2.6 Снятие показаний измерительных приборов

 2.6.1 Измерение переменного напряжения.

Выходное напряжение получается произведением первичного напряжения на коэффициент в соответствии с таблицей 2.3.

Таблица 2.3

Переключатель ступеней (6) находится в положении	Коэффициент при выходе на
	Клеммах U-Y	Клеммах Y-
1 кВ	5	2.5
2 кВ	10	5
5 кВ	25	12.5
10 кВ	50	25

 

2.6.2 Измерение постоянного напряжения.

Выходное напряжение показывает прибор /8/ с учетом положения выключателя /7/.

2.6.3 Измерение тока.

Прибор показывает следующие значения:

выходной ток регулировочного трансформатора (11);

выходной ток высоковольтного трансформатора (9).

2.7 Выключение устройства

Выключение испытательного устройства производится, как правило, по следующей схеме:

2.7.1 Установить испытательное напряжение вращением ручки /5/ до левого упора  на нуль.

2.7.2 Выключить рабочий контактор кнопочным выключателем /3/.

2.7.3 Выключить силовой выключатель /1/.

2.7.4 В случае опасности выключить силовой выключатель (1).

Выключать силовой выключатель размыканием двух контактов не допускается.

2.8 Рабочее задание

 2.8.1 Пробить указанное преподавателем количество образцов.

2.8.2 Результаты определения Е_пр представить в виде вариационного ряда и сводной таблицы аналогично таблице 1.1.

2.8.3 Вычислить Е_пр и σ.

2.8.4 Построить гистограмму и интегральную кривую.

2.8.5 Объяснить полученные результаты.

2.8.6 По результатам пробоя разных изоляционных материалов сделать выводы о зависимости электрической прочности от состава и структуры материала.

2.9 Контрольные вопросы

 2.9.1 Что такое электрическая прочность диэлектрика? Единицы измерения в системе СИ.

2.9.2 Виды пробоя твердых диэлектриков.

2.9.3 Как происходит электрический пробой?

2.9.4 Как происходит электротепловой пробой?

2.9.5 Как происходит  электрохимический пробой?

2.9.6 Зависимость электрической прочности диэлектрика от его толщины.

2.9.7 Как проводят статистическую обработку результатов эксперимента?

2.9.8 Что такое среднеквадратичное отклонение?

2.9.9 Цель статистической обработка результатов?

2.9.10 Описание установки для испытания электрической прочности.

2.9.11 Как строится гистограмма и интегральная кривая?

Лабораторная работа 3

 

Проводниковые материалы

 

Цель работы:

- изучение физических явлений в проводниковых материалах и экспериментальное определение основных электрических характеристик проводниковых материалов - удельного сопротивления, температурного коэффициента сопротивления, термоэлектродвижущей силы.

 

3.1 Краткие теоретические сведения

 

К проводниковым материалам относятся вещества с удельным сопротивлением менее 10^5 Омм. Важнейшими проводниковыми материалами, применяемыми в электротехнике, являются металлы и их сплавы. Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротивление () при нормальной температуре не более 0.1 мкОмм и сплавы высокого сопротивления с , при нормальной температуре, не менее 0.3 мкОмм. Металлы высокой проводимости используют для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов. Сплавы высокого сопротивления применяют при изготовлении резисторов, электронагревательных элементов и т.п.

Согласно классической электронной теории металлов твердый проводник представляют в виде узлов кристаллической ионной решетки, внутри которой  находится «электронный газ», состоящий из коллективизированных (свободных) электронов. Так как механизм прохождения тока  в металлах под действием электрического поля обусловлен движением указанных свободных электронов, то металлы называют проводниками с электронной электропроводимостью или проводниками первого рода.

К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся:

- удельное сопротивление () или обратная ему величина - удельная проводимость ();

- температурный коэффициент удельного сопротивления (ТК);

-контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила (термо -э.д.с.).

Для проводника, имеющего сопротивление - R, длину - l и постоянное поперечное сечение - S, удельное сопротивление вычисляют по формуле

                                               = (3.1)

         Для измерения , кроме единицы СИ - Омм, часто используют внесистемную единицу - Ом.мм²/м. Удельная проводимость () проводников часто выражается в единицах, обратных единицам , - См/м. Удельные сопротивления наиболее распространенных проводников - меди и алюминия - составляют соответственно 0.0172 и 0.028 мкОмм.

Удельное сопротивление металлических проводников согласно классической теории металлов может быть выражено следующим образом:

                                            = ,                                                       (3.2)

где  m - масса электрона;

V т - средняя скорость теплового движения электрона;

- заряд электрона;

N - концентрация электронов;

 - средняя длина  свободного пробега электрона.

Для различных металлов скорости хаотического теплового движения электронов (при определенной температуре) примерно одинаковы. Незначительно различается также и концентрация  свободных электронов N, поэтому значение  в основном зависит от средней длины свободного пробега электронов в данном проводнике - , которая в свою очередь определяется структурой проводникового материала. Все чистые металлы с наиболее правильной кристаллической решеткой характеризуются наименьшими значениями удельного сопротивления; примеси, искажая решетку, приводят к увеличению .

Для проводников имеют место понятия температурных коэффициентов сопротивления:

                                   ТК_R = ,                                                             (3.3)

удельного сопротивления:

                                           ТК_  =,                                                              (3.4)

и линейного расширения:

                                           ТК_l=(3.5)

где l- произвольный линейный параметр изделия из данного материала.

В конечных приращениях любой из этих коэффициентов, например, температурный коэффициент сопротивления, можно записать:

                                   ТК_R=(3.6.)

где R_{1 _}- сопротивление при температуре Т_1;

       R₂ - сопротивление при температуре Т₂.

Температурный коэффициент сопротивления ТК_R характеризует зависимость изменения сопротивления от температуры и численно показывает, во сколько раз по сравнению с первоначальным сопротивлением R₁изменяется сопротивление проводника при его нагревании на 1 градус. Размерность ТК обратная размерности температуры, и все ТК выражаются в (К^-1). Согласно классической теории ТК чистых металлов в твердом состоянии должен быть близок к ТК объема идеальных газов, т.е. к 1\273 = 0.00367 К^-1. Температурные коэффициенты проводника связаны между собой зависимостью:

                                   ТК_R=TK_-TK_l.                                                            (3.7)

Для чистых металлов обычно TK_l  TK_, т.е для них можно считать приближенно ТК_R TK_. Для меди и алюминия TK_ составляет соответственно 0.0043 и 0.0042 К^-1, а TK_l - 0.000016 и 0.000024 К^-1. При повышении температуры проводника из чистого металла число носителей заряда (концентрация свободных электронов) практически не изменяется. Однако, вследствие усиления колебаний узлов кристаллической решетки, с ростом температуры появляется все больше и больше  препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, т.е. уменьшается средняя длина свободного пробега () и, как следствие, возрастает удельное сопротивление металлов в соответствии с рисунком 3.1.

Иными словами, температурный коэффициент удельного сопротивления металлов положителен. Однако для сплавов TK_ может приобретать и отрицательные значения.

 

Рисунок 3.1- Зависимость удельного сопротивления меди от температуры

 

При изменении температуры в узких диапазонах на практике допустима линейно - кусочная аппроксимация зависимости =f(Т), в этом случае принимают, что:                                      

                                           ₂=₁1+ТК_(Т₂―Т₁),                                              (3.8)

где  ₁ и ₂ - удельные сопротивления проводника при температурах Т₁и Т₂

        соответственно ( при этом Т_2 Т₁);            

ТК_ - средний коэффициент удельного сопротивления при температуре   

от Т₁ до Т₂.

При соприкосновении двух различных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов, обусловленная различием значений концентраций свободных электронов соприкасающихся металлов. Если один из спаев  (для случая цепи из двух металлов А и Б) имеет температуру Т_1, а другой Т₂, причем Т₁Т₂, между спаями возникает термо - э.д.с.:

                                        И_т = k( Т₁ - Т₂),                                                     (3.9)

где k― постоянный для проводников коэффициент термо―э.д.с.