Tekutá dielektrika jsou elektrické izolační kapaliny používané ve vysokonapěťových elektrických zařízeních a také v jednotkách elektronických zařízení. Použití elektroizolačních kapalin umožňuje zajistit spolehlivý a dlouhodobý provoz elektrické izolace napájených konstrukčních prvků a odvádět z nich teplo vznikající při provozu.
Elektroizolační kapaliny lze klasifikovat podle jejich chemické povahy na ropné elektroizolační oleje и syntetické kapaliny různé typy. Podle konkrétního použití se dělí na kapaliny pro kondenzátory, kabely, kruhové chladicí systémy usměrňovacích jednotek a turbogenerátorů a olejové spínače.
Ropné elektroizolační oleje jsou hořlavé kapaliny a představují velké nebezpečí. Nebezpečí požáru se posuzuje podle bodu vzplanutí par kapalného dielektrika smíchaného se vzduchem. Tato teplota nesmí být nižší 135-140 о С.
Mezi vlastnosti transformátorového oleje patří kinematická viskozita při teplotě 20 и 50 о С, jehož znalost je velmi důležitá, protože při zvýšení viskozity nad přípustné meze se zhorší odvod tepla z vinutí a magnetického jádra transformátoru, což může vést ke snížení životnosti elektrické izolace. Norma také normalizuje číslo kyselosti, které je nutné sledovat, aby bylo zohledněno stárnutí oleje během jeho provozu.
Transformátorový olej, dobře očištěný od nečistot a vlhkosti, má podle svých dielektrických vlastností vlastnosti nepolárního dielektrika. Průrazné napětí technicky čistých olejů ve standardním svodiči je 50-60KV na 50 Hz a asi 120KV při vystavení pulznímu napětí. Aby se zvýšila odolnost olejů vůči procesům stárnutí, přidávají syntetické inhibitory – ionol, DVRS atd. v koncentracích od 0.1 na 0.5.
Inhibitory zpomalit proces stárnutí oleje v 2-3 časy. Použité oleje podléhají regeneraci. Oleje se suší pomocí umělých zeolity, které jsou také známé jako „molekulární síta“.
Kondenzátorové oleje se od transformátorových olejů liší důkladnějším čištěním a nižšími hodnotami tg (před 2 . 10 -4 ).
Kondenzátorové oleje se od transformátorových liší bodem vzplanutí a viskozitou.
Nejpoužívanější jsou syntetické kapaliny na bázi chlorovaných uhlovodíků, což je způsobeno jejich vysokou tepelnou stabilitou, elektrickou stabilitou a nehořlavostí. Nicméně, vzhledem k toxicita chlorované uhlovodíky, jejich použití bylo zpočátku omezené, ale nyní je téměř univerzální Je zakázáno, i když v provozu je jich stále značné množství.
Hodnoty tangens dielektrických ztrát pro trichlorbifenyl, Sovtol-10 a hexol at 90 о С leží uvnitř 0.015 – 0.03. Specifická objemová odolnost polychlorovaných bifenylů při provozních teplotách v mezích 3 . 10 9 -10 12 Ohm . м. Nejméně polární vlastnosti se projevují u hexolu, ve kterém, at 70 о С méně než 2.7-2.9. Elektrická pevnost většiny kapalin na bázi chloridových uhlovodíků je 20 о С méně než 18-22MV/m.
Kapalná dielektrika na bázi organokřemičitých sloučenin (polyorganosiloxany) jsou netoxické a šetrné k životnímu prostředí. Tyto kapaliny jsou polymery s nízkým stupněm polymerace, jejichž molekuly obsahují opakující se siloxanovou skupinu:
Na základě své chemické povahy se kapalná dielektrika dělí na ropné oleje a syntetické kapaliny.
3.3.1. Ropné oleje
Ropné oleje jsou směsí uhlovodíků, získávají se frakční destilací ropy. Podle použití se rozlišují transformátorové, kondenzátorové a kabelové oleje, které se liší stupněm čištění.
Transformátorový olej se používá k plnění výkonových transformátorů za účelem zvýšení elektrické pevnosti vyplněním pórů vláknité izolace a prostor mezi jejími vrstvami, k plnění vysokonapěťových spínačů, kde má olej zhášecí účinek.
Kondenzátorový olej se používá k impregnaci papírové izolace kondenzátorů za účelem zvýšení jejich odporu a elektrické pevnosti, což umožňuje zvýšit kapacitu a zmenšit velikost kondenzátorů. Získává se dodatečným čištěním transformátorového oleje.
Kabelový olej se používá k impregnaci papírové izolace vysokonapěťových kabelů.
Ropné oleje jsou nepolární dielektrika s elektronickou polarizací a iontovou vodivostí. V nepolárních kapalinách je disociace molekul nevýznamná, počet nosičů náboje je malý a vodivost je nízká. Iontové zdroje mohou být různé
nečistot a vlhkosti. Dielektrické ztráty v ropných olejích jsou malé, jsou způsobeny vodivým proudem. Dielektrické kapaliny jsou navíc charakterizovány svým bodem vzplanutí Tfsp a bodem tuhnutí Tz.
Elektrofyzikální vlastnosti transformátorového oleje:
• ρ = 10 11 …10 13 Ohm m;
Kondenzátorové a kabelové oleje mají nižší di-
elektrické ztráty tg δ = (3. 5)·10 -4 a vyšší elektrická pevnost E pr = 25. 30 MV/m.
Vlastnosti olejů závisí na teplotě. S rostoucí teplotou klesá jejich viskozita a hustota, zvyšuje se pohyblivost iontů, disociace molekul nečistot a iontová vodivost. V důsledku toho se tg δ zvyšuje a ε, ρ a E pr – klesají.
Mezi výhody ropných olejů patří vysoké elektroizolační vlastnosti, dostupnost a nízká cena.
Nevýhody ropných olejů:
• silná závislost viskozity na teplotě: při poklesu teploty ze 100 °C na -35 °C se viskozita zvýší 1800krát,
• silná závislost elektrické pevnosti na obsahu nečistot a vlhkosti,
• sklon ke stárnutí.
Stárnutí ropy zahrnuje rozklad uhlovodíků a jejich oxidaci. V tomto případě se tvoří polární produkty, které ničí izolaci, zvyšuje se viskozita, zhoršují se dielektrické vlastnosti a klesá bod vzplanutí. Stárnutí urychluje kyslík ve vzduchu, světlo, teplo a elektrická pole. Pro zvýšení odolnosti proti stárnutí se do oleje přidávají inhibitory zpomalující stárnutí (antioxidanty). Používá se také těsnění elektrického zařízení.
3.3.2. Syntetická kapalná dielektrika
Mezi syntetická kapalná dielektrika patří chlorované aromatické uhlovodíky (Sovol, Sovtol), organokřemičité a organofluorové kapaliny. Tato dielektrika mají ve srovnání s ropnými oleji řadu výhod a používají se v podmínkách zvýšeného tepelného zatížení, intenzity elektrického pole a v požárním a výbušném prostředí.
Chlorované uhlovodíky jsou produkty chlorace bifenylu (C 12 H 10 ). Používá se polychlorovaný bifenyl C 12 H 5 Cl 5 – sovol, dále roztok sovolu v trichlorbenzenu – sovtol.
Chlorované uhlovodíky jsou polární dielektrika; spolu s molekulami nečistot mohou také disociovat
vlastní molekuly, což vede k větší elektrické vodivosti
sti (ρ = 10 9 …10 11 Ohm m).
Polarizace kapalin obsahujících dipólové molekuly je určována současně elektronickou a dipólově-relaxační složkou. Proto má jejich dielektrická konstanta vyšší hodnoty (ε ≈ 5,0) než u ropných olejů.
Dipólově-relaxační polarizace významně ovlivňuje celkovou úroveň dielektrických ztrát. Za normálních podmínek tg δ = 10 -2. 10-3. S rostoucí teplotou a frekvencí pole se značně zvyšují dielektrické ztráty, takže frekvenční rozsah použití těchto kapalin je omezen na nízké frekvence. Elektrická pevnost většiny kapalin na bázi chlorovaných uhlovodíků je E pr až 18-20 MV/m.
Sovol se používá především pro impregnaci kondenzátorového papíru, což umožňuje zvýšení kapacity kondenzátoru o 50%. Mezi jeho přednosti patří vyšší stabilita v silných elektrických polích, odolnost proti stárnutí, nehořlavost a požární bezpečnost. Nevýhodou sovolu je jeho vysoký bod tuhnutí (Тз = -8 °С), který omezuje jeho použití.
Sovtol má nižší viskozitu a bod tuhnutí než Sovol (Тз = -35 °С) a používá se jako náhrada transformátorového oleje.
