Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Байконурский электрорадиотехнический техникум имени М.И. Неделина» (ГБ ПОУ «БЭРТТ») Методическое указание по выполнению лабораторной работы № 1 по дисциплине «Электротехнические материалы» для специальности 08.02.09 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий» (базовый уровень) Тема «: «Измерения электрических характеристик диэлектриков» Определение удельных объемных электрических сопротивлений Разработала преподаватель (ГБ ПОУ «БЭРТТ») А.В. Ниязова г. Байконур 2017 г. Лабораторная работа № 1 Тема: «Измерения электрических характеристик диэлектриков» Определение удельных объемных электрических сопротивлений Цель работы: Закрепить понятия удельного объёмного и удельного поверхностного сопротив-лений. Проверить опытным путём величины у дельных сопротивлений диэлект-риков с различной степенью влажности и загрязнения. Получить навыки в работе с чувствительными приборами. Пояснение к работе Удельное сопротивление является основной электрической характеристикой всякого электротехнического материала (проводникового, электроизоляционного и полупроводникового). Оно вычисляется по формуле: р = R S/I Ом*м Величину удельного объемного сопротивления электроизоляционных материалов определяют посредством измерения тока Iv, протекающего через объем испытуемого образца диэлектрика. Принципиальная схема установки для измерения тока объемной утечки че-рез диэлектрик представлена на рисунке 1. Здесь напряжение U подводится к нижнему 1 и верхнему 2 металлическим электродам, плотно прилегающим к поверхности образца твердого диэлектрика. В качестве образцов используют диски диаметром от 25,d =100 мм или пластины квадратной формы со сторонами 50 или 100 мм. Толщина образцов может колебаться от нескольких сотых миллиметра (лаковые пленки) до нескольких миллиметров (пластмассы, керамика и другие). Кроме нижнего электрода 1 и 2 верхнего, образец диэлектрика снабжают еще кольцевым (охранным) электродом 3 (рисунок 2). С помощью этого электрода и провода «а» отводится от гальванометра G ток поверхностной утечки Is, так как для вычисления удельного объемного сопротивления необходимо измерить только ток объемной утечки. Последний определяет при приложении к электродам 1 и 2 постоянного напряжения U, которые измеряют при помощи вольтметра V. Электроды шириной в, установленные на расстоянии, а один от другого должны плотно прилегать к поверхности испытуемого диэлектрика. Рисунок 1 Принципиальная схема установки для измерения тока объемной утечки через диэлектрик. Рисунок 2 Образец диэлектрика снабжженный тремя электрода ми, для определения удельного объемного сопротивления: 1-нижний электрод, 2-верхний электрод, 3-кольцевой (охранный) электрод, Общее объемного сопротивление образца диэлектрика согласно закона Ома Rv = U/lv Ом Удельное объемного сопротивление образца диэлектрика вычисляется по формуле: pv = Rv*S/h Ом*м S- площадь верхнего электрода, м2 Rv- объемного сопротивление образца, Ом h- толщина диэлектрика мм, через который проходит ток объемной утечки. Значения удельного сопротивления у изоляционных материалов находятся в пределах: pv = 108 – 1018 Ом*м Задание 1. Ознакомиться с принципиальной схемы установки для измерения тока объемной утечки. 2. Определить рv для образцов твердых диэлектриков в зависимости от напряжения (600 В) при комнатной температуре. до 3. Определить, рv , для образцов твердых диэлектриков зависимости от температуры при заданном напряжении U, В. 4. После произведенных расчетов результаты занести в таблицу. 5. Сделать выводы. 6. Ответить на контрольные вопросы. Наименование материала U, В гетинакс 220 220 220 220 220 Влажность % 25 25 25 25 25 70 70 70 70 70 Удельное объемное сопротивление pv Rv, Ом Iv, А pv, Ом*м 171,87*108 90,90 *108 65,47*108 50,00*108 37,35*108 1.28*10-8 2,42*10-8 3,36*10-8 4,40*10-8 5,89*10-8 214,83*108 113.62*108 81,83*108 81,83*108 46,68*108 a = 50 мм , b = 50 мм, h = 2 мм Порядок расчета удельного объемного сопротивления 1. Удельное объемного сопротивление образца диэлектрика вычисляем по формуле: pv = Rv*S/h Ом*м В данной формуле не известны объемное сопротивление образца диэлектрика. При проведении испытаний электротехнических материалов их испытывают многократно в задание 5 испытаний, находим среднее значение pvср. - 5 значений складываем и делим на 5 –количество испытаний, сравниваем с предельными значениями по таблице. Делаем вывод соответствует данный материал своим свойствам. 2. Рассчитываем объемное сопротивление образца диэлектрика по формуле: Rv = U/lv Ом 1. Rv1 = U/lv1 Ом = 220/1.28*10-8 = 171,87 Ом 2. Rv2 = 220/2,42*10-8 =90,90 *108 Ом 3. Rv3 = 220/3,36*10-8 = 65,47*108 Ом 4. Rv4 =220/4,40*10-8 = 50,0*108 Ом 5. Rv5 = 220/5,89*10-8 = 37,35*108 Ом 2. Удельное объемного сопротивление образца диэлектрика вычисляем по формуле: pv = Rv*S/h Ом*м Для облегчения расчетов мы найдем 1 раз отношение S/h, предварительно Переведем мм в метры еденица измерения Ом*м в 1м – 1000 мм тогда a = 50 мм/ 1000 =0, 05 м , b = 50 мм/1000, h = 2 мм/1000 = 0,002 м S/h =0, 05*0, 05 /0,002 = 1,25 при известных всех значений рассчитываем pv 1. pv1 = Rv*S/h Ом*м=171,87*108 *1,25 = 214,83*108 Ом*м 2. pv2 = 90,90*108 *1,25 = 113.62*108 Ом*м 3. pv3 = 65,47*108 *1,25 = 81,83*108 Ом*м 4. pv 4 = 50,0*108 * 1.25 = 62,50*108 Ом*м 5. pv5 = 37,35*108 *1,25 = 46,68*108 Ом*м 3. Находим среднее значение удельное объемного сопротивление образца диэлектрика гетинакса pvср. pvср.= 214,83+113.62+81,83+62,5+81,83/5 =554,6/5 =110,92*108 Ом*м 4. По таблице удельное объемного сопротивление материала гетинакс p = 1010 – 1011 Ом*м pv гетинакс = 110,92 *108 Ом*м = 1,10*1011 Ом*м 5. Вывод: испытуемый образец материал гетинакс соответствует своим диэлектрическим свойствам, расчет произведен верно и для дальнейшей работы годится. Варианты заданий №1 Наименование материала U, В гетинакс 220 220 220 220 220 Влажность % 25 25 25 25 25 Удельное объемное сопротивление pv Rv, Ом Iv, А pv, Ом*м 4,80*10-8 2,24*10-8 6,36*10-8 5,50*10-8 3,85,*10-8 70 70 70 70 70 Варианты заданий №2 Наименование материала стеклотекстолит Влажность % U, В 220 220 220 220 220 25 25 25 25 25 70 70 70 70 70 Удельное объемное сопротивление pv Rv, Ом Iv, А pv, Ом*м 3,80*10-8 2,24*10-8 4,36*10-8 5,50*10-8 6,85,*10-8 Варианты заданий №3 Наименование материала U, В текстолит 220 220 220 220 220 25 25 25 25 25 Влажность % Удельное объемное сопротивление pv Rv, Ом Iv, А pv, Ом*м 70 70 70 70 70 1,80*10-8 3,24*10-8 4,36*10-8 2,50*10-8 1,85,*10-8 Варианты заданий №4 Наименование материала асботекстолит Влажнос ть % U, В 220 220 220 220 220 25 25 25 25 25 70 70 70 70 70 Удельное объемное сопротивление pv Rv, Ом Iv, А pv, Ом*м 1,80*10-8 2,24*10-8 1,36*10-8 2,50*10-8 1,85,*10-8 Содержание отчета 1.Расписать как проводятся испытания? 2. Начертить электрические схемы. 3. Составить таблицу внести в неё измеренные и вычисленные величины. 4. Сделать выводы Контрольные вопросы 1. Почему у твёрдых диэлектриков различают объёмное и поверхностное сопротивления? 2. В каких единицах измеряют удельное объёмное р v, и удельное рs поверхностное сопротивления рs и по каким формулам можно их вычислить? 3. Как определяем удельное объемные электрическое сопротивление (схема). 4. Как определяем удельное поверхностные электрическое сопротивление (схема). 5. По Вашим расчетам сравнив их с нормативными данными, испытуемые диэлектрики, соответствуют своим свойствам электрическим свойствам? Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Байконурский электрорадиотехнический техникум имени М.И. Неделина» (ГБ ПОУ «БЭРТТ») Методическое указание по выполнению лабораторной работы № 2 по дисциплине «Электротехнические материалы» для специальности 08.02.09 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий» (базовый уровень) Тема «: «Измерения электрических характеристик диэлектриков» Определение удельных поверхностных электрических сопротивлений Разработала преподаватель (ГБ ПОУ «БЭРТТ») А.В. Ниязова г. Байконур 2017 г. Лабораторная работа №2 Тема: «Измерения электрических характеристик диэлектриков» Определение удельных поверхностных электрических сопротивлений Удельное поверхностное сопротивление можно определить при измерении тока поверхностной утечки Is между двумя металлическими электродами 1 и 2 (рисунок 1), установленными на поверхности диэлектрика параллельно один другому. Электроды шириной в, установленные на расстоянии «а» один от другого должны плотно прилегать к поверхности испытуемого диэлектрика. Образец диэлектрика с двумя расположенными на его поверхности ножножевидными электродами 1 и 2 по поверхности диэлектрика будет протекать ток, который измеряют при помощи гальванометра G. Вольтметр V позволяет изме-рить напряжение, приложенное к электродам 1 и 2 (рисунок 2). Вначале по закону Ома подсчитывают общее сопротивление Rs поверхности диэлектрика между электродами 1 и 2: Rs = U/ls Ом Величина удельного поверхностного сопротивления p s определяют из общей формулы для подсчёта удельного сопротивления: ps = Rs*S/l Ом*м для нашего случая длина пути утечки тока по поверхности образца диэлектрика равна расстоянию между электродами, то есть 1 = а . Вместо сечения S здесь приходится принять ширину электрода b, т.е. S = b. Тогда величина удельного поверхностного сопротивления определится по формуле: ps = Rs b/а Ом*м Рассмотренный способ определения удельного поверхностного сопротивления весьма прост, но вносит значительные погрешности вследствие измерения гальванометром не только токов поверхностной утечки Is , но также и токов объемной утечки Iv, которые в этом случае не отводятся от гальванометра (рисунок 2). В таком методе имеются и другие причины, приводящие к погрешности измерения. Удельное поверхностное сопротивление диэлектрика обычно определяется на тех же образцах материалов, что и удельное объемное сопротивление, но в качестве охранного электрода используют нижний электрод 1 (рисунок 3). Принципиальная схема установки для измерения тока поверхностной утечки Is на образце диэлектрика с концентрически расположенными электродами 2 и 3 (рисунок 5). В этой установке гальванометр G измеряет токи, протекающие по поверхности диэлектрика (в кольцевом слое) от электрода 2 к электроду 3. Токи же объемной утечки Iv поступают на нижний электрод 1 и отводятся от гальванометра по проводу а. При помощи вольтметра V измеряют напряжение между электродами 2 и 3. Здесь же в начале подсчитывают величину общего поверхностного сопротивления Rs кольцевого слоя между концетрически расположенными электродами 2 и 3(по закону Ома): Rs = U/Is Ом Рисунок 1. Рисунок 2. Принципиальная схема установки для измерения тока поверхностной утечки по диэлектрику и образец диэлектрика с концентрически расположенными электродами . Величина же удельного поверхностного сопротивления подсчитывается по формуле: p = R* S/l Ом*м Для этого случая длина пути утечки тока 1 по поверхности диэлектрика будет равна ширине зазора между электродами 2 и 3, т.е.: L= d2 - d1/2 мм Вместо сечения S здесь приходится пользоваться условным сечением длиной окружности электрода 2, можно взять длину внутренней окружности электрода 3, но чтобы уменьшить, в качестве условного сечения берут длину средней окружности d1+ d2 / 2. Тогда величина условное сечения S длина средней окружности) будет равна: S = π (d1+ d2/2) м Подставляя найденные величины 1 и S, получим формулу для подсчёта удельного поверхностного сопротивления: ps = Rs π (d1+ d2) / ( d2 - d1) Ом*м Удельное поверхностное сопротивление диэлектриков бывает в пределах: ps = 109 до 1018 Ом*м. У проводниковых и полупроводниковых материалов измеряются только общее удельное сопротивление p , так как у этих материалов нельзя выделить удельное объёмное и удельное поверхностное сопротивление. Это объясняется повышенной проводимостью этих материалов. 2. Рассчитываем поверхностное сопротивление образца диэлектрика по формуле: Rs = U/ls Ом Пример: производим расчет удельных поверхностных сопротивлений твердых диэлектриков материала гетинакс. В таблице указаны токи поверхностной утечки ls, температура , напряжение U, влажность (%). Размеры испытуемого образца твердого диэлектрика материала указаны гетинакса за таблицей. Наименование материала Влажность % U, В Удельное поверхностное сопротивление ps, Ом*м RS, Ом гетинакс 220 220 220 220 220 25 25 25 25 25 70 70 70 70 70 78,29* 109 51,13* 109 65,47* 109 50,00*109 37,35*109 IS, А 2,81*10-9 4,22*10-9 3,36*10-9 4,40*10-9 5,89*10-9 ps, Ом*м 368,74 240.82 81,83 62,5 46,68 Размеры испытуемого образца твердого диэлектрика материала гетинакс d2= 50 мм, d1= 10 мм 1. Rs1 = U/ls1 Ом = 220/2.81*10-9 = 78,29* 109 Ом 2. Rs2 = 220/4,22*10-9 =51,13 *109 Ом 3. Rs3 = 220/3,36*10-9 = 65,47*109 Ом 4. Rs4 =220/4,40*10-9 = 50,0*109 Ом 5. Rs5 = 220/5,89*10-9 = 37,35*109 Ом 2. Удельное поверхностное сопротивление образца диэлектрика вычисляем по формуле: ps = Rs π (d1+ d2) / ( d2 - d1) Ом*м Для облегчения расчетов мы найдем π (d1+ d2)/( d2 - d1) , предварительно переведем мм в метры, единица измерения Ом*м в 1м – 1000 мм, тогда d2= 50 мм/ 1000 =0, 05 м , d1= 10 мм/1000 = 0,01 м π (d1+ d2)/( d2 - d1) =3,14*(0, 05+0, 01) / (0,05-0,01) = 4,71 при известных всех значений рассчитываем pS 1. ps1 = Rs* π (d1+ d2) / ( d2 - d1)=78,29*109 *4,71 = 368,74*109 Ом*м 2. ps2 = 51,13*109 *4,71 = 240,82*109 Ом*м 3. ps3 = 65,47*109 *4,71 = 81,83*109 Ом*м 4. ps 4 = 50,00*109 *4,71 = 62,50*109 Ом*м 5. ps5 = 37,35*109 *4,71 = 46,68*109 Ом*м 3. Находим среднее значение удельное поверхностное сопротивление образца диэлектрика гетинакса ps ср. ps ср.= 368,74+240.82+81,83+62,5+46,68/5 =800,57/5=160,114*109Ом*м 4. По таблице удельное поверхностное сопротивление материала гетинакс p = 1010 – 1011 Ом*м ps гетинакс = 160,114*109 = 1,601 *1011 Ом*м 5. Вывод: испытуемый образец материал гетинакс соответствует своим диэлектрическим свойствам расчет произведен верно и для дальнейшей работы годится. Варианты заданий №1 Наименование материала Влажность % U, В Удельное поверхностное сопротивление ps, Ом*м RS, Ом гетинакс 220 220 220 220 220 25 25 25 25 25 IS, А ps, Ом*м 3,80*10-9 1,24*10-9 4,36*10-9 5,50*10-9 3,85,*10-9 70 70 70 70 70 Варианты заданий №2 аименование материала стеклотекстолит U, В 220 220 220 220 220 25 25 25 25 25 Влажн ость % Удельное поверхностное сопротивление pS, Ом*м RS, Ом IS, А PS, Ом*м 70 70 70 70 70 3,80*10-8 2,24*10-8 4,36*10-8 5,50*10-8 6,85,*10-8 Варианты заданий №3 Наименование материала U, В текстолит 220 220 220 220 220 25 25 25 25 25 Влажность % Удельное поверхностное сопротивление ps Rs, Ом Is, А ps, Ом*м 70 70 70 70 70 1,80*10-8 3,24*10-8 4,36*10-8 2,50*10-8 1,85,*10-8 Варианты заданий №4 Наименование материала асботекстолит U, В 220 220 220 220 220 25 25 25 25 25 Влажность % Удельное поверхностное сопротивление ps Rs, Ом Is, А ps, Ом*м 70 70 70 70 70 1,80*10-8 2,24*10-8 1,36*10-8 2,50*10-8 1,85,*10-8 Содержание отчета 1. Оформление отчета как проводятся испытания? 2. Начертить электрические схемы. 3. Составить таблицу внести в неё измеренные и вычисленные величины. 4. Сделать выводы Контрольные вопросы 1. Почему у твёрдых диэлектриков различают объёмное и поверхностное сопротивления? 2. В каких единицах измеряют удельное рs поверхностное сопротивления рs и по каким формулам можно их вычислить? 4. Как определяем удельное поверхностное электрическое сопротивление (схема). 5. По Вашим расчетам, сравнив их с нормативными данными, испытуемые диэлектрики, соответствуют ли своим свойствам электрическим свойствам? Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Байконурский электрорадиотехнический техникум имени М.И. Неделина» (ГБ ПОУ «БЭРТТ») Методическое указание по выполнению лабораторной работы №3 по дисциплине «Электротехнические материалы» для специальности 08.02.09 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий» (базовый уровень) Тема «Определение электрической прочности твердых диэлектриков» Разработала преподаватель (ГБ ПОУ «БЭРТТ») А.В. Ниязова г. Байконур 2017 г. Лабораторная работа 3 Определение электрической прочности твердых диэлектриков Цель работы: Ознакомиться с порядком испытания диэлектриков на электрическую прочность и получить навыки в определении электрической прочности различных материалов. В процессе выполнения работы запомнить значения электрической прочности наиболее распространённых электроизоляционных материалов. Пояснение к работе При увеличении напряжения, приложенного к диэлектрику, может произойти электрический пробой диэлектрика. При этом через материал диэлектрика проходит ток электронной проводимости, из немногих начальных электронов в диэлектрике создаётся электронная лавина и образуется проводящий канал, идущий внутри диэлектрика от электрода к электроду. В результате электрического пробоя твёрдый диэлектрик оказывается непригодным к дальнейшему применению. Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным, обозначается Uпр и выражается в киловольтах. Способность электроизоляционных материалов противостоять пробою называется электрической прочностью. Величина электрической прочности твёрдых диэлектриков зависит от их структуры, толщины, окружающей температуры и других факторов. Электрическая прочность ряда электроизоляционных материалов может быть повышена пропиткой их маслами, лаками или компаундами. Для обеспечения надёжности работы электрических установок рабочее напряжение Uпр. электроизоляционных материалов должно быть значительно ниже пробивного напряжения Uпр . Определять электрическую прочность диэлектриков можно на уста-новках постоянного тока или переменного тока промышленной и высокой частоты. Электрическая прочность (Епр.) — электрическая характеристика, с помощью которой оценивается способность электроизоляционного материала противостоять разрушению электрическими силами, т.е. пробою. Электрическая прочность электроизоляционного материала вычисляется: Епр.= Uпр/h кВ/мм U— величина приложенного к диэлектрику напряжения, при котором произошел пробой, измеряемая в киловольтах кВ (1 кВ=1000 В ) h:— толщина диэлектрика в месте пробоя, мм. Для определения электрической прочности твердых диэлектриков применяют образцы со сферическими выемками, которые делаются для того, Рис. Образец твердого диэлектрика со сферическими электродами для измерения электрической прочности. чтобы создать равномерное электрическое поле в наиболее тонком месте испытуемого образца. Поверхность выемок предварительно металлизируется или покрывается слоем графитовой краски, чтобы создать плотное соприкосновение металлических электродов 2 и 3 с испытуемым образцом 1 (рис. 73). В ряде случаев выемки имеют форму цилиндров, в которые вставляются электроды цилиндрической формы. Рис. Перекрытие твердого диэлектрика в воздухе: 1 — металлические электроды, 2 — диэлектрик Из-за небольшой электрической прочности воздуха (Eпр~3 кВ/мм) образец твердого диэлектрика, как правило, не удается довести до пробоя в воздухе, вследствие его поверхностного перекрытия искровым разрядом (рис. ). Поэтому пробой образцов твердых диэлектриков производят в среде какого-либо жидкого диэлектрика, например, изоляционного масла, так как масло обладает значительно большей электрической прочностью по сравнению с воздухом. Для этого испытуемый образец 7 (рис.), зажатый между двумя металлическими электродами 5 и 6, погружают в сосуд с жидким диэлектриком. К электродам подводят переменное напряжение от трансформатора Тр испытательной установки. С помощью регулирующего устройства (автотрансформатора) 2 напряжение, приложенное к испытуемому образцу диэлектрика, плавно повышают до наступления пробоя. Рис. Схема установки для определения электрической прочности диэлектриков Момент пробоя диэлектрика сопровождается резким падением напряжения, отмечаемым по вольтметру V. Одновременно наблюдается сильное возрастание тока, показываемое амперметром А, включенным в первичную цепь трансформатора Тр. Для ограничения тока в момент пробоя в испытательную цепь установки включается большое сопротивление 4 и реле максимального тока 3. Последнее выключает установку при возрастании тока в момент пробоя диэлектрика. Включается установка с помощью рубильника 1. Для обеспечения наиболее точной величины электрической прочности данного диэлектрика производят 5—6 пробоев данного материала и вычисляют среднюю арифметическую величину Eпр. 2.Задания для определения электрической прочности твердых диэлектриков. Определить электрическую прочность твердых диэлектриков (стеклотекстолит, гетинакс, текстолит) стеклотекстолит Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм 1. 35 2 17,5 2. 50 25 3. 48 24 Uпр, кВ 1. 52 2. 68 3. 60 гетинакс h, мм Епр, кВ/мм 2 26 34 30 Uпр, кВ 1. 9 2. 14 3. 15 текстолит h, мм Епр, кВ/мм 2 1. 4,5 2. 7 3. 7,5 Находим электрическую прочность твердых диэлектриков Епр для каждого материала и по количеству испытаний: Епр1= Uпр / h = 35/2=17,5 кВ/мм Епр2=50/2=25 кВ/мм Епр3=48/2=24 кВ/мм Находим среднее значение электрической прочности Епр.ср. для каждого материала: Епр.ср.= 17,5+25+24/3=21,16 кВ/мм По таблице Епр стеклотекстолита – от 17 до 25 кВ/мм по нашим расчетам Епр.ср= 21,16 кВ/мм, в пределах нормы, значит материал стеклотекстолит соответствует своим электроизоляционным свойствам и для дальнейшей работы годится. Вариант № 1 стеклотекстолит Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм 1. 28 2 2. 40 3. 48 Uпр, кВ 1. 56 2. 70 3. 51 гетинакс h, мм Епр, кВ/мм 2 Uпр, кВ 1. 10 2. 12 3. 15 текстолит h, мм Епр, кВ/мм 2 Вариант № 2 стеклотекстолит Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм 1. 32 2 2. 40 3. 38 Uпр, кВ 1. 42 2. 58 3. 40 гетинакс h, мм Епр, кВ/мм 2 Uпр, кВ 1. 7 2. 10 3. 14 текстолит h, мм Епр, кВ/мм 2 Вариант № 3 стеклотекстолит Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм 1. 42 2 2. 40 3. 50 Uпр, кВ 1. 50 2. 48 3. 30 гетинакс h, мм Епр, кВ/мм 2 Uпр, кВ 1. 12 2. 10 3. 15 текстолит h, мм Епр, кВ/мм 2 Задание 1. Изучение теоретической части об определение электрической прочности твердых диэлектриков . 2. Исследование порядка испытания твердых диэлектриков на электрическую прочность. 3. Произвести расчет электрической прочности твердых диэлектриков стеклотекстолита, гетинакса, текстолита. 4. Оформить отчет. 5. Подготовиться к защите. 6. Сделать вывод: Содержание отчета. 1. Название лабораторной работы. 2. Цель работы. 3. Краткое описание теоретической и практической части. 4. Произвести расчет Епр электрической прочности стеклотекстолита, гетинакса, текстолита - занести в таблицу расчеты - определить среднее значение Епр. 5. Сделать вывод. Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Байконурский электрорадиотехнический техникум имени М.И. Неделина» (ГБ ПОУ «БЭРТТ») Методическое указание по выполнению лабораторной работы № 4 по дисциплине «Электротехнические материалы» для специальности 08.02.09 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий» (базовый уровень) Тема «Определение электрической прочности жидких диэлектриков» Разработала преподаватель (ГБ ПОУ «БЭРТТ») А.В. Ниязова г. Байконур 2017 г. Лабораторная работа 4 Определение электрической прочности жидких диэлектриков Цель работы: Ознакомиться с методами испытания жидких диэлектрических материалов. Произвести расчет электрической прочности жидких диэлектриков и сравнить их с нормативными данными, сделать вывод. Пояснение к работе Для защиты изоляции трансформаторов от проникновения воздуха и влаги применяют изоляционные масла. Трансформаторное масло используют как диэлектрик в различной высоковольтной аппаратуре. В трансформаторах оно также является и охлаждающей средой. В масляных выключателях это масло служит дугогасящей средой. Трансформаторное масло обладает достаточно высокой электрической прочностью Епр = 15-20 кВ/мм, малыми диэлектрическими потерями, удовлетворительной теплопроводностью (0,0015) Вт/см * град С. Оно, как и другие жидкие диэлектрики, способно восстанавливать его изоляционное свойство. Трансформаторное масло старит (окисляется) под влиянием кислорода воздуха, высокой температурой, солнечного света ( в масло наполненных вводах, и масло указательных стеклах). Процессу старения масло, способствует соприкосновение с лаковой изоляцией, влагой, металлами (особенно с медью). Трансформаторное масло трическую прочность Епр. обладает гигроскопичностью, понижающей элек- Епр.= Uпр. /h , кВ/мм где Unp— пробивное напряжение кВ, h— толщина испытываемого слоя трансформаторного масла (расстояние между электродами) мм. Величина пробивного напряжения зависит от формы и размеров электродов, расстояния между электродами, давления и температуры масла, характера приложенного напряжения (постоянное, переменное), степени загрязнения масла волокнами, водой и другими примесями. Снижение изоляционных свойств масла может привести к аварии в электрической установки, поэтому для обеспечения нормальной работы, маслонаполненной аппаратуры необходимо периодически проверять количество масла и в первую очередь его электрическую прочность. Для испытания изоляционных и в частности трансформаторного масла на электрическую прочность применяют аппарат AM 1-60. Рассмотрим порядок испытания трансформаторного масла на электрическую прочность. Определение электрической прочности трансформаторного масла Пробойник для определения для электрической прочности жидкости диэлектрика. Епр.= Uпр. /h , кВ/мм Пробой жидких диэлектриков производят в стандартном пробойнике, представляющем собой фарфоровый сосуд (1), в стенках которого закреплены латунные стержни (2) с дисковыми латунными электродами (3) диаметром 25 мм. Для создания между электродами равномерного электрического поля, края электродов закруглены по радиусу 2 мм. Электроды отстают один от другого на расстоянии 2,5 мм. Таким образом, при определении электрической прочности жидких диэлектриков пробивают слой электроизоляционной жидкости в 2,5 мм. Во избежание искажения электрического поля расстояние от электродов до стенок и дна сосуда пробойника должно быть не менее 15 мм. Толщина слоя испытуемой изоляционной жидкости над электродами так же должна быть не менее 15 мм. Пробойник (стандартный) заливают 0,5 л испытуемой жидкости, которой дают отстояться в течении 10 минут (не менее). Пробойник с залитой в него изоляционной жидкостью включают во вторичную цепь испытательного трансформатора. После этого плавно повышают напряжение до момента пробоя жидкого диэлектрика. В момент пробоя отмечается напряжение по вольтметру. Момент пробоя сопровождается треском и появлением между дисковыми электродами светящей искры, которую наблюдают через застекленное отверстие в крышке специального аппарата, при помощи которого производят пробой жидких диэлектриков. В металлическом кожухе данного аппарата помещается: - трансформатор; - регулирующее устройство; - ручка от регулирующего автотрансформатора, выведенная наружу кожуха Всего проводят пять пробоев данной электроизоляционной жидкости. После каждого пробоя жидкость в пробойнике перемешивают стеклянной палочкой и затем жидкости дают отстояться в течении 5 минут (для трансформаторного масла). Во время отстоя из электроизоляционной жидкости, удаляются пузырьки воздуха, наличие которых приводит к снижению электрической прочности диэлектрика. Из пяти пробоев одной и той же пробы жидкого диэлектрика, залитого в пробойник, вычисляется среднее арифметическое значение электрической прочности. Это значение Епр является характеристикой, определяющей электрическую прочность данной электроизоляционной жидкости. Епр.= Uпр. /h , кВ/мм 2. ПРИМЕР Задания для определения электрической прочности диэлектриков. Определить электрическую прочность жидких диэлектриков Минеральное масло трансформаторное масло конденсаторное масло Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм 1. 43,75 2,5 17,5 1. 50 2,5 2. 47,5 19 2. 48 3. 40 16 3. 40 жидких совол Uпр, кВ 1. 30 2. 36 3. 40 h, мм 2,5 Епр, кВ/мм Находим электрическую прочность Епр жидких диэлектриков для каждого материала и по количеству испытаний: 1. Трансформаторное масло Епр1= Uпр / h = 43,75/2,5=17,5 кВ/мм Епр2=47,5/2,5= 19 кВ/мм Епр3=40/2,5= 16,0 кВ/мм Находим среднее значение электрической прочности Епр.ср. для каждого материала: Епр.ср.= 17,5+19+16/3=17,5 кВ/мм По таблице Епр – трансформаторного масла от 15 до 20 кВ/мм по нашим расчетам Епр.ср= 17,5 кВ/мм, в пределах нормы, значит материал стеклотекстолит соответствует своим электроизоляционным свойствам и для дальнейшей работы годится. 3.Задания для определения электрической прочности жидких диэлектриков. Определить электрическую прочность жидких диэлектриков (минеральных масел трансформаторного масла, конденсаторного масла, синтетической жидкости со-вол) Вариант № 1 Минеральное масло трансформаторное масло конденсаторное масло Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм 1. 38 2,5 1. 50 2.5 2. 40 2. 48 3. 43 3. 40 совол Uпр, кВ 1. 35 2. 42,5 3. 40 h, мм 2,5 Епр, кВ/мм Вариант № 2 Минеральное масло трансформаторное масло конденсаторное масло Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм Uпр, кВ h, мм Епр, кВ/мм 1. 35 2 1. 50 2 2. 40 2. 48 3. 30 3. 40 совол Uпр, кВ 1. 30 2. 36 3. 40 h, мм 2 Епр, кВ/мм Задание 1. Изучение теоретической части о жидких диэлектриках. 2. Исследование порядка испытания жидких диэлектриков на электрическую прочность. 3. Произвести расчет электрической прочности жидких диэлектриков минеральных масел трансформаторного, конденсаторного масел, синтетической жидкости совола. 4. Оформить отчет. 5. Подготовиться к защите. 6. Сделать вывод: Содержание отчета. 1. Название лабораторной работы. 2. Цель работы. 3. Краткое описание теоретической и практической части. 4. Произвести расчет Епр электрической прочности трансформаторного и конденсаторного масла, совола: - занести в таблицу расчеты - определить среднее значение Епр. 5. Сделать вывод. Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Байконурский электрорадиотехнический техникум имени М.И. Неделина» (ГБ ПОУ «БЭРТТ») Методическое указание по выполнению лабораторной работы № 5 по дисциплине «Электротехнические материалы» для специальности 08.02.09 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий» (базовый уровень) Тема «Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлекрических потерь твердого диэлектрика» Разработала преподаватель (ГБ ПОУ «БЭРТТ») А.В. Ниязова г. Байконур 2017 г. Лабораторная работа № 5 Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлекрических потерь твердого диэлектрика. Цель работы: Закрепить понятия диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлекрических потерь твердого диэлектрика: - изучить работу принципиальной схемы моста переменного тока. - изучить удельные диэлектрические потери. Пояснение к работе Диэлектрическая проницаемость - эта характеристика позволяет определить способность диэлектрика при нанесении на него электродов и подаче напряжения образовывать электрическую емкость. Диэлектрическая проницаемость данного диэлектрика определяется из величины ёмкости Сх конденсатора, имеющего этот диэлектрик, В большинстве случаев для этого измерения используют плоский конденсатор (см. Рис.). Рисунок. Принципиальная схема моста переменного тока Электрическую ёмкость (Сх) конденсатора с испытуемым диэлектриком измеряют при помощи моста переменного тока (см. Рис.). К мосту переменного тока подводится переменное напряжение (частотой 50 гц) от однофазного трансформатора Тр, один из выводов которого заземлен. Соответственно заземлена точка 3 моста. Исследуемый образец Сх диэлектрика включается в ветвь 1-2 моста. В противоположной ветви 1-4 моста включен образцовый воздушный конденсатор Со, Два разрядника Р, подключенные к точкам моста 2 и 4, предназначены для отведения в землю токов в случае пробоя испытуемого диэлектрика Сх или образцового конденсатора С4. Рис. Плоский конденсатор: 1 — диэлектрик, 2 — электрод Работа на мосте переменного тока сводится к подбору регулируемого сопротивления R3 и емкости С4 при которых наступит равновесие моста и ток не будет протекать через вибрационный гальванометр ВГ. Он будет показывать «0» нуль. При достигнутом равновесии моста искомая величина емкости Cх вычисляется по формуле: Сх=Co(R4/ Ro) пф, где C0 – емкость образцового (воздушного) конденсатора, пф R3 - переменное (регулируемое) сопротивление оформленная в виде магазина проволочных сопротивлений. R4 – образцовое (постоянное) проволочное сопротивление, равное 10000/π Ом По величине емкости Сх и известным величинам S и h подсчитывают диэлектрическую проницаемость электроизоляционного материала: ε = h Cх / ε0S ε0 = электрическая постоянная (8,85416 *10-12 Ф/м) Диэлектрическими потерями называют мощность, поглощаемую диэлектриком под действием приложенного напряжения. Потери мощности вызываются электропроводностью и медленными поляризациями, tgõ определяет потери энергии в диэлектриках, но в сильной степени зависит от температуры. Тангенс угла диэлекрических потерь tgõ является важным параметром, характеризующем качество диэлектрика при работе на переменном напряжении. Таким образом: - чем меньше tgõ тем лучше качество диэлектрика т.к. меньше потери энергии. - увеличение tgõ вызывает нагрев диэлектрика и его разрушение. Диэлектрические потери определяются по формуле: Pa=U2wCtgõ Вт Pa –мощность теряемая в диэлектрике, Вт U2- напряжение В С- емкость диэлектрика (изоляции) единица измерения (фарады) Ф tgõ- тангенс угла диэлектрических потерь измеряют на том же мосте переменного тока. Для диэлектриков, применяемых в технике высоких частот и высоких напряжений, значение tgõ не должно превышать 10-4…10-3. Значение tgõ диэлектриков в менее ответственных условиях, допускается большим. Жидкие и твердые диэлектрики высшего класса имеют tgõ = (от 2 до 6)*10-4 , а остальные tgõ = 0,02 до 0,05 При достигнутом равновесии моста величину tgõ вычисляют по формуле, согласно которой tgõ численно равен величине регулируемой емкости С4 моста т.е tgõ = С4 С4- регулируемая образцовая емкость в мосте переменного тока, оформленная в виде магазина слюдяных конденсаторов. Задание 1. Изучение теоретической части «Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь твердого диэлектрика»: - изучить работу принципиальной схемы моста переменного тока. - изучить удельные диэлектрические потери. 2. Устный опрос теоретической части. В виду того, что тема «Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлекрических потерь твердого диэлектрика» не рассматривается в изучаемых разделах по КТП изучение теоретической части проходим на лабораторной работе. 3. Оформить отчет. 5. Подготовиться к защите. 6. Сделать выводы. Содержание отчета. 1. Название лабораторной работы. 2. Цель работы. 3. Описание теоретической части. 4. Сделать вывод. Контрольные вопросы 1. Определение, что называется диэлектрической проницаемостью? 2. Определение, что называется тангенсом угла диэлекрических потерь? 3. Как определяют диэлектрическую проницаемость (формулы)? Работа принципиальной схемы моста переменного тока. 4. Тангенс угла диэлекрических потерь tgõ является важным параметром, и что он характеризует? 5. Сделать выводы по изученной лабораторной работе.