Национальный Исследовательский Университет «МЭИ»

Институт Радиотехники и Электроники им. Котельникова

Кафедра ФТЭМК

Отчёт по:

Лабораторной работе №5

«ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ТВЁРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ»

Выполнил:

                                                                                       

Москва, 2018

Цель работы — изучение стандартных методов определения электрической прочности твёрдых диэлектриков (электроизоляционных материалов) на переменном токе (частоты 50 Гц) и постоянном токе и определение электрической прочности образцов диэлектриков в зависимости от температуры окружающей среды.

Рис. 3. Измерительное (а) и высоковольтное (б) устройства пробивной установки

Обозначения: 1 – измерительная головка; 2 – рычаг; 3 – подвижный стержень; 4,5 – испытательные электроды; 6 – вмонтированный электрод; 7 – ручка; 8 – две стройки; 9 – прижимные винты; 10 – прижимная планка; 11 – прозрачный защитный щиток; 13 – измерительный кабель; 14 – блокировочный кабель; 15 – индикатор выходного напряжения; 16 – светодиод, индицирующий событие пробоя; 17 – кнопка «ПУСК»; 18,20 – светодиоды; 19 – кнопка «СБРОС»; 21 – клемма; 22 – розетка; 23 – гнездо блокировки сети; 24 – защитная крышка; 25 – сетевой выключатель; 26 – сетевой шнур.

Расчетные формулы

= или =– пробивная напряженность электрического поля (электрическая прочность) []

– пробивное напряжение [В]

d – толщина образца [м]

– среднее квадратическое отклонение

– среднее значение пробивного напряжения [В]

Образец(d) – лакоткань

d = 1 мм

Образец(h) – конденсаторная бумага

h – толщина слоёв (от 2 до 12) [м]

Обработка результатов измерений

1. Таблица для образца d = 1мм

№	t, Co	Uпр. ,кВ	Епр. ,
1	40	7,7	7,7
2	60	7	7
3	80	5,8	5,8
4	100	5,4	5,4

Вычисление пробивных напряженностей электрического поля через формулу :

= 7,7

= 7

= 5,8

= 5,4

График зависимости электрической прочности () от температуры

Вывод по 1-ому пункту: из графика видно, что с ростом температуры пробивная напряженность электрического поля () уменьшается. Это следует из того, что в данном эксперименте наблюдается тепловой пробой (разновидность электрического пробоя) лакоткани. Его отличительным свойством является уменьшение пробивного напряжения вследствие роста температуры окружающей среды и ухудшения условий теплоотвода. Структурные элементы (молекулы, ионы, макромолекулы и так далее) менее плотно располагаются друг к другу, следовательно, уменьшается напряженность пробоя: длина свободного пробега электронов становится больше, поэтому электроны приобретают достаточную энергию для ионизации атомов или молекул даже при меньшей напряженности приложенных электрических полей.

2) Таблица для образцов с h от 8 до 14 мкм

№	h,мкм	,В	,кВ	,кВ	,
1	8	60	8.4	7.15	1050
2	8	51	7.15		893.8
3	8	42	5.9		737.5
4	12	63	8.8	8.53	733.3
5	12	63	8.8		733.3
6	12	57	8		666.7
7	14	66	9.25	9.25	660.7
8	14	66	9.25		660.7
9	14	66	9.25		660.7

Вычисление пробивных напряженностей электрического поля через формулу

= 1050

= 893.8

= 737.5

= = 733.3

= 666.7

= = = 660.7

Расчёт средних квадратических отклонений по формуле :

= 7.15 кВ

= 8.53 кВ

= 9.25 кВ

0.62

0

Графики зависимостей пробивного напряжения () и электрической прочности () от толщины образца (h):

Вывод по 2-ому пункту: проанализировав графики, видим, что с ростом толщины диэлектрика пробивное напряжение () возрастает, а электрическая прочность () уменьшается. Так как мы знаем, что данный пробой является электрическим, следовательно, к образцу прикладывается высокое напряжение. С ростом напряжения повышается электрическое «давление» на диэлектрик, что приводит к образованию пробоя. Из-за того, что толщина диэлектрика растёт (от 8 мкм до 14 мкм), поэтому необходимо увеличивать прикладываемое к нему напряжение. Следовательно, величина пробивного напряжения будет возрастать. Так как электрическая прочность является свойством диэлектрика сохранять электрическое сопротивление под воздействием напряжения, поэтому с ростом величин пробивного напряжения, значения электрической прочности будут уменьшаться.