
Всё для материаловедения / Кульмановский - МУ Элтех материалы
.pdfВВЕДЕНИЕ
Электротехнические материалы разделяются на четыре группы: проводниковые, полупроводниковые, магнитные и электроизоляционныедиэлектрики.
Проводниковые материалы большой удельной электрической проводимостью и используются в электротехнических устройствах в качестве проводников электрического тока: всевозможные обмотки в машинах, аппаратах и приборах, контактные узлы, провода и кабели для передачи и распределения электрической энергии, в том числе и в линиях связи.
Полупроводниковые занимают по удельной проводимости промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Особенности свойств полупроводников позволяют широко использовать их в различных отраслях электротехники: в технике связи в широком диапазоне частот, в различных устройствах радиоэлектроники и в технике сильного тока. Их применяют в выпрямителях, в фотодатчиках, в качестве специальных источников тока и так далее.
Магнитные материалы отличаются способностью усиливать магнитное поле, в которое их помещают, то есть обладают большой магнитной проницаемостью. Они используются для изготовления магнитопроводов в электрических машинах и в трансформаторах, для экранирования магнитного поля, а также в виде постоянных магнитов, создающих вокруг себя магнитное поле.
Электроизоляционные материалы отличаются очень малой удельной электрической проводимостью. Количественно разница между проводимостью диэлектриков и проводников настолько велика, что она обуславливает и качественную разницу между ними; в диэлектриках преобладают не электродинамические явления, характеризующиеся направленным движением огромного числа свободных зарядов (электронов или ионов), а электростатические, характеризующиеся наличием электрического поля. Реальные диэлектрики имеют некоторое (очень малое) количество свободных зарядов и, как следствие, отличающуюся от нуля проводимость. Электродинамические явления в нормальных условиях работы диэлектрических материалов выражены очень слабо. Диэлектрики служат для изоляции друг от друга различных токопроводящих деталей, находящимися под разными потенциалами, или для создания электрической емкости в конденсаторах.
От свойств электротехнических материалов зависят условия и надежность работы электроустановок, в которых они используются. Для исследования этих свойств применяется большое количество методов и технических средств. Часть из них описана в настоящем цикле лабораторных работ.
1
1. Описание установок для испытания электроизоляционных материалов повышенным напряжением
1.1. Описание и руководство по эксплуатации испытательной установки АИД-70
Аппарат типа АИД-70 предназначен для испытания изоляции силовых кабелей и твердых диэлектриков выпрямленным электрическим напряжением, а также для испытания твердых диэлектриков синусоидальным электрическим напряжением частотой 50 или 60 Гц.
Технические характеристики аппарата указаны в табл. 1.1.
|
Таблица 1.1. |
||
Технические характеристики аппарата АИД-70 |
|
|
|
|
|
|
|
Параметр |
|
Значение |
|
Напряжение питающей сети общего назначения однофазного |
|
220 10 |
|
переменного тока, В |
|
|
|
Параметры аппарата на выпрямленном напряжении в продолжительном |
|
||
режиме при номинальном значении напряжения сети |
|
|
|
Наибольшее рабочее напряжение, максимальное значение, кВ |
|
70 |
|
Наибольший рабочий ток, среднее значение, мА |
|
12 |
|
Параметры аппарата на переменном напряжении в продолжительном |
|
||
режиме при номинальном значении напряжения сети |
|
|
|
Наибольшее рабочее напряжение, действующее значение, кВ |
|
50 |
|
Наибольший рабочий ток, действующее значение, мА |
|
20 |
|
Параметры аппарата на переменном напряжении в повторно- |
|
||
кратковременном режиме с продолжительностью включения (ПВ) 17% и |
|
||
длительностью цикла 6 мин. при номинальном значении напряжения сети |
|
||
Наибольшее рабочее переменное напряжение, действующее |
|
50 |
|
значение, кВ |
|
|
|
Наибольший рабочий ток, действующее значение, мА |
|
45 |
|
Потребляемая мощность, кВА, не более |
|
3 |
|
Масса, кг, не более |
|
|
|
1 Пульт управления |
|
14 |
|
2 Источник испытательного напряжения |
|
35 |
|
1.2. Устройство и принцип работы Конструкция аппарата выполнена в виде переносного пульта управления
и источника испытательного напряжения.
Источник испытательного напряжения (рис. 1.1.) включает в себя высоковольтный трансформатор, высоковольтный выключатель, высоковольтные резисторы и выпрямительные столбы, помещенные в бак,
2

заполненный трансформаторным маслом. Испытательное напряжение из бака выводится посредством специального высоковольтного изолятора, к которому присоединяется испытываемый объект. Под кожухом источника испытательного напряжения находятся электромагнит замыкателя, конденсаторы и разрядники.
Для соединения источника испытательного напряжения аппарата АИД-70 с пультом управления испытуемой изоляционной конструкции, а так же элемент крепления показанный на (рис. 1.1.)
-зажим для подсоединения испытательного объекта (1);
-замыкатель высоковольтного ввода (2);
-уплотнительное кольцо (3);
-гайка крепления ручки и кожуха (4);
-клема заземления (5);
-кожух (6).
|
1 |
|
2 |
|
3 |
643 |
4 |
|
|
|
5 |
338 |
271 |
|
6 |
Рис. 1.1. Источник испытательного напряжения аппарата АИД-70
Пульт управления (рис. 1.2.) включает в себя регулятор испытательного напряжения, печатную плату, разъемы для подсоединения сетевого кабеля и кабелей источника испытательного напряжения, компенсационный трансформатор, предохранители и другие элементы электрической схемы. Передняя и задняя шторки пульта сделаны откидывающимися для удобства ремонта и регулировки.
На лицевой панели пульта (рис. 1.2.) расположены:
-микроамперметр (2);
-миллиамперметр (4);
-киловольтметр (3);
3

-зеленая сигнальная лампа (включение сети) (5);
-красная сигнальная лампа (включение испытательного напряжения) (6);
-кнопка включения испытательного напряжения (7);
-кнопка выключения испытательного напряжения (8);
-ручка регулятора испытательного напряжения (9);
-тумблер переключения градуировки киловольтметра (10);
-кнопка (11), шунтирующая микроамперметр.
На правой стороне пульта расположен переключатель (1) вида испытательного напряжения и включения аппарата в сеть.
A
358
0
A
АИД - 70
1
|
280 |
|
|
212 |
|
2 |
3 |
|
4 |
μA |
kV |
mA |
5 |
|
11 |
|
|
|
6 |
kV |
|
|
|
|
х.ход. кабель |
|
|
|
|
|
10 |
9 |
8 7 |
Рис. 1.2. Пульт управления аппарата АИД-70
Электрическая принципиальная схема аппарата АИД-70 показана на (рис. 1.3.) Работа и взаимодействие элементов аппарата осуществляется следующим образом. Напряжение питающей сети подводится к пульту управления посредством сетевого кабеля, снабженного штепсельным разъемом, далее через предохранители FU1, FU2 подается на пускатель КМ1 и переключатель SA1. При установке переключателя SA1 в положение «~» или « » срабатывает пускатель КМ1 и электромагнит замыкателя QK1, при этом загорается зеленая сигнальная лампа HL2. Высоковольтный выключатель SA2 срабатывает только при установке переключателя SA1 в положение «~». В данном случае столбы VD1 и VD2 шунтируются, и на выходе источника испытательного напряжения присутствует переменное напряжение.
4
Включение испытательного напряжения производится нажатием кнопки SB1, при условии, что щетка регулятора напряжения находится в нулевом положении (контакт SQ1 замкнут), срабатывает пускатель КМ2 и питание подается на первичные обмотки трансформаторов TV1 и TV3, при этом загорается красная сигнальная лампа HL1.
Величина испытательного напряжения устанавливается при помощи ручки регулятора напряжения TV1, а контролируется киловольтметром PV1.
Трансформатор TV2 совместно с резисторами R3,R4 и диодом VD11 предназначен для компенсации токов утечки источника испытательного напряжения. Ток нагрузки, при работе на выпрямленном напряжении до 1000 мкА измеряется микроамперметром РА1, а выше 1000 мкАмиллиамперметром РА2.
5

6
Рис. 1.3. Электрическая принципиальная схема аппарата АИД-70

Высоковольтные резисторы R1 и R2 служат для измерения испытательного напряжения.
Измерительный прибор PV1киловольтметр при работе источника испытательного напряжения на переменном напряжении градуируется при помощи резистора R7, при работе на выпрямленном напряжении: на холостом ходу резистором R5, а при испытании силовых кабелей или емкостной нагрузкисопротивлением R6.
Реле KV1 служит для переключения резисторов, шунтирующих измерительный прибор PV1, резисторов, шунтирующих обмотку реле КА1, а также для шунтирования измерительных приборов РА1 и РА2 при работе источника на переменном напряжении.
Для защиты аппарата от токов перегрузки служит реле КА1. При работе источника на выпрямленном напряжении реле КА1 срабатывает при токах нагрузки, находящихся в пределах 13 14 мА, а при работе на переменном напряжениипри токах нагрузки в пределах 46 47 мА.
После окончания испытания силового кабеля, а также в случае емкостной нагрузки, при отключении испытательного напряжения кнопкой SB2 отключается пускатель КМ2, высоковольтный выключатель SA2, и остаточный емкостной заряд кабеля или другого испытуемого объекта разряжается через вторичную обмотку трансформатора TV3 на землю. При этом отсутствие остаточного заряда следует контролировать прибором PV1киловольтметром.
При отключении аппарата от сети переключателем SA1, замыкатель GK1 касается высоковольтного вывода XT2 источника испытательного напряжения. Таким образом происходит наложение заземления на испытуемый объект CX и источник испытательного напряжения.
Для производства некоторых видов лабораторных работ («Исследование электромагнитной волны в кабельной линии», «Пробой твердых диэлектриков»), где требуется меньшая мощность испытательного трансформатора и контроль низких значений испытательного напряжения (до 10 кВ), в схему аппарата включены лабораторный вольтметр PV2 и лабораторный реостат R10 (рис. 1.4.).
|
|
PV2 |
|
|
|
V |
|
KM2.4 |
|
TV3.1 |
KM2.5 |
|
|
|
|
|
R10 |
C5 |
|
|
|
|
Рис.1.4. Изменения в схеме аппарата АИД-70
7
1.3. Порядок проведения испытаний
1.3.1.Перед включением испытательной установки необходимо убедиться в правильности собранной схемы и закрыть дверь высоковольтной камеры;
1.3.2.Вставить спецключ от аппарата в переключатель (1) пульта управления (рис. 1.2.) и включить необходимый вид испытательного напряжения, при этом должен загореться зеленый сигнал (5);
1.3.3.При работе на выпрямленном напряжении « », во избежание выхода из строя источника, а также для правильного измерения величины испытательного напряжения, строго следить за положением тумблера (10) «kV»;
1.3.4.Вращая ручку регулятора (9) испытательного напряжения против часовой стрелки, установить ее в исходное положение до упора;
1.3.5.Включить испытательное напряжение кнопкой (7) «», при этом должен загореться красный сигнал (6);
1.3.6.Вращая ручку регулятора испытательного напряжения по направлению движения часовой стрелки и наблюдая за показаниями киловольтметра, установить необходимую величину испытательного напряжения. При испытании емкостных объектов необходимо помнить, что после прекращения вращения ручки регулятора напряжения испытательное напряжение на объекте продолжает увеличиваться (стрелка киловольтметра продолжает отклоняться) по мере зарядки емкости; в таких случаях подъем напряжения следует осуществлять медленно и плавно, не допуская превышения нормированной величины испытательного напряжения на объекте, а также не допуская превышения наибольшего рабочего напряжения аппарата, равного 70 кВ;
1.3.7.При работе на выпрямленном испытательном напряжении « » измерение тока нагрузки величиной до 1 мА следует производить микроамперметром, при этом необходимо нажать кнопку (11), шунтирующую этот прибор;
1.3.8.После окончания испытания необходимо ручку регулятора испытательного напряжения (9), вращая ее против движения часовой стрелки, установить в исходное положение до упора.
1.3.9.Кнопкой «·» отключить испытательное напряжение и только после этого отключить аппарат от сети спецключем (1), установив его в положение «0».
С целью исключения возможного перегрева сердечника электромагнита замыкателя, после каждого испытания объекта рекомендуется устанавливать спецключ в нейтральное положение «0»; контроль за снятием остаточного емкостного заряда с испытуемого объекта необходимо осуществлять, наблюдая за показаниями киловольтметра аппаратастрелка прибора должна стоять на числовой отметке шкалы «0»;
8
1.3.10. В случае испытания выпрямленным напряжением, равным 70 кВ, емкостного объекта с величиной емкости более 4 мкФ, после окончания испытания и установленной в исходное положение до упора ручки регулятора напряжения, остаточный заряд с объекта необходимо снимать при помощи специальной разрядной штанги с ограничительным сопротивлением (в лабораторных условиях для этой цели следует использовать заземляющую штангу), затем кнопкой «·» отключить испытательное напряжение и только после этого отключить аппарат от сети спецключем; применение разрядной штанги исключает выход из строя вторичной обмотки высоковольтного трансформатора; при испытании емкостных объектов выпрямленным напряжением ниже 70 кВ, величина максимально допустимой емкости С испытуемого объекта, без применения специальной разрядной штанги, должна определяться по формуле, мкФ
C |
19600 |
, |
(1.1) |
|
|
U 2 |
|||
|
|
|
|
где U- испытательное напряжение, кВ;
1.3.11. Прежде, чем отсоединить испытуемый объект от источника, необходимо визуально убедиться в том, что замыкатель источника касается высоковольтного вывода.
1.4.Техническое обслуживание.
1.4.1.Один раз в год следует производить следующие работы по техническому обслуживанию аппарата АИД-70:
-тщательно протереть металлические детали чистой ветошью, смоченной бензином, и протереть их затем насухо;
-отвернуть четыре гайки (рис. 1.1.), которые крепят ручки и кожух источника испытательного напряжения, снять уплотнительное кольцо и кожух;
-при необходимости протереть чистой марлей, слегка смоченной бензином, высоковольтный вывод и гетинаксовую панель источника испытательного напряжения; убедиться в надежности соединения заземляющих проводов с замыкателем и клеммой «земля»; убедиться в надежности соединений электромонтажа;
-щупом проверить зазор между пластинами разрядниковон должен быть в пределах 0,3÷0,5 мм;
-отклоняя и отпуская замыкатель, убедиться в надежности контакта замыкателя с высоковольтным выводом; контактное усилие, создаваемое замыкателем, должно быть не менее 50 г. (для измерения усилия следует применять граммометр);
-проверить наличие смазки на трущихся поверхностях замыкателя и направляющих (3) электромагнита (рис. 1.5.); при необходимости поверхности смазать смазкой ЦИАТИМ-201 ГОСТ 6267-74;
9
-проверить положение вилки (7)- она должна быть законтрена гайкой
(10)и застопорена эмалью;
-для ограничения хода штанги (5) и предотвращения резких ударов служит амортизатор (8), правильность установки которого необходимо проверить следующим образом: нажать рукой на якорь (4) электромагнита таким образом, чтобы амортизатор (8) слегка коснулся плоскости А, при этом зазор между плоскостью якоря (4) и плоскостью магнитопровода (2) должен быть (2±0,5) мм; если зазор больше этого значения или при полностью прижатом якоре к магнитопроводу амортизатор (8) не касается плоскости А, следует
10