Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВСтр 1 из 6Следующая ⇒
Лабораторная работа № 1 ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ
Цель работы – освоение методики измерения удельных объемных и удельных поверхностных сопротивлений твердых электроизоляционных материалов (ЭИМ). Общие сведения. Электропроводностью ЭИМ называют способность материала проводить электрический ток. Протекание тока проводимости связано с наличием в ЭИМ небольшого количества свободных электрических зарядов, носителями которых являются ионы примесей, ионы самого диэлектрика, а у некоторых материалов – свободные электроны. У газообразных и жидких ЭИМ свободные заряды распределены в объеме вещества. У твердых же диэлектриков некоторая часть зарядов – ионов адсорбирована на поверхности. Поэтому электроизоляционные материалы в газообразном и жидком агрегатном состояниях характеризуются только объемной электропроводностью, а твердые вещества – объемной и поверхностной электропроводностью. Под действием электрического поля в ЭИМ возникают токи объемной – и поверхностной – утечки (рис. 1). Для количественной оценки электропроводности материала введены понятия удельного объемного ρ V и удельного поверхностного ρ S сопротивлений. Удельное объемное сопротивление равно сопротивлению куба с ребром, равным единице длины, мысленно вырезанного из ЭИМ так, что ток проходит только через две противоположные грани этого куба. Объемная электропроводность диэлектрика зависит от структуры вещества и нарушений этой структуры (наличия примесей и дефектов в виде пор, микротрещин). Кроме того, она зависит от температуры и других физических факторов. Поверхностная электропроводность представляет собою электропроводность весьма тонкого слоя газа или жидкости, окружающего твердый электроизоляционный материал. Число адсорбированных на поверхности диэлектрика ионов зависит от влажности окружающей среды, структурного строения диэлектрика и физических свойств его поверхности. Удельное поверхностное сопротивление равно сопротивлению квадрата любых размеров, мысленно выделенного на поверхности ЭИМ так, чтобы ток проходил через две противоположные стороны квадрата. Его значение тем выше, чем меньше полярность диэлектрика, чем лучше отполирована и чище его поверхность. Обозначим через – объемное сопротивление образца материала, через RS – поверхностное сопротивление. Тогда , (1) где U – напряжение, приложенное к образцу; – соответственно токи, протекающие сквозь образец и по его поверхности. Если площадь электродов, наложенных на образец, S, см2, а толщина материала d, см, то . (2) Если наложить на поверхность изоляционного материала параллельно два электрода длиною , см, и разделить их на расстояние , см, то . (3) Для измерения величин ρ V иρ S применяют образцы ЭИМ, отвечающие требованиям стандартов, и электроды соответствующей формы. Сторона квадрата плоского образца 50–100 мм, толщина 0, 5–2, 0 мм. В [1] приведены рекомендуемые формы и размеры электродов плоских образцов материалов, а также различные методы определения величин ρ V и ρ S, среди которых метод непосредственного отклонения, метод сравнения и метод заряда конденсатора. Электроизоляционные материалы, используемые для электротягового оборудования, характеризуются значениями . Такие сопротивления можно измерить методом непосредственного отклонения с помощью зеркального баллистического гальванометра с динамической постоянной по току . Постоянное напряжение, подводимое к образцу ЭИМ, необходимо выдержать в течение 1 мин с целью исключения влияния токов поляризации и абсорбции, после чего произвести измерение. Напряжение должно обеспечивать напряженность электрического поля Е в образце не менее 500 В/мм.
Программа работы 1. Определить постоянную гальванометра по току . 2. Определить удельное объемное сопротивление нескольких образцов листовых твердых материалов. 3. Определить удельное поверхностное сопротивление тех же образцов. 4. Сравнить результаты измерений и с данными, приводимыми в справочной литературе [2].
Таблица 1
Содержание отчета
1. Программа работы. 2. Электрические схемы испытаний. 3. Таблица наблюдений, вычислений. 4. Расчетные формулы, примеры вычислений. 5. Сравнительная оценка данных эксперимента и справочной литературы.
Лабораторная работа № 2 Программа работы 1. Определить зависимость мгновенного пробивного напряжения от толщины электроизоляционного материала (простая изоляционная бумага и пропитанная). 2. Определить длительную электрическую прочность изоляционной бумаги. 3. Снять разрядные характеристики для диэлектрика с цилиндрической поверхностью в неравномерном электрическом поле. 4. Снять разрядные характеристики воздушного зазора в равномерном электрическом поле с твердым диэлектриком и без него. 5. Пронаблюдать и описать явление скользящего разряда на ЭИМ с плоской поверхностью (стекло).
Таблица 2
На основании данных построить графики зависимостей и . По п. 3 и 4 программы работы. Схема испытательной установки имеется на рабочем месте в лаборатории. Необходимо снять зависимость по стеклянной трубке с расположением электродов, показанным на рис. 4, и по воздуху. Результаты испытаний занести в табл. 3.
Таблица 3
Рис. 4. Эскизы приспособлений для определения разрядного напряжения по поверхности: 1– металлические электроды: 2 – стеклянная трубка По п. 5 программы работы. Испытуемым ЭИМ служит стеклянная пластина 1, которая устанавливается между электродами 2 приспособления, изображенного на рис. 5. К электродам подводится напряжение от высоковольтного трансформатора. Плавно повышая напряжение, необходимо проследить за образованием и развитием скользящего разряда по поверхности пластины, отметить все его стадии и зафиксировать напряжение перекрытия.
Рис. 5. Приспособление для наблюдения стадии разряда по плоской поверхности: 1 – стеклянная пластина; 2 – электроды.
Содержание отчета 1. Программа работы. 2. Схемы испытаний и эскизы приспособлений. 3. Таблицы измеренных и вычисленных величин. 4. Графики зависимостей , по п. 1, 2; Up = f(а) по п. 3, 4. 5. Описание развития скользящего разряда и схематические изображения его отдельных стадий. 6. Выводы.
Лабораторная работа № 3 Рис. 7. Схема, иллюстрирующая эффект полярности электродов
В обоих случаях ионизация начинается вблизи иглы, где напряженность электрического поля максимальная. При положительной игле объемный положительный заряд уменьшает поле вблизи стержня и несколько усиливает его во внешнем пространстве. Электроны, движущиеся от отрицательно заряженной плоскости к положительной игле, будут разгоняться объемным зарядом, и ударная ионизация усилится. При отрицательной игле объемный заряд усилит поле вблизи иглы, но ослабит поле в остальной части промежутка. Ударная ионизация на большей части промежутка ослабнет, так как движущиеся к положительной плоскости электроны будут тормозиться объемным зарядом. Поэтому в первом случае разрядное напряжение значительно меньше, чем во втором. Оценка электрической прочности ЭИМ при воздействии на них импульсного напряжения производится по вольтсекундным характеристикам (ВСХ). ВСХ – зависимость времени пробоя ЭИМ от воздействующего импульсного напряжения. Расчетная формула для ВСХ: где Программа работы 1. Снять разрядные характеристики при переменном напряжении промышленной частоты для электродов: а) плоскость – плоскость; б) игла – плоскость; в) игла – заземленная плоскость; г) игла – игла; д) шар – шар. 2. Исследовать влияние полярности электродов «игла – заземленная плоскость». 3. Определить ВСХ воздушного зазора.
Таблица 5
Рис. 8. Схема для исследования ВСХ: ГИН – генератор импульсных напряжений; ИО – испытуемый образец; ДН – делитель напряжения; N – регистрирующий прибор (осциллограф) Содержание отчета 1. Программа работы. 2. Принципиальные электрические схемы испытаний. 3. Таблицы измеренных и вычисленных величин. 4. Расчетные формулы. 5. Графические зависимости , , для опытных и расчетных данных. 6. Выводы.
Лабораторная работа № 4 Программа работы 1. Определить вязкость трансформаторного масла в градусах Энглера и кинематическую вязкость в сантистоксах (сСт). 2. Определить температуру вспышки паров масла. 3. Определить электрическую прочность и качество масла путем испытания на АИМ-90. 4. Снять температурные зависимости ε (t °С) и tg δ (t °С). 5. Снять разрядные характеристики: а) для электродов «игла – плоскость»; б) для электродов, с применением барьера из твердого диэлектрика. 6. На основе результатов испытаний по нормам ПТЭ дать заключение в каких электроустановках можно использовать испытанное трансформаторное масло.
Содержание отчета 1. Программа работы. 2. Схемы испытаний, эскизы приспособлений. 3. Таблицы измеренных и вычисленных величин. 4. Графики дифференциальной и интегральной кривых вероятностей по п. 3, разрядные характеристики Unp = f(a), Unp =f(a'/a). 5. Дать заключение о пригодности масла для использования в высоковольтном аппарате с заданным рабочим напряжением. 6. Выводы.
Лабораторная работа № 5
Программа работы 1. Измерение сопротивлений фазовой и межфазовой изоляции высоковольтного кабеля мегомметром. 2. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции кабеля. 3. Испытание изоляции высоковольтного кабеля повышенным выпрямленным напряжением. 4. Определение места повреждения изоляции жилы кабеля. Порядок выполнения работы По п. 1 программы работы. Перед измерением сопротивления изоляции кабеля необходимо проверить исправность мегомметра. При замкнутых накоротко зажимах «Л» и «З» (рис. 15) при подаче напряжения стрелка прибора должна показывать ноль, при разомкнутых – < < > >.
Рис. 15. Измерение сопротивлений изоляции кабеля: а – мегомметром; б – между жилой и землей; в – между двумя жилами; 1 - жила кабеля; 2 - изоляция жилы кабеля; 3 -защитная оболочка; 4 - бандажкабеля; 5 - зажимы экрана Соединительные высоковольтные провода необходимо располагать на весу с целью исключения шунтирования изоляции кабеля. Экранный зажим «Э» используется для исключения влияния поверхностных токов на результаты измерений. Схемы для измерения сопротивлений фазовой и междуфазовой изоляции показаны на рис. 15, б, в. Результаты измерений следует свести в табл. 10.
Таблица 10
По п. 2 программы работы. Измерение tg изоляции между жилами и землей выполняется по «перевернутой» схеме (см. рис. 3), измерение между отдельными жилами – по «нормальной» схеме (см. рис. 2). При сборке схемы необходимо следить, чтобы все высоковольтные провода, находящиеся под испытательным напряжением, нигде не приближались к заземленным предметам ближе 100 мм. Результаты измерений свести в табл. 11.
Таблица 11
По п. 3 программы работы. Испытания изоляции повышенным напряжением произвести с помощью высоковольтной установки. Принципиальные схемы испытаний приведены на рис. 16. Испытательное напряжение плавно поднять до 24 кВ и после выдержки в течение 5 мин измерить ток утечки через изоляцию. Результаты измерений свести в табл. 12.
Таблица 12
По п. 4 программы работы. Прибор для измерения расстояния до места повреждения изоляции кабеля подключается по схеме, приведенной на рис. 17. Необходимо плавно поднять напряжение, зарядить жилу кабеля 5 через зарядное сопротивление 2 до напряжения срабатывания разрядника 6. При разряде производится пуск прибора 4 фронтом волны положительной полярности, попадающей на клемму П с делителя напряжения 3. Остановка прибора осуществляется фронтом волны отрицательной полярности, попадающей на клемму 0 прибора. Перед измерением необходимо произвести настройку прибора согласно инструкции.
Содержание отчета
1. Схемы испытаний. 2. Таблицы наблюдаемых и вычисленных величин. 3. График tg = f(Uисп). 4. Сравнение полученных результатов со справочными данными для высоковольтного кабеля на 6 кВ, оценить пригодность изоляции кабеля для эксплуатации.
Лабораторная работа № 6 МЕТОДЫ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗОЛЯЦИИ Цель работы – изучение и практическое освоение методики проведения испытаний изоляции электрических машин. Общие сведения. Контроль состояния изоляции электрических машин и тяговых двигателей позволяет своевременно предупредить возможность выхода из строя оборудования. Для проверки изоляции электрических машин должны быть проведены следующие виды испытаний: 1. Измерение сопротивления изоляции относительно корпуса машины. 2. Испытание на степень увлажнения изоляции. 3. Испытание на ионизационные процессы. 4. Испытание витковой изоляции. 5. Испытание электрической изоляции повышенным напряжением.
1. Измерение сопротивления изоляции является наиболее простым и распространенным средством проверки ее состояния. Измеряя сопротивление изоляции мегомметром, можно обнаружить пробой электрической изоляции, ее сильное загрязнение, общее увлажнение изоляции, посторонние предметы на токоведущих частях. Измеренное сопротивление изоляции электрических машин при температуре, близкой к рабочей, должно удовлетворять условию , где U – номинальное напряжение машины, В; Rиз – сопротивление изоляции, МОм; Р – номинальная мощность электрической машины, кВА. Сопротивление изоляции машины практически не поддается расчету, поэтому по измеренному абсолютному значению Rизтрудно судить о ее состоянии. При контроле изоляции вместо анализа абсолютных значений целесообразно производить сравнения с данными предыдущего измерения и, если сопротивление изоляции уменьшилось на 25% и более, то изоляцию следует считать поврежденной. Этот вид испытаний следует рассматривать не как профилактическое испытание, а лишь как контрольное испытание перед включением электрической машины в работу, имеющее целью проверить отсутствие случайного замыкания обмотки на корпус. 2. Существенное влияние на характеристики изоляции электрических машин оказывает процесс увлажнения. Степень увлажнения изоляции может быть определена по значению коэффициента абсорбции Кабс, тангенсу угла диэлектрических потерь tg и сопоставлением емкостей изоляции при различных частотах – методом «емкость – частота». Во внешнем электрическом поле в изоляции происходит медленная миграция носителей заряда, характеризующая перемещение свободного заряда абсорбции. После отключения источника питания емкость изоляции разряжается на сопротивление утечки по закону где Rn – объемное сопротивление изоляции; Сn – емкость изоляции. При увлажнении R и постоянная времени уменьшаются. Это обстоятельство используется для оценки состояния изоляции. На основании опыта эксплуатации принято считать изоляцию сухой, если Метод контроля tg угла диэлектрических потерь базируется на явлении, возникающем в диэлектрике под действием слабых электрических нолей, электрической поляризации. Процесс поляризации в реальных диэлектриках сопровождается рассеянием энергии – диэлектрическими потерями. Контроль этих потерь (tg ) является наиболее распространенным способом обнаружения общего ухудшения состоянии изоляции. Увеличение потерь свидетельствует об увлажнении, появлении неоднородностей между слоями, возникновении частичных разрядов. Метод «емкость–частота» основан на том, что емкость неувлажненной изоляции с изменением частоты почти не изменяется, в то время как в увлажненной изоляции процессы поляризации протекают достаточно быстро. Это существенно сказывается на диэлектрической проницаемости и, в конечном счете, на емкости образца. При измерении емкости в функции частоты приложенного напряжения для влажной изоляции достаточно резко проявляется перепад емкостей при частотах f1 = 2 Гц и f2 = 50 Гц. Для сухой изоляции этот перепад практически не заметен. Опытным путем установлено, что для неувлажненной изоляции отношение Сf1/Сf2 близко к 1, а для увлажненной, требующей сушки, – Cf1/Cf2 > 1, 3. Таким образом, по коэффициенту Kf= Cf1/Cf2 можно судить о степени увлажнения изоляции образца. 3. По современным представлениям, пробой изоляции электрических машин при длительном воздействии напряжения имеет ионизационный характер, т. е. обусловлен постепенным разрушением изоляции частичными разрядами. Частичные разряды представляют собою электрические локализованные разряды в микрообластях пор изоляции тяговых электрических машин. Они могут обнаруживаться при напряжениях, существенно меньших пробивного значения. Поскольку в миканитовой изоляции имеется большое число воздушных включений, то при приложении к ней напряжения, особенно переменного, разряды происходят весьма часто и в питающей цепи образуются непрерывные высокочастотные несинусоидальные колебания тока (рис. 18). Амплитуда импульса тока, вызываемого частичным разрядом, зависит от размера воздушного включения. Измеряя импульсы тока, можно оценить состояние изоляции и относительные размеры воздушных включений. По рекомендации МЭК для оценки интенсивности ЧР используется понятие о кажущемся заряде. При возникновении в воздушном включении ЧР происходит нейтрализация заряда Q, а в изоляции возникают переходные процессы. При этом на изоляции наблюдается скачкообразное изменение напряжения UX, которое соответствует кажущемуся изменению заряда на емкости всей изоляции Сх на значение Q, пКл: . Энергия, выделяемая при ЧР, нДж, где Uчр – действующее напряжение на изоляции, при котором в воздушном включении возникают ЧР.
Рис. 18. Схема для измерения интенсивности ЧР и осциллограммы импульсных токов и напряжений
Средняя мощность ЧР в изоляции оценивается как , где n – число ЧР в единицу времени, причем минимальное значение n = 4f; f – частота напряжения. 4. Для испытаний витковой изоляции обычно используют 5. Испытание электрической изоляции повышенным напряжением является одной из важнейших контрольных операций, обеспечивающей надежную работу изоляции электрических машин в эксплуатации. Испытания повышенным напряжением могут включать в себя испытание переменным напряжением промышленной, высокой и низкой частот, выпрямленным и импульсным. Испытание повышенным напряжением промышленной частоты обязательно при заводских и профилактических испытаниях. Оно дает возможность выявить большинство местных дефектов изоляции. Значение испытательного напряжения составляет (1, 7...2, 0) Uн. Отступления от максимальных норм испытательного напряжения возможны и необходимы. Но эти отступления должны основываться не только на принципе, предусматривающем применение пониженных испытательных напряжений, а с учетом экономических факторов, так как испытания повышенным напряжением таят в себе много неопределенного, и при этом постоянно существует опасность разрушения изоляции. Испытание повышенным выпрямленным напряжением является разновидностью высоковольтных испытаний и осуществляется обычно в тех случаях, когда значительная собственная емкость оборудования затрудняет проведение испытаний переменным током. Следует отметить, что при испытании постоянным напряжением отсутствует опасность появления мощных ЧР, вследствие чего напряжение можно увеличить для лучшего выявления дефектов. Значение испытательного напряжения, согласно рекомендациям МЭК, составляет 2Uн + 1000 В. Кроме того, во время испытания можно измерять ток утечки и тем самым получать дополнительную информацию. Импульсные испытания с кратностью (1, 7... 2, 0)Uн проводят с целью проверки состояния межвитковой изоляции обмоток и определения ВСХ изоляции электрооборудования.
Программа работы 1. Измерить сопротивление корпусной изоляции электрической машины. 2. Испытать изоляцию на степень увлажнения: а) определить коэффициент абсорбции; б) определить коэффициент по методу «емкость–частота»; в) снять кривую саморазряда. 3. Исследовать ионизационные процессы в изоляции. 4. Испытать изоляцию электрической машины повышенным напряжением. Порядок выполнения работы
По п. 1 программы работы. Измерить сопротивление изоляции относительно корпуса машины с помощью мегомметра типа Е-4. По п. 2 программы работы. Мостом М-4100 измерить сопротивление корпусной изоляции через 15 и 60 с после подачи напряжения, определить коэффициент абсорбции. Замерить емкость испытуемой изоляции с помощью прибора ПКВ-7 при частотах напряжения 2 и 50 Гц. Вычислить коэффициент влажности изоляции.
Рис. 19. Схема для получения кривой самозаряда изоляции электрической машины Снять кривую саморазряда изоляции электрической машины. Схема испытания (рис. 19), содержит источник постоянного высокого напряжения ИВН, испытуемую изоляцию Сх и регистрирующий напряжение электростатический вольтметр V. Изоляцию предварительно в течение 2...3 мин зарядить от ИВН до напряжения 1 кВ (ключ в положении 1), после чего переключатель перевести в положение 2, одновременно включив секундомер и для различных значений времени t, записать в табл. 13 соответствующие значения напряжения. При необходимости повторения опыта необходимо разрядить емкость Сх , переведя ключ в положение 3. По п. 3 программы работы. Модель изоляции электрической машины подключить к источникам переменного напряжения. Измерить напряжение появления частичных разрядов Un. чр и напряжение гашения ЧР Uг. чр. Зарисовать на экране осциллографа кривые напряжения до появления ЧР и при их возникновении.
Таблица 13
Отношение AQх/AUBX определяется схемными факторами, поэтому его выявляют на готовой изоляции с использованием генератора прямоугольных импульсов ГПИ (рис. 20).
Рис. 20. Схема для исследования ЧР в изоляции
Величину емкости Сг выбирают из условия Сг < < Сх. При этом напряжение генератора Uг оказывается практически полностью приложенным к емкости Сг. При каждом импульсе Сг возникает заряд Qг. СгUг. Поскольку емкость Сх соединена с Сг последовательно (относительно ГПИ), то на ней также появится заряд Qг, что равносильно возникновению в Сх ЧР с кажущимся зарядом Qг. Одновременно на входе измерительной части (резистор z) появляется импульс напряжения . Измеряя его максимальные значения и зная емкость Сг и напряжение Uг, можно установить соотношение Qr/ . По результатам градуировки построить зависимость отклонения луча осциллографа h = f(Qr) для испытуемого образца изоляции. Результаты свести в табл. 14.
Таблица 14
По п. 4 программы работы. Испытать корпусную изоляцию электрической машины с помощью высоковольтной установки выпрямленного напряжения. Инструкция по работе с высоковольтной установкой и правила испытаний с соблюдением ПТБ имеются на рабочем месте в лаборатории. Содержание отчета
1. Программа работы. 2. Схема электрических испытаний. 3. Таблицы измеренных и вычисленных величин. 4. Кривые саморазряда изоляции (опытная и расчетная). 5. Градуировочная зависимость для схемы измерения ЧР, осциллограммы ЧР. 6. Заключение о состоянии электрической изоляции машины. Лабораторная работа № 7 Программа работы
1. Испытание изолирующей штанги. 2. Испытание одной пары диэлектрических перчаток для 3. Испытание электроизолированного инструмента. 4. Испытание резинового диэлектрического коврика. 5. Составление протокола испытаний ЗС. Содержание отчета
1. Программа работы. 2. Схемы электрических соединений испытательных установок. 3. Таблица с результатами испытаний. 4. Протоколы испытаний ЗС.
Список литературы
1. Казарновский Д. М., Тареев Б.М. Испытание электроизоляционных материалов и изделий. – Л.: Энергия, 1980. – 212 с. 2. Справочник по электротехническим материалам / под редакцией Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова, Б. М. Тареева. Т. 1. – М., 1974. – 584 с.; Т. 2. – М., 1974. – 616 с.; Т. 3. – Л., 1976. – 806 с. 3. Гольдберг О. Д. Испытания электрических машин: учеб. для вузов. – М.: Высшая школа, 2000. – 225 с.
Содержание
ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Методические указания к лабораторным работам по курсам «Материаловедение» и «Электротехнические материалы
Составители: В. В. Егоров, А. Ф. Петров
Редактор и корректор Л. Г. Щёкина Компьютерная верстка А. В. Никифорова
План 2011 г., № 143
Подписано в печать с оригинал-макета 26.09.2012. Формат 60´ 84 1/16. Бумага для множ. апп. Печать ризография. Усл. печ. л. 2, 625. Тираж 300 экз. Заказ 943. Петербургский государственный университет путей сообщения. 190031, СПб., Московский пр., 9. Типография ПГУПС. 190031, СПб., Московский пр., 9.
Лабораторная работа № 1 Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 1155; Нарушение авторского права страницы