МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РК

КАЗАХСКИЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. С. СЕЙФУЛЛИНА

Кафедра эксплуатации электрооборудования

И.А. ПЯСТОЛОВА

Практикум по электротехническим материалам раздел: диэлектрики

АСТАНА

2003

УДК 621.315

Автор: И.А. Пястолова.

Рецензенты: доктор технических наук, профессор С.Н. Асамбаев

и кандидат технических наук, доцент В.И. Красников

доцент В.И. Красников

И.А. Пястолова Практикум по электротехническим материалам. Раздел диэлектрики. - Астана: Казахский аграрный университет им. С. Сейфуллина. 2003. – 86 с.

Рассмотрены вопросы определения характеристик электроизоляционных материалов и особенности их испытания.

Для студентов электротехнических специальностей энергетического факультета.

© Казахский аграрный университет им. С. Сейфуллина, 2003

ПРЕДИСЛОВИЕ

Материалы играют большую роль в развитии цивилизации. Целые эпохи истории были названы по материалам, которые применялись в то время. Вначале использовались природные материалы, затем стали применяться комбинации из природных материалов. В настоящее время создаются материалы, которые не существуют в природе, причем они в основном заменили классические материалы.

Электротехника является исторически довольно таки молодой наукой. Ее прогресс тесно связан с получением и применением новых материалов. Первоначально применялись материалы общетехнического назначения. В качестве проводникового материала – обычная медь, в качестве магнитных материалов – мягкое железо, сталь, в качестве электроизоляционных материалов – обычные стекла, фарфор, бумагу и хлопчатобумажную пряжу, парафин, льняное масло и т. д.

Вскоре оказалось, что для электротехнических изделий нужны материалы с особыми свойствами: специальную электролитическую медь, специальные сплавы, специальные магнитные материалы и целый ряд электроизоляционных материалов. Создание полупроводников, привело к порождению новых отраслей электротехники.

Материаловедение – наука о структуре и свойствах материалов. Электротехнический материал в широком смысле – любой материал, который используется в производстве электротехнических изделий.

В узком смысле, который рассматривается в курсе электротехническое материаловедение – это только материал, который имеет специальные свойства в отношении электромагнитного поля.

Материалы, которые являются вспомогательными (кожухи, рычаги и т.д.) называются конструкционными материалами. Многие электротехнические материалы способны выполнять функции конструкционных материалов, но экономически это невыгодно, а вот противоположная замена бывает невозможной.

Различают четыре основные группы электротехнических материалов: проводниковые, полупроводниковые, диэлектрические и магнитные материалы.

Настоящее пособие посвящено одной группе, наиболее объемной – диэлектрическим материалам, к которым относятся и электроизоляционные материалы. Эти материалы делятся в зависимости от агрегатного состояния: газообразные, жидкие и твердые. Большинство из них относятся к твердым, которые делятся на природные и синтетические, а также органические и неорганические. По размерам молекул – на низкомолекулярные и высокомолекулярные, последние делятся также на термопластичные и термореактивные. С точки зрения электрофизических свойств гораздо ценнее их классификация на полярные и неполярные.

Идеальный электроизоляционный материал определяется как материал, не содержащий свободных носителей заряда. Реально все электроизоляционные материалы содержат некоторое количество свободных носителей, но их удельная электропроводность настолько мала, что они считаются непроводящими. Между электроизоляционным материалом и полупроводниковым нет четкой границы. Все электроизоляционные материалы являются средой электрического поля преимущественно с ионной проводимостью и имеющие удельное сопротивление больше 10^8-10 Ом. м. Хорошим электроизоляционным материалом считается материал удельное электрическое сопротивление которого при комнатной температуре больше 10¹² Ом. м. или материалы ширина запрещенной зоны которых больше 3 э.В.

Диэлектриком называется материал, характерным свойством которого, является способность к поляризации, что качественно характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью. Они в основном применяются для накопления энергии в конденсаторах, к ним относятся многие полупроводники.

Изолятором называется изделие из электроизоляционного материала, предназначенного для крепления и изоляции друг от друга проводников, находящихся под разными потенциалами (изоляторы ЛЭП). Обычно это фарфор, стекло, пластмассы.

Электрической изоляцией называется система определенного электротехнического изделия, выполненная из одного или нескольких электроизоляционных материалов.

Настоящий лабораторный практикум посвящен самой многочисленной группе электротехнических материалов – диэлектрикам.

Настоящий практикум составлен в соответствии с программой дисциплины «Электротехническое материаловедение» для студентов высших учебных заведений всех энергетических специальностей.

На основании настоящего практикума студент должен освоить методику испытания и определения основных характеристик наиболее распространенных электроизоляционных материалов и приобрести практические навыки работы на лабораторном оборудовании, а также уметь правильно оценить целесообразность выбора и использования материалов.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

О ЛАБОРАТОРНО – ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ

Принцип постоянной связи теории и практики, составляющих основную подготовку инженерных кадров реализуется при проведении лабораторно – практических занятий.

Общая цель лабораторных занятий состоит в приобретении навыков по испытанию электроизоляционных материалов, изделий и электрооборудования, необходимых в будущей деятельности инженеров-электриков, а также в проверке экспериментом отдельных теоретических положений.

Достижение поставленной цели преподаватель оценивает по качеству письменного отчета к лабораторной работе и правильности ответов студентов на контрольные вопросы.

Необходимый и достаточный для студентов материал в практикуме изложен по единой структуре.

• Цель работы.

• Программа работы.

• Теоретические предпосылки.

• Методика выполнения работы.

• Содержание отчета.

• Контрольные вопросы.

• Список используемых источников.

В некоторых теоретических предпосылках содержатся теоретические закономерности, которые предстоит проверить экспериментально, или описываются навыки, которые необходимо приобрести в процессе выполнения лабораторной работы. Эти положения не заменяют материал лекций и учебников, а лишь конкретизируют то, что относится к лабораторной работе.

Программа работ содержит перечень этапов лабораторной работы, последовательность выполнения которых приводит к достижению поставленной цели.

Методический раздел посвящен подробному описанию изучаемой схемы (установки) и рациональной последовательности выполнения каждого этапа работы. Сообщаются особенности проведения отдельных опытов, обработки полученных данных и оформления отчета.

Контрольные вопросы разделены на три группы. Первая группа включает 3 – 4 вопроса, которые позволяют контролировать подготовленность студентов к занятию. По ним осуществляется допуск к работе. Вторая группа посвящена контролю исходных положений, а 3-я умению объяснить ход эксперимента и получение результата.

За несколько дней до проведения цикла лабораторных работ студенты знакомятся с графиком выполнения лабораторных работ и методикой их выполнения.

При подготовке к выполнению лабораторной работы студентам необходимо ознакомиться с ее содержанием по настоящему пособию.

Студенты должны придерживаться следующих правил выполнения лабораторных работ:

• Входить в лабораторию с преподавателем или с учебным мастером, или лаборантом.

• Занимать рабочие места в соответствии с графиком выполнения работ.

• Не уходить с рабочего места без разрешения преподавателя.

• Иметь рабочую тетрадь (12 листов) для записи плана выполнения работ, перечень приборов, оборудования, расчетных формул, электрических схем, таблиц и т.д.

• После получения задания еще раз внимательно ознакомиться с работой, проработать теоретический материал, вычертить схему испытательной установки и подготовить устные объяснения по схеме.

• После окончания лабораторной работы бригада показывает результаты, полученные в процессе опыта, руководителя. Если все сделано правильно бригада сдает резиновые диэлектрические перчатки, электрооборудование, образцы электроматериалов и убирает рабочее место. После чего черновик должен быть подписан руководителем и приложен к одному из отчетов бригады.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

• Лаборатория электротехнических материалов по степени опасности поражения людей электрическим током относится к категории «помещений без повышенной опасности». Однако в лаборатории исполь­зуются электроустановки с напряжением 70 кВ и, поэтому суще­ствует возможность поражения людей электрическим током. Поэтому к работе в лаборатории студенты допускаются только после прохождения инструктажа по охране труда на рабочих местах лаборатории. Запись о проведении инструктажа производится в журнале с обязательной подпи­сью проинформированных студентов и преподавателей, проводивших инструктаж.

• К выполнению очередной лабораторной работы студенты могут присту­пить только после изучения методических указаний, ознакомления с уст­ройством и правилами использования оборудования, приборов, после прохождения допускного контроля знаний на право выполнения работы.

• Перед началом работы проверить исправность заземляющего провода и исправную работу блок контактов установок, находящихся под высоким напряжением.

• Если возникает необходимость работ в зоне испытания, то отключают аппарат автомата, о чем свидетельствует погашенная красная лампочка, регулятор напряжения устанавливают в нулевое положение, отключают шнур питания аппарата, только потом открывают двери. До входа в зону испытания, следует надеть резиновые перчатки, взять штанги с заземляющим проводом, не касаясь последнего и разрядить После изменения расстояния между электродами, последний, кто уходит из испытательной зоны, закрывает за собой двери на механический замок, если в зоне испытания отсутствуют люди. Член бригады, выключающий установку должен работать в диэлектрических перчатках и находиться на коврике, не касаясь заземленных частей и членов бригады. Перед включением схемы включающий обязан предупредить об этом бригаду, а после окончания опыта, сообщить об отключении.

• Студенты несут ответственность за нарушение правил охраны труда.

Требования безопасности перед началом работы.

• Проверить наличие и исправность всех предусмотренных средств за­щиты и пожаротушения.

• Убедиться, что схема рабочего стола отключена. При этом сигнальные лампочки не горят.

• Убрать с рабочего места посторонние предметы и не используемые в данной работе приборы.

Требования безопасности во время работы.

• Необходимо выполнять только ту работу, которая предусмотрена программой эксперимента или заданием преподавателя.

• Не прикасаться ни к какому оборудованию, кроме того, которое предназначено для выполнения заданной лабораторной работы.

• Работать разрешается только на исправных установках с исправными измерительными приборами и электрическими машинами.

• Сборку электрических схем производить только на исправных уста­новках при обесточенном оборудовании. Монтажные провода должны иметь надежную изоляцию, хорошо пропаянные наконеч­ники.

• Перед пуском электроустановки необходимо осмотреть и убрать с нее лишние проводники и посторонние предметы. Нужно убедиться в том, что никто из присутствующих не прикасается к неизолированным то­коведущим частям электрической цепи или вращающимся частям электрических машин, а металлические нетоковедущие части элек­троустановок занулены.

• Включать электрическую цепь под напряжением в начале работы, а также после внесения в нее каких либо изменений можно только с разрешения руководителя занятий, предупредив об этом присутст­вующих на рабочем месте членов бригады.

• Категорически запрещается производить любые изменения в элек­трической цепи под напряжением. При необходимости внесения та­ких изменений нужно обязательно отключить автоматический вы­ключатель на рабочем месте.

• Запрещается опираться локтями на установку и элементы электриче­ской цепи, переступать через токоведущие проводники и подвижные части электрических машин.

• При прекращении подачи электроэнергии отключить автоматический выключатель ввода на панели стола.

• Выполнение лабораторных работ одним человеком не допускается.

• Нельзя оставлять включенной под напряжением схему и всем студен­там отходить от рабочего места.

• Разбирать электрическую цепь можно только при выключенном на­пряжении после проверки преподавателем результатов выполненной работы.

Требования безопасности в аварийных ситуациях.

• Электрическая установка подлежит немедленному отключению в слу­чае попадания человека под напряжение ; появление дыма или огня из оборудования или приборов ; замыкание стрелок приборов ; нарушение нормаль­ной работы схемы ; нарушения изоляции.

• При возникновении пожара:

• Немедленно сообщить о пожаре по тел. 01 ,указав точный адрес.

• Принять меры к тушению пожара. Первичные средства пожаротуше­ния находятся в лаборатории и вестибюле корпуса.

• Сообщить о случившемся пожаре в ближайшие комнаты для выхода людей.

• Поставить в известность руководство того участка, где произошел пожар.

Требования безопасности по окончании работы.

• Выключить питание приборов и оборудования с помощью автомати­ческого выключателя ввода на панели стола.

• Разобрать электрические цепи и сложить на место электрические про­вода и электроизмерительные приборы.

• Навести порядок на рабочих местах. Сдать преподавателю электронные приборы, микрокалькуляторы и методические указания.

• Отключить питание столов, установленных на рабочих местах, автоматическими выключателями силового щита лаборатории.

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

По каждой лабораторной работе (до начала следующей) студент составляет индивидуальный отчет. Если перед началом следующей лабораторной работы не представлен отчет по предыдущей работе, то студент не допускается к следующей работе. Отчет должен содержать следующие данные:

• Название и номер лабораторной работы, Ф.И.О. студента, факультет, номер группы;

• Цель работы;

• Краткая характеристика исследуемого материала;

• Схема лабораторной установки, на которой выполнялась работа;

• Полный перечень используемого оборудования, приборов и аппаратов;

• Результаты опытов, расчетов, занесенные в соответствующие таблицы;

• Осциллограммы, графики, характеризующие электротехнические материалы;

• Выводы, заключения, касающиеся данного электротехнического материала, в соответствии с проведенной работой.

В расчетах записываются все использованные формулы в общем виде, а также с подстановкой чисел и их значений. В таблицах и на графиках обязательно указываются единицы измерения каждой величины. Графики выполняют на миллиметровой бумаге. На одной координатной сетке допускается наличие нескольких кривых зависимостей от одного и того же аргумента, но не более 3 – 4.

Лабораторная работа №1

Электротехнические полимерные материалы

Цель работы: Изучение свойств твердеющих электроизоляционных материалов: смол, пластмасс, слоистых пластиков, заливочных компаундов, лаков.

Программа работы

Изучить теоретические предпосылки, ознакомиться с образцами электроизоляционных материалов, представленных на стенде.

Теоретические предпосылки

Электроизоляционные материалы подразделяются по их агрегат­ному состоянию на газообразные, жидкие и твердые. В особую группу могут быть выделены твердеющие материалы, которые в исходном сос­тоянии, во время введения их в изготовляемую изоляцию, являются жидкостями, но затем отвергаются и в готовой, находящейся в эксплуатации, изоляции представляют собой твердые тела (например, лаки и и компаунды).