сопротивления необходимо посредством линейки с делением произвести замеры электродов испытательного стенда, определить площади электродов (рис. 4.3). Толщина образца указана на нем.

5. По получен­ным опытным данным и замерам параметров стенда и испытуемого образца, определить удельное поверхностное и объёмное сопротивления.

6. Результаты расчетов занести в таблицу 4.1.

7. Сделать выводы по работе.

Таблица 4.1. Данные измерений и расчетов.

Рисунок 4.3. Схема расположения положительного электрода +L и отрицательного электрода при измерении поверхностной проводимости: 1 - положительный электрод +L; 2 – изолирующее кольцо; 3 - отрицательный электрод (при измерении объёмной проводимости).

R_н = 58 мм - наружный радиус отрицательного электрода поверхностной проводимости;

R₁ = 25 мм - радиус положительного электрода +L;

R₂ = 27 мм - внутренний радиус отрицательного электрода поверхностной проводимости.

Контрольные вопросы

1. Влияние различных примесей, влаги и температуры испытуемого образца на величины удельных сопротивлений твердых диэлектриков.

2. Объясните физическую суть объёмной и поверхностной проводи­мости.

3. Какие физические процессы происходят в конденсаторах с твер­дыми диэлектриками?

4. Методы измерения объемной и поверхностной проводимости твер­дых диэлектриков.

5. Классификация твердых диэлектриков.

6. Физические свойства твердых диэлектриков.

Лабораторная работа № 5

Тема: «Исследование свойств жидких диєлектриков».

Цель: опытное определение условной вязкости (времени истечения) жидких диэлектрических материалов (масел, лаков компаундов и т.д.) изготовляемых в промышленности.

Внимание !

Техника безопасности: при работе с жидкими диэлектрическими материалами необходимо соблюдать меры безопасности, остерегаться попадания на тело и одеж­ду. Не браться грязными руками за лицо и продукты. При обращений с вискозиметром требуется осторожность.

Введение

Вязкость является одним из показателей, на основании которого можно оценивать способность жидкого диэлектрика отводить тепло от нагреваемых элементов электрооборудования с жидкостным заполнением. Жидкости, при движении которых напряжение сдвига прямо пропорционально его скорости, называются ньютоновскими. Иными словами ньютоновские жидкости - это жидкости, вязкость которых не зависит от касательного напряжения и градиента скорости. Жидкие диэлектрики в условиях рабочих температур электротехнического оборудования обычно ведут себя как ньютоновские.

1. Основные теоретические положения

Вязкость жидких и размечающихся электроизоляционных материалов определяется различными методами. Различают динамическую и условную вязкость веществ.

Динамическая вязкость – это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости. Она являться мерой сопротивления жидкости течению. Динамическая вязкость η вычисляется как произведение кинематической вязкости ν и плотности ρ при той же температуре. Динамическую вязкость измеряют в Паскаль-секундах. Паскаль-секунда (Па с) – это динамическая вязкость среды, при ламинарном течении которой в слоях, находящихся на расстоянии 1 м, в направлении сдвига 1 Па возникает разность скоростей течения 1 м/с. В практике применяют также миллипаскаль на секунду:

мПас = 10^-3 Пас.

Допускается применение сантипуаз: сП = мПас.

Кинематическая вязкость ν - отношение динамической вязкости к плотности при той же температуре. Эта мера сопротивления жидкости течению под действием гравитационных сил. Кинематическая вязкость вычисляется как произведение измеренного времени истечения и постоянной вискозиметра К. Измеряется кинематическая вязкость в м²/с - это кинематическая вязкость среды плотностью 1 кг³/м, динамическая вязкость которой равна 1 Пас. На практике применяют другие единицы измерения - такие как сантистокс:

мм²/с=10^-6 м²/с = 1сСт

Кинематическая вязкость воды при 20 ⁰С приблизительно равна 1 сСт.

Условная вязкость (ВУ) - величина, связанная с кинематической вязкостью  соотношениями, вытекающими из его определения.

Определение вязкости производиться с помощью вискозиметров. Основными типами являются: капиллярные, универсальные, ротационные и ультразвуковые вискозиметры.

Капиллярные вискозиметры используются для измерения кинематической вязкости. Принцип действия основан на определении времени истечения заданного объема испытуемой жидкости через капилляр заданного диаметра. Имеется несколько типов вискозиметров. Вискозиметры ВПЖ-1, ВПЖ-2 и Пинкевича применяют для испытания прозрачных жидкостей, первый только при температуре выше 0 ⁰С, второй и третий – при отрицательной температуре. Вискозиметр ВПЖ применяют для непрозрачных жидкостей, а ВНЖМ – в случае малого количества испытываемой жидкости. Для определения вязкости жидкостей с небольшим временем истечения используют вискозиметр типа ВЗ.

Если испытания проводят в и интервале температур от -30 ⁰С до +150 ⁰С, то погрешность измерения температуры не должна превосходить ±0,1 ⁰С.

Универсальные вискозиметры, представителем которых является прибор Энглера, позволяют определять вязкость жидкости в градусах ВУ (вязкость условная). Определение вязкости основано на измерении времени истечения жидкости через трубку.

Ротационные вискозиметры служат для измерения динамической вязкости.

Ультразвуковые вискозиметры обычно предназначены для измерения динамической вязкости. Принцип действия основан на определения времени затухания ультразвуковых колебаний в испытываемой жидкости. Ультразвуковой вискозиметр может быть использован при измерении малого объема жидкости (до 5 см³).

Характер зависимости вязкости от температуры в значительной степени определяется структурой материала. Так, например, удаление из масла высокотемпературных застывающих парафиновых углеводородов приводит к снижению их вязкости при низких температурах.

В таблице 5.1 представлена зависимость кинетической вязкости от температуры для различных диэлектрических материалов.

Для определения зависимости вязкости нефтяных электроизоляционных масел, не содержащих загущающих присадок (типа полиизобутилена, полиметакрила и т.д.), от величины положительной температуры рекомендуется номограмма (рис. 5.1).

От кинематической вязкости (сСт) к условной (градусы ВУ) можно перейти используя таблицу 3 перевода единиц вязкости в единицы условной вязкости (ВУ). При 80 сСт переход от одной системы к другой производиться исходя из сооотношения:

1 сСт = 0,135 ВУ или 1 м²/с =13,5 ВУ

Таблица 5.1. Справочные данные некоторых жидких диэлектриков.

Рисунок 5.1. Номограмма зависимости вязкости от температуры.

Устройство вискозиметра

В данной работе применяется вискозиметр ВЗ-1-5.4 Он представляет собой изготовленный из меди резервуар цилиндрической формы, переходящий внизу в конус со съемным соплом. На внутренней стенке резервуара нанесена цилиндрическая риска, служащая указателем требуемого уровня наливаемой в резервуар жидкости и горизонтального положения вискозиметра.

Резервуар закрывается изготовленной из пластмассы крышкой, имеющей два отверстия для стержня и для термометра. Резервуар устанавливается и закрепляется в центре ванны, изготовленной из листового алюминия. Вискозиметр устанавливается на треножке, имеющем наконечник с резьбой, с помощью которого можно установить вискозиметр в горизонтальном положении. Внутренний диаметр сопла вискозиметра равен 5,400 ± 0,025 мм. Поправочный коэффициент вискозиметра К=0,98.

3. Порядок выполнения работы

1. Перед каждым определением вязкости резервуар вискозиметра промывают растворителем и осушают воздухом.

2. Установить вискозиметр на треножке.

3. Испытываемый материал тщательно перемешать, довести его до температуры t ⁰С и оставить в покое на 5- 10 мин, для выхода пузырьков воздуха. Первое измерение проводят при температуре окружающей среды.

4. Закрывают сопло стержнем и в резервуар налить испытываемый материал до отметки.

5. Вискозиметр с помощью наконечников треножника установить в строго горизонтальном положении, ориентируясь по отметке.

6. Закрыть резервуар крышкой, вставить термометр и проверить температуру испытуемого материала.

7. Под сопло вискозиметра поставить чистую сухую мензурку. Убедившись, что температура материала соответствует температуре t ⁰С, быстро вынуть стержень и одновременно с появлением жидкости из сопла пустить секундомер.

8. Когда испытываемая жидкость в мензурке достигает точ-ного уровня 50 мм, секундомер остановить и отсчитать время истечения .

9. Опыт провести для различных материалов при трех значениях температуры (по указаниям преподавателя), а также определить справочные данные для этих материалов при нормальной температуре 20 ⁰С.

10. Данные опытов занести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2. Опытные данные.

4. Обработка результатов эксперимента

За величину условной вязкости (Х) определенной вискозиметром принимают среднее арифметическое значение трех параллельных определений времени истечения испытуемого материала и вычисляют по формуле

Х = К_ср,

где К - поправочный коэффициент вискозиметра, К = 0,98;

_ср - среднее значение времени истечения испытуемого мате­риала, с.

Допускаемые отклонения отдельных значений времени истечения от среднего не должны превышать ±2,5%.

Вычислить условную вязкость, перейти к кинематической, пользу­ясь таблицей перевода единиц (табл. 5.3). Проследить за изменением вязкости при изменении температуры и построить температурные зависимости вязкости для исследуемых материалов.

Сделать выводы о свойствах изученных жидких диэлектриках.

Таблица 5.3. Справочные данные перевода различных единиц вязкости.

Контрольные вопросы

1. Какие жидкости называют Ньютоновскими?

2. Что такое динамическая вязкость?

3. Что такое кинематическая вязкость?

4. Что такое условная вязкость?

5. Единицы измерения вязкости, связь между ними.

6. Основные типы вискозиметров, на чем основан принцип измерения вязкости каждого из них?

7. Влияние температуры материала на его вязкость.

8. Как влияют примеси на вязкость?

9. Дайте определение коэффициента внутреннего трения.

Лабораторная работа № 6

Тема: «Определение пробивного напряжения воздушного промежутка».

Цель: определение пробивного напряжения воздушного промежутка опытным путем.

Внимание!

Техника безопасности: при выполнении лабораторной работы применяется напряжение до 20 кВ. Необходимо соблюдать осторожность, не касаться оголенных проводников, находящихся под напряжением. Замена электродов производится при отключенных рубильниках с видимым разрывом.

Введение

Явление электрического пробоя связано с электронными процессами в диэлектрике, возникающими в сильном электрическом поле и приводящим к внезапное резкому местному возрастанию плотности электрического тока к моменту пробоя.

Диэлектрик, находясь в электрическом поле, теряет свойства электроизоляционного материала, если напряженность поля превысит некоторое критическое значение. Это явление носит название пробоя диэлектрика или нарушения его электрической прочности.

Основным, характерным для любого диэлектрика процессом, возникающим при воздействии на него электрического напряжения, является поляризация - ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул.

Любой диэлектрик может быть использован только при напряжениях, не превышающих предельных значений, характерных для него в определенных условиях. При напряжениях, выше этих предельных значений наступает пробой диэлектрика полная потеря им электроизоляционных свойств.

Пробой жидких диэлектриков - явление сложное, что объясняется сложным составом жидких диэлектриков и сильным влиянием загрязнений на развитие пробоя. Наиболее резкое снижение электрической прочности жидких диэлектриков вызывает эмульсионная вода.

Пробой твердых диэлектриков представляет собой или чисто электрический процесс, (электрическая форма пробоя), или тепловой процесс (тепловая форма пробоя).

В основе электрического пробоя лежат явления, в результате которых в твердых диэлектриках имеет место лавинное возрастание электронного тока, подобно тому, как это наблюдается в процессе ударной ионизации в газообразных диэлектриках.

При пробое твердых диэлектриков часто наблюдаются случаи, когда до определенной температуры имеет место электрический пробой, а затем в связи с дополнительным нагревом диэлектрика наступает процесс тепло­вого пробоя диэлектрика.

1. Теоретическая часть

Воздух является естественной изоляцией многих электрических конструкций. Наиболее важная характеристика воздуха – это электрическая прочность.

Значение напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика называться пробивным напряжением, а соответствующее значение напряженности поля – электрической прочностью диэлектрика.

Электрическая прочность воздуха зависит от полярности электродов и их формы, а также зависит от давления и относительной влажности.

Под действием электрического поля имеющиеся в воздухе ионы и электроны приобретают кинетическую энергию, необходимую для усиленной ионизации частиц газа. При этом у электронов появляется светящийся синеватый слой, сопровождающийся легким шипением, такой разряд называют легким или коронирующим.

Электрическая прочность определяться пробивным напряжением, отнесенным к толщине диэлектрика в месте пробоя.

Коронный разряд возникает при сравнительно больших давлениях и конфигурации электродов, при которой поле в разрядном промежутке очень неравномерно. Ионизация происходит лишь в тонком слое (около электрода с малым радиусом кривизны) называемом коронирующим слоем. На практике чаще всего встречается случай коронирующих цилиндрических проводов. При постоянном напряжении в зависимости от полярности коронирующего электрода различают отрицательную и положительную корону.

При повышении напряжения на коронирующем электроде корона может перейти в дуговой или искровой разряд (при мощности источника, недостаточной для поддержания стационарного дугового разряда). В случае положительной короны переход в искровой разряд переходит при меньшем напряжении, чем в случае отрицательной.

При искровом пробое разрядного промежутка «острие-плоскость» напряженность поля, необходимая для пробоя, значительно меньше в случае положительного острия.

В высоковольтной технике находят применение газы, электрическая прочность которых в несколько раз превышает электрическую прочность воздуха (азота).

Имеется ряд газов, электрическая прочность которых в 6-10 раз превышает прочность воздуха. К ним, в частности относятся элегаз. Однако его практическому применению препятствует его химическая активность, токсичность и высокие температуры кипения.

2. Схема лабораторной установки

Рисунок 6.1. Схема установки для определения электрической прочности воздуха.

1 – автомат АП;

2 – латр Т₁;

3 – выпрямительный мост;

4 – преобразователи высокого напряжения;

5 – киловольтметр;

6 – ключи S₁ и S₂;

7 – сопротивление R;

8 – сменные электроды (шар, игла, плоскость);

9 – повышающий трансформатор Т₂.

3. Порядок проведения работы

1. Изучить схему лабораторной установки.

2. Перед началом опыта вывести ЛАТР в нулевое положение.

3. Установить сменные электроды: шар-шар.

4. Установить расстояние между электродами 3 мм.

5. Замкнуть ключи видимого разрыва схемы S₁ и S₂.

6. Включить автомат АП и плавным вращением увеличивать напряжение на ЛАТРе, пока не произойдет разряд между электродами.

7. Замерить и записать показания вольтметра в момент пробоя.

8. После этого выключить автомат АП, разомкнуть ключи S₁ и S_2.

9. Повторить опыт трижды, каждый раз увеличивая расстояния между электродами.

10. Заменить электроды согласно заданию (табл. 6.1).

11. Повторить действия, начиная с пункта 4 до пункта 9.

12. Результаты опытов занести в таблицу 6.1.

1. Обработка экспериментальных данных

1. Рассчитать электрическую прочность воздуха для всех опытов.

Расчетная формула для определения электрической прочности воздуха:

,

где U_пр – пробивное напряжение, кВ;

h – расстояние между электродами, мм.

Истинное напряжение пробоя находим умножая полученные значения на поправочный коэффициент :

U_и.пр=U_пр.

Поправочный коэффициент  зависит от относительной плотности воздуха  и определяется по таблице 6.2.

Относительная плотность воздуха  определяться по формуле:

,

где Р – атмосферное давление в момент измерения, ГПа;

t – температура окружающего воздуха, ⁰С.

Таблица 6.1. Результаты измерений и вычисления.

Таблица 6.2. Зависимость поправочного коэффициента от относительной плотности воздуха.

При определении давления воздуха во времени проведения работы следует учесть, что 1 мм ртутного столба = 133,332 Па, 1 ГПа = 10⁶ Па.

2. Построить кривые зависимости электрической прочности воздуха от расстояния между электродами Е_пр = f(h) для каждого опыта (на одном графике).

3. Сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. При какой форме электродов величина электрической плотности воздуха наибольшая? Почему?

2. Как связаны между собой пробивное напряжение и электрическая прочность воздуха?

3. Как влияет на электрическую прочность воздуха изменение давления?

4. Как изменяется пробивное напряжение при изменении влажности воздуха?

5. Охарактеризовать разность между коронным, дуговым и искровым разрядами.

Рекомендуемая литература

1. Н.П. Богородицкий, В.В. Пасенков, Б.М. Тареев / Электро-технические материалы. – М., «Энергия». – 1977.

2. Ю.В. Корицкий / Электротехнические материалы. - М.: Энергия. - 1976.

3. А.П. Преображенская / Магнитные материалы. – М.: Выс-шая школа. – 1968.

4. И.И. Кифер / Испытания ферромагнитных материалов. – М.: Энергия. – 1969.

5. Справочник по электротехническим материалам. - М.: Энергоиздат. - 1983.

Содержание

Лабораторная работа 1 ……………………………………… 3

Лабораторная работа 2 …………………………………….. 18

Лабораторная работа 3 …………………………………….. 21

Лабораторная работа 4 …………………………………….. 32

Лабораторная работа 5 …………………………………….. 39

Лабораторная работа 6 …………………………………….. 48

19

37

21

35

23

33

25

31

27

29