекул. Собственная проводимость жидких диэлектриков имеет электронную и ионную составляющие. Она обусловлена автоэлектронной эмиссией с катода, электролитической диссоциацией молекул, ионизацией молекул. Электрические свойства жидких диэлектриков в значительной мере зависят от степени их очистки. Загрязнения, как правило, снижают электрическую прочность жидких диэлектриков и увеличивают проводимость за счет возрастания количества ионов и заряженных коллоидных частиц.

Проводимость жидкостей определяется ионизацией молекул и наличием в жидкости примесей. Основными примесями, уменьшающими электрическую прочность, являются микрочастицы, микропузырьки и вода. Очистка диэлектрических жидкостей (дистилляцией, частичной кристаллизацией, адсорбцией, ионным обменом) приводит к уменьшению электропроводности и диэлектрических потерь и возрастанию электрической прочности. Электрическая прочность в значительной степени является технологической характеристикой жидкого диэлектрика и электродов, способов приготовления и эксплуатации изоляционного промежутка. На нее влияют не только те примеси, которые определяют электропроводность, но и форма и материал электродов, длительность импульса, наличие пузырьков.

Наиболее распространенными жидкими диэлектриками, применяемыми в качестве электроизоляционных материалов, являются:

нефтяные масла — трансформаторное, конденсаторное и кабельное;

синтетические жидкие диэлектрики — полихлордифенил (совол, совтол), кремнийорганические и фторорганические;

растительные технические масла (касторовое, льняное, конопляное и тунговое) в электроизоляционной технике применяются ограниченно.

Нефтяные электроизоляционные масла

Нефтяные масла — слабовязкие, практически неполярные жидкости. По химическому составу представляют смесь различных углеводородов парафинового, нафтенового, ароматического и нафтено-ароматического рядов с небольшим (до 1% масс) содержанием присадок, улучшающих их стойкость к термоокислительному старению, а также температурно-вязкостные характеристики. Нефтяное трансформаторное масло получило наиболее широкое применение в высоковольтных аппаратах: трансформаторах, масляных выключателях, высоковольтных водах. Нефтяное трансформаторное масло является неполярным диэлектриком. Поэтому в чистом масле диэлектрические потери обусловлены в основном токами проводимости, величина которых мала, следовательно, малы и диэлектрические потери. При 20^оС и 100 Гц = 2,2—2,3, = 10¹⁰-10¹³Ом^.м, Е_пр= 10—28 кВ/мм. В механизме пробоя основное влияние на образование газоразрядного канала проводимости имеет нерастворенная в масле полярная полупроводящая и проводящая примесь. Вода, растворенная в масле, увеличивает электропроводность и электрические потери, но мало влияет на электрическую прочность. Вода, выделенная в виде мелкодисперсных капель, вызывает резкое увеличение неоднородности поля, что приводит к снижению пробивного напряжения.

Нефтяное конденсаторное масло получают из трансформаторного путем его более глубокой очистки адсорбентами. Его электрические свойства лучше, чем у трансформаторного масла. При 20^оС и 1 Гц = 2,1—2,3, = 10¹¹-10¹²Ом^.м, Е_пр= 14—18 кВ/мм. Используют для пропитки бумажных конденсаторов, в особенности силовых. При пропитке в результате заполнения пор бумаги маслом увеличиваются диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность бумаги, следовательно, возрастают емкость конденсатора и его рабочее напряжение.

Нефтяное кабельное масло применяют для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей с рабочим напряжением до 35 кВ в свинцовой или алюминиевой оболочке, а также для заполнения металлических оболочек маслонаполненных кабелей на напряжение до 110кВ и выше.

Конденсаторные масла отличаются от трансформаторных масел более тщательной очисткой и меньшими значениями tg (до 2.10^-4). Недостатки нефтяных масел — пожаро- и взрывоопасность, невысокая стойкость к тепловому и электрическому старению, гигроскопичность.

Синтетические жидкие диэлектрики

Наибольшее применение получили синтетические жидкости на основе хлорированных углеводородов (совол, совтол), что связано с их высокой термической устойчивостью, электрической стабильностью, негорючестью. Однако в связи с токсичностью хлорированных углеводородов их применение сначала ограничивалось, а в настоящее время почти повсеместно запрещено.

Жидкие диэлектрики на основе кремнийорганических соединений (полиорганосилоксанов) являются нетоксичными и экологически безопасными. Они не вызывают коррозии металлов, обладают очень низкой гигроскопичностью и морозостойкостью. Эти жидкости представляют собой полимеры с низкой степенью полимеризации, в молекулах которых содержится повторяющаяся силоксанная группировка: Кремний-кислородная связь имеет высокую термическую и химическую стойкость, поэтому кремнийорганические соединения устойчивы при высоких температурах (до 250^оС). По своим диэлектрическим характеристикам полиорганосилоксановые жидкости приближаются к неполярным диэлектрикам. При 20^оС и 100 Гц = 2,4—2,8, = 10¹¹-10¹²Ом^.м, Епр= 14—18 кВ/мм. Полиорганосилоксановые жидкости используют в импульсных трансформаторах, специальных конденсаторах, работающих при повышенной температуре, блоках радио- и электронной аппаратуры и в некоторых других случаях. Их недостаток — сравнительно быстрая воспламеняемость, кроме того, они значительно дороже нефтяных масел.

Жидкие диэлектрики на основе фторорганических соединений отличаются негорючестью, высокой химической, окислительной и термической стабильностью, высокими электрофизическими и теплопередающими свойствами. Молекулы фторорганических жидкостей состоят из атомов углерода и фтора, при этом молекулярную цепь образуют атомы углерода. Фторорганические жидкости — неполярные диэлектрики. При 20^оС и 100 Гц = 2,2—2,5, = 10¹²-10¹⁴Ом^.м, Е_пр= 12—19 кВ/мм. Они обеспечивают более интенсивный отвод тепла от охлаждаемых обмоток и магнитопроводов трансформатора, чем нефтяные масла и кремнийорганические соединения. Применяются для наполнения небольших трансформаторов, блоков электронного оборудования и других электрических аппаратов в тех случаях, когда рабочие температуры велики для других видов жидких диэлектриков. Некоторые перфторированные жидкие диэлектрики могут использоваться для создания испарительного охлаждения в силовых трансформаторах. Недостатки — токсичность некоторых видов фторорганических жидкостей, высокая стоимость.

Растительные масла

К растительным маслам относятся касторовое, тунговое, льняное, конопляное. Растительные масла — слабополярные диэлектрики. Касторовое масло имеет высокую нагревостойкость и используется как пластификатор и для пропитки бумажных конденсаторов. Тунговое, льняное и конопляное масла относятся к «высыхающим» маслам. Высыхание обусловлено не испарением жидкости, а химическим процессом, в основе которого лежит окислительная полимеризация. Используются в качестве пленкообразующих в лаках (в том числе электроизоляционных), эмалях и красках.

жидкости с низкой электропроводностью (10^-10Ом^-1 х см^-1). Используются в электротехнике как изоляц. материалы, наиб. применение имеют минер. масла (в трансформаторах, конденсаторах и т.д.).