Газообразные и жидкие диэлектрики

Нефтяные электроизоляционные масла
Трансформаторное масло, которым заливают силовые трансформаторы, из всех жидких электроизоляционных материалов находит наибольшее применение в электротехнике. Его назначение двояко: во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а также промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электриескую прочность изоляции; во-вторых, оно улучшает отвод тепла, выделяемого за счет потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Лишь некоторые силовые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом («сухие» трансформаторы). Еще одна важная область применения трансформаторного масла  масляные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги, что способствует охлаждению канала дуги и быстрому ее гашению. Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполняемых вводов, некоторых типов реакторов, реостатов и других электрических аппаратов.
Трансформаторные, а также другие нефтяные («минеральные») электроизоляционные масла получают из нефти посредством ее ступенчатой перегонки с выделением на каждой ступени определенной (по температуре кипения) фракции и последующей тщательной очистки от химически нестойких примесей путем обработки серной кислотой, а затем щелочью, промывки водой и сушки. Часто электроизоляционные масла дополнительно обрабатываются адсорбентами, т.е. веществами (особые типы глин или же получаемые искусственным путем материалы), которые обладают сильно развитой поверхностью и при соприкосновении с маслом поглощают воду и различные полярные примеси. Такая обработка производится или перемешиванием нагретого масла с измельченным адсорбентом с последующим отстаиванием, или же фильтрованием масла сквозь слой адсорбента (перколяция). Применяются и другие способы очистки масла.
Трансформаторное масло  это жидкость от почти бесцветной до темно-желтого цвета, по химическому составу представляющая собой смесь различных углеводородов.
Трансформаторное масло  горючая жидкость; большие количества (часто тысячи тонн) масла, находящиеся в масляных хозяйствах энергосистем, представляют большую пожарную опасность. Поэтому в масляных хозяйствах необходимо тщательно соблюдать все требования, предписываемые правилами пожарной безопасности. Пожарная опасность масла оценивается по его температуре вспышки.
Температура застывания масла  параметр, особенно важный для масла, заливаемого в масляные выключатели, устанавливаемые на открытых подстанциях в районах с суровой зимой. Специальное «арктическое» масло (марки АТМ-65) имеет температуру застывания минус 70°С.
Помимо температуры застывания, для работающих при низких температурах окружающей среды электроизоляционных жидкостей, имеющих плотность менее 1Мг/м3, важна критическая температура плавучести льда. Ниже этой температуры кристаллики льда, образующегося при замерзании примесей воды, плавают в электроизоляционной жидкости и таким образом снижают ее электрическую прочность (иными словами, в этом интервале температур плотность электроизоляционной жидкости больше плотности льда).
Электрическая прочность масла  величина, чрезвычайно чувствительная к его увлажнению. Весьма малая примесь воды в масле резко снижает его электрическую прочность. Это объясняется тем, что диэлектрическая проницаемость ε воды (около 80) значительно выше, чем масла (диэлектрическая проницаемость чистого масла около 2,2). Под действием сил электрического поля капельки эмульгированной в масле воды втягиваются в места, где напряженность поля особенно велика и где, собственно, и начинается развитие пробоя. Еще более резко понижается электрическая прочность масла, если в нем, кроме воды, содержатся волокнистые примеси. Волокна бумаги, хлопчатобумажной пряжи легко впитывают в себя влагу из масла, причем значительно возрастает их диэлектрическая проницаемость. Под действием сил поля увлажненные волокна не только втягиваются в места, где поле сильнее, но и располагаются по направлению силовых линий, что весьма облегчает пробой масла. Вода легко может попасть в масло при его перевозке, хранении, переливке в недостаточно просушенную тару и т.п. Для сушки масла используются несколько способов:пропускание под давлением сквозь фильтровальную бумагу в специальных установках; воздействие на масло центробежной силы в центрифуге, причем вода, имеющая плотность, большую, чем у масла, отжимается к периферии сосуда и отделяется от масла; уже упоминавшаяся обработка адсорбентами; распыление нагретого масла в камере, заполненной азотом, и т.п.
Плотность трансформаторного масла от 0,87 до 0,90 Мг/м3. Его температурный коэффициент объемного расширения от 0,00065 до 0,00066 К-1 (эта величина важна для расчета расширителей трансформаторов, в которые выдавливается из бака часть масла при повышении температуры). При нормальной температуре удельная теплоем- кость масла примерно равна 1,5 кДж/(кгК), а теплопроводность  порядка 1Вт/(мК); при росте температуры как удельная теплоемкость, так и теплопроводность масла увеличиваются. Масло отводит энергию тепловых потерь от погруженных в него обмоток и магнитопровода трансформатора в 25-30 раз интенсивнее, чем воздух (при свободной конвекции).
При работе в трансформаторе или ином маслозаполненном электрическом аппарате масло постепенно стареет. При старении оно становится более темным, в нем образуются загрязняющие его продукты - кислоты, смолы, которые частично растворимы в масле, а частично, оказываются нерастворимыми; последние, как более тяжелые, осаждаются на дне бака и на погруженных в масло деталях в виде слоя «ила», значительно ухудшающего теплоотвод от нагревающихся деталей. Образующиеся в масле низкомолекулярные кислоты разрушают изоляцию обмоток и вызывают коррозию соприкасающихся с маслом металлов. При старении увеличиваются вязкость и кислотное число масла, ухудшаются его электроизоляционные свойства. Обычно температура вспышки паров масла в эксплуатации постепенно повышается вследствие испарения углеводородов с малой молекулярной массой, однако при местных перегревах масла в трансформаторах (а также после разрыва электрической дуги в масляном выключателе) может произойти крекинг (разрыв молекул с образованием углеводородов пониженной молекулярной массы), что приводит к понижению температуры вспышки.
Скорость старения масла возрастает:
а) при доступе воздуха, так как старение масла в значительной степени связано с его окислением кислородом воздуха, особенно интенсивно идет старение при соприкосновении масла с озоном;
б) при повышении температуры (обычно наивысшей рабочей температурой масла считают 95°С);
в) при соприкосновении масла с некоторыми металлами (медь, железо, свинец и т.п.) и другими веществами  катализаторами старения;
г) при воздействии света;
д) при воздействии электрического поля.
При старении в электрическом поле некоторые сорта масел выделяют газы, что очень вредно, так как пузырьки газов могут стать очагами ионизации. Способность не выделять газов при старении в электрическом поле или даже поглощать ранее выделившиеся газы называется газостойкостью масла.
Конденсаторное масло служит для пропитки бумажных конденсаторов, в особенности силовых, предназначенных для компенсации индуктивного сдвига фаз. При пропитке бумажного диэлектрика повышается как его диэлектрическая проницаемость, так и электрическая прочность; то и другое дает возможность уменьшить габариты, массу и стоимость конденсатора при заданных рабочем напряжении, частоте и емкости.
Конденсаторное масло сходно с трансформаторным, но требует особо тщательной очистки адсорбентами.
Кабельные масла используются в производстве силовых электрических кабелей; пропитывая бумажную изоляцию этих кабелей, они повышают ее электрическую прочность, а также способствуют отводу тепла потерь. Кабельные масла бывают различных типов.
Для пропитки бумажной изоляции обычных силовых кабелей на рабочие напряжения до 35 кВ в свинцовых или алюминиевых оболочках (кабели с вязкой пропиткой) чаще всего применяется масло марки МН-4 относительно малой вязкости, в которое для повышения вязкости добавляется канифоль или синтетический загуститель. Масло той же марки, но без увеличивающих вязкость добавок применяется для маслонаполненных кабелей на напряжение 110 кВ и выше, в которых с помощью специальных подпитывающих устройств во время эксплуатации поддерживается избыточное давление от 0,3 до 0,4 МПа.