Относительная диэлектрическая проницаемость трансформаторных масел

Относительная диэлектрическая проницаемость является макроскопической характеристикой диэлектрика в статическом электрическом поле. Если поместить вещество между пластинами конденсатора, емкость увеличится: С = ε_r С₀, где ε_r — относительная диэлектрическая проницаемость (постоянная) вещества, С₀ — емкость конденсатора в вакууме. Для газов ε_r немного более 1, для нефтяного трансформаторного масла она равна 2,0—2,5, для воды — до 79,5 и для синильной кислоты — 95. Увеличение ε_r объясняется поляризацией диэлектрика. Поведение молекул в электростатическом поле характеризуется ε_r, 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: ε_r = 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 ε_r = 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 P_i (характерной для обоих типов молекул) и поляризации ориентационной Р₀, имеющейся только у полярных молекул. У товарных трансформаторных масел соотношение ε_r = n² выполняется хорошо. Для масел, содержащих много ароматических углеводородов, и в особенности для ароматических углеводородов, выделенных из масел, ε_r заметно больше n². Для неполярных веществ с увеличением температуры ε_r 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 ε_r. У твердой изоляции ε_r ≈ 7, а у жидкой ε_r ≈ 2,3, поэтому твердая изоляция работает при большей напряженности поля, в более жестких условиях.