Относительная диэлектрическая проницаемость является макроскопической характеристикой диэлектрика в статическом электрическом поле. Если поместить вещество между пластинами конденсатора, емкость увеличится: С = εr С0, где εr — относительная диэлектрическая проницаемость (постоянная) вещества, С0 — емкость конденсатора в вакууме.
Для газов εr немного более 1, для нефтяного трансформаторного масла она равна 2,0—2,5, для воды — до 79,5 и для синильной кислоты — 95.
Увеличение εr объясняется поляризацией диэлектрика.
Поведение молекул в электростатическом поле характеризуется εr, а в переменном, в частности в поле световой волны, — показателем преломления n.
Из теории Максвелла вытекает соотношение, справедливое в области длин волн, достаточно удаленных от полос поглощения для молекул:
εr = n2.
Для неполярных веществ, какими могут считаться трансформаторные масла, в поле световой волны это соотношение приближенно справедливо. Это иллюстрируется данными таблицы 1.
Таблица 1 - Влияние исходного сырья на электрические характеристики трансформаторных масел
|
Нефть
|
tg δ, 10-2 при
|
εr при
|
nD20
|
nD70
|
(nD20)2
|
(nD70)2
|
Плот-
ность ρ420 |
Содержание углерода в аромати-
ческих кольцах Сa, % |
|
20 °С
|
70 °С
|
20 °С
|
70 °С
|
| Сураханская отборная |
0,11
|
1,0
|
2,18
|
2,13
|
1,4807
|
1,4610
|
2,192
|
2,134
|
0,8672
|
10,22
|
| Балаханская масляная |
0,07
|
0,8
|
2,21
|
2,15
|
1,4852
|
1,4660
|
2,206
|
2,149
|
0,8798
|
9,65
|
| Смесь балаханской
масляной и романинской |
0,08
|
0,7
|
2,22
|
2,16
|
1,4889
|
1,4689
|
2,217
|
2,157
|
0,8855
|
11,65
|
| Бузовнинская |
0,08
|
0,8
|
2,23
|
2,17
|
1,4910
|
1,4713
|
2,223
|
2,164
|
0,8872
|
14,75
|
| Бибиэйбатская легкая |
0,09
|
0,85
|
2,25
|
2,18
|
1,4948
|
1,4758
|
2,234
|
2,178
|
0,8928
|
15,92
|
| Сиазанская |
0,10
|
0,9
|
2,28
|
2,22
|
1,5040
|
1,4843
|
2,262
|
2,203
|
0,9311
|
23,91
|
Для полярных продуктов соотношение εr = n2 неприменимо и P>>R. Это объясняется следующим образом. Электрическое поле световой волны изменяется на противоположное с частотой около 4—8·1014 с-1. Частота тепловых вращательных качаний молекул порядка 1011—1012 с-1. Диполь просто не успевает ориентироваться в поле световой волны.
В то же время поляризация Р для полярных молекул больше, чем для неполярных, поскольку она слагается из обычной индуктивной поляризации Pi (характерной для обоих типов молекул) и поляризации ориентационной Р0, имеющейся только у полярных молекул.
У товарных трансформаторных масел соотношение εr = n2 выполняется хорошо. Для масел, содержащих много ароматических углеводородов, и в особенности для ароматических углеводородов, выделенных из масел, εr заметно больше n2.
Для неполярных веществ с увеличением температуры εr уменьшается (для масла приблизительно на 0,1 при повышении температуры с 20 до 100°С) за счет уменьшения числа молекул в 1 см3.
В трансформаторе жидкий диэлектрик — масло пропитывает твердую изоляцию — бумагу, картон и др. Известно, что в такой слоистой изоляции напряженность поля обратно пропорциональна εr. У твердой изоляции εr ≈ 7, а у жидкой εr ≈ 2,3, поэтому твердая изоляция работает при большей напряженности поля, в более жестких условиях.
|
