Dielektrick ý prieraz v magnetických kvapalinách

1. Ústav experimentálnej fyziky, SAV Dielektrický prieraz v magnetických kvapalinách Doktorand: RNDr. František Herchl Školiteľ: RNDr. Milan Timko, CSc.

2. Motivácia • prítomnosť magnetitových častíc v transformátorovom oleji zlepšuje jeho tepelné aj izolačné vlastnosti • nečistoty v izolačnej kvapaline môžu tvoriť klastre spájajúce elektródy →skrat→zníženie elektrickej pevnosti • v magnetickom poli môžu vzniknúť klastre Fe3O4 častíc a dochádza ku tvorbe mostov Agregácia Fe3O4 častíc v magnetickom poli 10mT Priemerná dĺžka klastrov v závislosti od času aplikácie B=10mT

3. Predpokladáme:v dostatočne veľkom elektrickom poli môže dôjsť ku tvorbe klastrov Experiment • Príprava magnetickej kvapaliny: magnetit: zrážacia reakcia Fe2+ a Fe3+ solí (FeCl3 ,FeSO4) v alkalickom prostredí (NH4OH) surfaktant: kyselina olejová nosič: ITO 100 • Parametre častíc: metódou Chantrella a Popplewella z magnetizačných kriviek nameraných na VSM magnetometri Dm= 6.9nm 9.1nm  = 0.42 0.48 Φ = 0.0019 0.019 Magnetizácia vzoriek v závislosti od magnetického poľa

4. Meranie kapacity a činiteľa strát pomocou Scheringovho mostíka Tettex 2818 pri frekvencii 50Hz pomocou medených elektród bol vytvorný doskový kondenzátor, ktorý sme vložili do nádobky s magnetickou kvapalinou permitivita MK : chyba merania: ±1% magnetické pole: do 40mT elektrické pole: 0.5 – 2.5MV/m

5. Výsledky • Permitivita MK pri nízkej koncentrácii sa s rastúcou E skoro nemení • V nenulovom magnetickom poli dochádza ku zmene permitivity → magnetodielektrický efekt v BE sa permitivita zväčšuje (vznik klastrov orientovaných kolmo na E) v B||E sa permitivita zmenšuje (vznik klastrov orientovaných rovnobežne s E)

6. Permitivita MK s 10 krát väčšou koncentráciou sa zväčšila pri zvyšovaní E dvakrát M.M.Radulescu, J.Magn.Magn.Materials 85 (1990) 144 magnetickéčastice obalené kyselinou olejovou sú záporne nabité a obklopené opačne nabitými iónmi →v dôsledku väčšej veľkosti častíc a väčšej koncentrácii dochádza ku zhlukovaniu → rast permitivity v el. poli • Stratový činiteľ pomaly rastie pri nízkej koncentrácii MK a pri koncentrácii 1.9% dochádza ku jeho dvojnásobnému zmenšeniu pri zvyšovaní E

7. Záver • MK s koncentráciou 0.19% je dielektricky stabilná vo veľkých elektrických poliach (0.5 – 2.5MV/m) • V MK s desaťnásobne vyššou koncentráciou dochádza ku vytváraniu klastrov v poliach 0.5 – 2.5MV/m

8. Stav práce Priebeh prúdových impulzov pri prieraze Meracia aparatúra

9. Závislosť prierazného napätia od koncentrácie MK a vzdialenosti elektród • Merania sa robili pri striedavom aj jednosmernom napätí na zdroji • Sledoval sa časový vývoj prierazu (predprierazný stav, prieraz, postprierazný stav) • Vplyv magnetického poľa na prierazné napätie a vývoj prierazu • Merania prierazného napätia a čiastkových výbojov na malom distribučnom transformátore a pri impulznom napätí

10. Publikácie MARTON, K. – TOMČO, L. – KOPČANSKÝ, P. – HERCHL, F. – TIMKO, M. – KONERACKÁ, M. The development of electric breakdown in magnetic fluids in combined magnetic and electric fields. In X Sympozjum „ Problemy eksploatacji ukladow izolacyjnych wysokiego napecia“, Krynica, 27-30.9. 2005. PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY-KONFERENCJE v.3, 1/2005 KOPČANSKÝ, P. - MARTON, M. - TOMČO, L. - KONERACKÁ, M. - TIMKO, M. - POTOČOVÁ, I. - HERCHL, F. The influence of magnetic nanoparticles on DC- and AC-dielectric brekdown in transformer oil-based magnetic fluid. Magnetohydrodynamics Vol. 41 (2005), No.4. KOPČANSKÝ P., MARTON K., TOMČO L., HERCHL F:, TIMKO M., KONERACKÁ M., POTOČOVÁ I., The influence of magnetic nanoparticles on DC- and AC- dielectric breakdown in transformer oil, Acta Metallurgica Slovaca 13 (2007) 201 L. Tomčo, K. Marton, F. Herchl, P. Kopčanský, I. Potočová, M. Koneracká, and M. Timko, The DC and AC insulating properties of magnetic fuids based on transformer oil, phys. stat. sol. (c) 3 (2006), No. 1, p. 195–198

11. Karentované časopisy SKUMIEL, A. – JOZEFCZAK, A. – TIMKO, M. – KOPČANSKÝ, P. – HERCHL, F. – KONERACKÁ, M. – TOMAŠOVIČOVÁ, N. The heating effect in biocompatible magnetic fluid, Intermational Journal of Thermophysics, DOI 10.1007/s10765-006-0138-y Zaslané články F.Herchl, P.Kopčanský, M.Timko, M.Koneracká, K.Marton, I.Kolcunová, L.Tomčo, Dielectric properties of magnetic liquids in high electric fields, Acta Physica Polonica Zborníky MARTON K., TOMČO L. HERCHL F., KOPČANSKÝ P., DOLNÍK B., TIMKO M., KONERACKÁ M., Priestorové náboje v magnetických kvapalinách pri formovaní sa kanála prierazu, 16th. International Conference DISEE 2006, Zborník príspevkov, s.14 HERCHL F., KOPČANSKÝ P., MARTON K., TOMČO L., TIMKO M., KONERACKÁ M., POTOČOVÁ I., Insulating properties of oil based magnetic liquids, 7th International Conference on NEW DEVELOPMENT TRENDS IN AERONAUTICS, Košice 6.-8.9.2006, Zbornik prispevkov, ISBN 80-8073-520-4

12. Zborníky F.HERCHL, P.KOPČANSKÝ, K.MARTON, L.TOMČO, M.TIMKO, M.KONERACKÁ, I.POTOČOVÁ : Insulating properties of oil based magnetic liquids, Euromech Colloquium 470, Recent development in Ferrofluid Research, Dresden, Book of abstracts, p.43 KOPČANSKÝ, P. - MARTON, K. - TOMČO, L. - KONERACKÁ, M. - TIMKO, M. - POTOČOVÁ, I. - HERCHL, F. The influence of magnetic nanoparticles on DC- and AC-Dielectric breakdown in transformer oil-based magnetic fluid. In Proceedings of the Joint 15th Riga and 6th PAMIR International Conference on Fundamental and Applied MHD, Riga Jurmala, Latvia, June 27 - July 1, 2005. Riga: IPUL, MHD, 2005.- p.329-332. MARTON K., TOMČO L., HERCHL F., KOPČANSKÝ P., TIMKO M., KONERACKÁ M., Tvorba kanála elektrického prierazu v magnetických kvapalinách In: DIAGNOSTIKA 2005, Plzeň 2005, Zborník príspevkov, s.59