1. Электроизоляционные материалы

Наиболее многочисленной группой среди других материалов и чрезвычайно важной для электротехники являются электроизоляционные материалы. Они предназначены для изоляции проводников друг от друга и от заземленных частей установок.

По агрегатному состоянию их разделяют на газообразные, жидкие, твердеющие, твердые.

По химической природе их разделяют на органические и неоргани­ческие.

По строению их делят на аморфные, кристаллические, волокнистые.

По происхождению их делят на природные (естественные) и искусственные (синтетические).

Указанная классификация в определенной степени влияет на свой­ства электроизоляционных материалов, которые оцениваются многочис­ленным рядом характеристик. В практической деятельности для каждо­го широко используемого материала инженеру-электрику следует постоянно помнить две характеристики:

а) электрическую прочность (пробивную напряженность), так как диэлектрик теряет изоляционные свойства, если напряженность поля превысит критическое значение, кВ/мм;

б) нагревостойкость, определяемую предельно допустимой темпера­турой для эксплуатационных материалов при их длительном использо­вании (в течение ряда лет) в электрических машинах, трансформа­торах и аппаратах, работающих в нормальных эксплуатационных усло­виях.

В соответствии с ГОСТ 8865-70 все электроизоляционные материа­лы по нагревостойкости разделены на классы (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

Классы нагревостойкости	У	А	Е	В	F	Н	С
Допустимая рабо­чая температура, 0С	90	105	120	130	155	180	Более 180

В отчете, используя литературные источники [l - 2], необходимо дать краткую характеристику каждому образцу диэлектриков, приведенному на стенде: метод получения электроизоляцион­ного материала, электрическую прочность, класс нагревостойкости, область применения, достоинства и недостатки. Охарактеризовать такие диэлектрики:

-жидкие (трансформаторные, конденсаторные, кабельные масла);

- твердеющие (бакелитовая, эпоксидная смола, канифоль, про­питочные, покровные и клеящие лаки);

• твердые (волокнистые материалы, электроизоляционные пластмассы, слоистые пластики, слюда, электрокерамика).

2 Проводниковые материалы

Проводниковые материалы могут быть твердыми, жидкими и газо­образными (при определенных условиях). В практике наибольшее распространение получили металлы и их сплавы.

Твердые металлические проводниковые материалы разделяют на металлы высокой проводимости и сплавы высокого сопротивления. На электрические свойства этих материалов оказывают влияние примеси (особенно на проводимость) и способ обработки (на меха­нические характеристики).

2.1 Металлы высокой проводимости

В ремонтной практике элек­трических машин и аппаратов из проводниковых материалов ши­роко используются обмоточные провода. Они изготовляются из электролитической меди (ММ) и алюминия (AM). Из меди марки Ml с содержанием примеси не более 0,1 % можно получить провод диаметром до 0,03-0,02 мм, а из бескислородной меди марки МО с содержанием примесей не более 0,05 %, в том числе кислорода не выше 0,02 % , можно получать провод еще меньшего диаметра.

2.2 Сплавы высокого сопротивления

Эти сплавы получили широ­кое применение при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов и нагревательных элементов. В первых двух случаях применения от них требуется высокое удельное сопро­тивление и его высокая стабильность во времени, малый температур­ный коэффициент удельного сопротивления и малый коэффициент термо-ЭДС в паре данного сплава с медью. В последнем случае от сплава требуется способность длительно работать на воздухе при температуре 1000 °С и более. Кроме этого они должны быть деше­вы и не должны содержать дефицитных составляющих.

2.3 Припои

К проводниковым материалам относят также припои, специальные материалы, применяемые при пайке. В зависимости от температуры плавления их делят на две группы:

- мягкие (до 400 °С) - к ним относятся олово, свинцово-оловянистый припой марки ПОС и другие; они применяются там, где требуется лишь хороший электрический контакт;

- твердые (свыше 500°С) - медно-цинковые марки ПМЦ, серебряные ПСР и другие; применяются для получения хорошего электрическо­го контакта и механически прочного соединения.

В отчете, используя литературные источники [1…3], каждому образцу проводниковых материалов, приведенных на стенде, сос­тавить характеристику:

а) обмоточные провода - материал провода, его изоляция, допу­стимые температуры нагрева, области применения;

б) медь, алюминий, латунь, бронза - получение, содержание примесей, марки, основные свойства, влияние обработки, области применения;

в) константан, нихром - содержание элементов, основные пара­метры, области применения;

г) припой - тип по температуре плавления, характерные особен­ности, области применения;

д) угольные щетки - тип, основные параметры, области примене­ния.

2.4 Магнитные материалы

В качестве магнитных материалов используются материалы с высо­кой магнитной проницаемостью (200) - железо, никель, кобальт и сплавы различного состава.

В зависимости от величины коэрцитивной силы (Н_с) магнитные материалы делятся на следующие виды:

- магнитомягкие (с малым значением Н_с) обладают высокой маг­нитной проницаемостью, малыми потерями на гистерезис, использу­ются для изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов. К ним относятся технически чистое железо, листовая электротехническая сталь, различные сплавы (пермаллой, альсифер);

- магнито-твердые материалы (с большим значением Н_с), магнит­ная проницаемость их ниже, чем первых, причем чем выше Н_с, тем ниже магнитная проницаемость. К ним относятся легированные ста­ли, закаливаемые на мартенсит, литые магнито-твердые сплавы, магниты из порошков, магнито-твердые ферриты, используются для изготовления постоянных магнитов.

В электротехнике самое широкое применение получила листовая электро­техническая сталь. Эта сталь легирована кремнием, который резко повышает ее удельное электрическое сопротивление, что снижает потери на вихревые токи, кроме того несколько увеличивает маг­нитную проницаемость и снижает потери на гистерезис. Однако кремний понижает механические свойства стали, она становится более хрупкой.

В справочной литературе до сих пор еще приводится старое обоз­начение электротехнической стали по ГОСТ 802-58, в котором буква Э показывает, что она легирована кремнием, первая цифра указывает среднее содержание кремния в процентах, вторая цифра определяет электрические и магнитные свойства и область применения стали. Наличие третьей (0) показывает, что сталь холоднокатанная текстурованная, если третья и четвертая цифры (00), то холоднокатан­ная и малотекстурованная. Наличие буквы (А) после цифры обозначает особо низкие удельные потери.

По ГОСТ 21427.0-75 обозначение марок электротехнической стали состоит из 4-х цифр. Первая из них классифицирует стали по виду прокатки и структурному состоянию: 1 - горячекатанная изотропная; 2 - холоднокатанная изотропная; 3 - холоднокатанная с ребровой структурой. Вторая цифра определяет содержание кремния: 2 - от 0,8 до 1,8%; 3 - от 1,8 до 2,8%; 4 - от 2,8 до 3,8%; 5 - от 3,8 до 4,8%. Третья цифра указывает группу по условной нормируемой характеристике: 0 - удельные потери при магнитной индукции В = 1,7 Тл и частоте f = 50 Гц (P_1,7/50); 1 - то же, при В = 1,5 Тл и f =50 Гц (Р_1,5/50); 2- то же, при В=1,0 Тл и f=400Гц (Р_1,0/400); 6- магнитная индукция в слабых магнитных полях при линейной напряженности Н = 0,4 А/м (В_0,4); 7 - магнит­ная индукция в средних магнитных полях при Н = 10А/м (В₁₀). Четвертая цифра обозначает порядковый номер в группе по трем первым цифрам, характеризующий улучшение качества в пределах группы.

В электромашиностроении применяют главным образом электротехни­ческие стали 2013, 2211, 2212, 2411, а также стали следующих марок, показанных в таблице 1.2.

Таблица 1.2- Обозначение марок стали

Новое обозначение	I211	1212	1213	I311	1312	I411	1412	I511	1512	1513
Старое обозначение	Э11	Э12	Э13	Э21	Э22	Э31	Э32	Э41	Э42	Э43

В трансформаторостроении используют следующие стали, показанные в таблице 1.3 .

Таблица 1.3- Марки стали для трансформаторов

Новое обозначение	3411	3412	3413
Старое обозначение	ЭЗ10	Э320	ЭЗЗО

Для снижения потерь на вихревые токи магнитопроводы электрических машин и аппаратов набираются из отдельных листов электротехниче­ской стали, изолированных друг от друга.

Для электрических машин частотой до 50 Гц применяют электротех­ническую сталь толщиной 0,5 и 0,35 мм. Для сердечников главных полюсов применяют сталь толщиной 1 ... 2 мм, для добавочных полю­сов, станин, сердечников полюсов малых машин - конструкционную сталь марок Ст.10 и Ст.30.

В отчете, используя литературные источники [1…3], каждому образ­цу магнитных материалов, приведенных на стенде, составить характери­стику:

- группа по величине Н_c;

- основные свойства и область применения.

3. Определение электрической прочности сухих и увлажненных электроизоляционных материалов и воздуха в однородном и неоднородном поле.

Под электрической прочностью Е_пр, кВ/мм понимается отношение пробивного на­пряжения к толщине диэлектрика.

(1.1)

где U_пр- величина пробивного напряжения, при которой произошел пробой, кВ;

h- толщина диэлектрика в месте пробоя, мм.

Однородным называется поле между двумя плоскими электродами. Напряженность поля в каждой точке такого поля одинакова.

Неоднородным называется поле между плоским электродом и иглой. Здесь наибольшая напряженность поля у иглы и наименьшая - плоского электрода.

В лабораторной работе проба диэлектрических материалов и возду­ха осуществляется на аппарате АИМ-80.

ВНИМАНИЕ!

1. Перед испытанием диэлектрика проверить заземление аппарата АИМ-80.

2. Запрещается включать высокое напряжение при не установленном в аппарат испытательном сосуде.

3. Установку и выемку испытательного сосуда следует произ­водить после отключения питающего напряжения.

4. Испытание необходимо проводить в диэлектрических перчат­ках, стоя на резиновом коврике.

При испытании используются следующие электроды:

- при однородном поле - плоскость-плоскость;

- при неоднородном поле - плоскость-игла (конус).

При испытании образец изоляции зажимается между электродами, которые необходимо установить в фарфоровом испытательном сосуде. Сосуд устанавливается в аппарат АИМ-80 на штыри и закрывается крышкой. Включается вилка в розетку на стенде, поворачивается ключ по часовой стрелке, при этом загора­ется зеленая сигнальная лампа на панели аппарата. Если стрелка прибора находится в положении «0», то загорается сигнальная лампа «желтого» цвета, сигнализирующая о готовности прибора к пробою. Если сигнальная лампа желтого цвета не горит, то необходимо нажать на кнопку «0←» и установить mА (кV) в нулевое положение. Нажимается кнопка, обозначающая пробой, при этом на пане­ли АИМ-80 загорается красная сигнальная лампа. Напряжение между электродами автоматически увеличивается от нуля до пробоя. В момент электрического пробоя диэлектрика срабатывает реле и останавливает увеличение напряжения. Стрелка прибора будет показывать пробивное напряжение, кВ. Данные измерения заносятся в таблицу 1.4. Кнопкой возврата вернуть стрелку прибора в нулевое положение и отключить аппарат АИМ-80. Достается пробитый образец и закладывается новый. Испытания образцов следует проводить с промежутком времени между пробоями пять минут.

Таблица 1.4 - Электрическая прочность электроизоляционных материалов

Наименование испытуемого материала

Однородное поле

Неоднородное поле

Сухой

Увлаж.

Сухой

Увлаж.

h

Uпр

Епр

h

Uпр

Епр

h

Uпр

Епр

h

Uпр

Епр

Определение электрической прочности изоляционных материалов следует проводить для нескольких образцов различной толщины (h, 2h, 3 h.) в сухом и несколько увлажненном состоянии.

Увлажнение изоляционных материалов проводится тампоном из тряпочки, ваты или поролона, смоченными водой.

4. Значение электрической прочности воздуха зависит от меж­электродного расстояния и степени однородности электрического поля. Расстояние между электродами устанавливается с помощью щупа. Результаты измерений заносят в таблицу 1.5.

Таблица 1.5 - Электрическая прочность воздуха

h, мм	Однородное поле		Неоднородное поле
	Uпр, кВ	Епр, кВ/мм	Uпр, кВ	Епр, кВ/мм
I
2
3
4
5
6