Исследование электрических характеристик твердых диэлектриков на выпрямленном напряжении

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине

«Э лектроТЕХНИЧЕСКОЕ И КОНСТРУКЦИОННОЕ матерИалоВЕДЕНИЕ»

                                           для студентов

направление подготовки 13.03.02 - «Электроэнергетика и электротехника»

(для бакалавров всех форм обучения)

 

РЕКОМЕНДОВАНО

на заседании кафедры

«Электрические машины и

 аппараты»

Протокол №5 от 24.01.2017

 

УТВЕРЖДЕНО

для печати на заседании

методического совета Дон ГТУ

Протокол №6 от 27.01.2017

 

Алчевск

Дон ГТУ

2017

УДК 621.315.6 (076.5)

        Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электроматериаловедение» (для студентов  направле-ния   подготовки   13.03.02 –  «Электроэнергетика и электротехника», бакалавров всех форм обучения) / Сост. В.Г.Стройников - Алчевск: ДонГТУ, 2017. - 91 с.

        В лабораторных работах отображены стандартные методы испытаний свойств электротехнических материалов, приведены принципиальные электрические схемы испытательных стендов, описание высоковольтных устройств и меры по безопасному их применению.

 

Составитель                                       В.Г. Стройников, ст. преп.

  Рецензент                                               А.П. Овчар, доц.

 

  Ответственный редактор                Л.Н.Комаревцева, доц.

 

 Ответственный за выпуск                 А.К.Ровенская, инж.

 

                                                                 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1 Лабораторная работа 1…………………………………..................4

 

2 Лабораторная работа 2…………………………………………….14

 

3 Лабораторная работа 3…………………………………………….25

 

4 Лабораторная работа 4…………………………………………….40

 

5 Лабораторная работа 5…………………………………………….50

 

6 Лабораторная работа 6…………………………………………….63

 

7.Лабораторная работа 7…………………………………………….72

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ НА ВЫПРЯМЛЕННОМ НАПРЯЖЕНИИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1 Определить значение удельного объемного (р_ν), удельного поверхностного (p_s) сопротивлений для ряда твердых диэлектриков и их зависимость от величины приложенного напряжения.

1.2 Определить активную мощность (Р_а), которая рассеивается в твердом диэлектрике, на выпрямленном напряжении.

По результатам выполненной работы студент должен:

знать — явление электропроводности и факторы, которые определяют ее в твердых диэлектриках: физический смысл и практическую значимость удельного объемного (р_ν) и удельного поверхностного (p_s) сопротвлений, сопротивления изоляции (R_из), зависимость их от величины приложенного напряжения, структуры и химического состава диэлектриков, состояния их поверхности; физический смысл и причины возникновения диэлектрических потерь; мероприятия по стабилизации сопротивления изоляции и диэлектрических потерь, а также основные свойства, область применения, преимущества и недостатки испытываемых твердых диэлектриков;

 уметь - правильно и безопасно определять удельные сопротвления твердых диэлектриков стандартным методом, правильно выбрать материал диэлектриков для конкретного применения в электротехнических устройствах.

              

                 2 ПОЯСНЕНИя К РАБОТЕ

Испытание на электропроводность твердых диэлектриков проводятся на кенотронной установке, встроенной в лабораторный стенд. Принципиальная схема для определения удельных сопротив-лений ρ_v и ρ_s твердых диэлектриков приведена на рис. 2.1.

 

где 1 - кенотронная установка;

   2 - блок максимальной токовой защиты;

3 - камера для испытания твердых диэлектриков с набором электродов

  4 -  блокировочное устройство дверцы испытательной камеры

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема для определения удельных спротивлений твердых диэлектриков

В состав схемы входят следующие основные элементы: автоматический выключатель QF, магнитный пускатель КМ, автотрансформатор Т1 (регулятор напряжения), катодный трансфор-матор Т2, высоковольтный трансформатор ТЗ, кенотрон VD (вакуумный диод, который выпрямляет переменный ток), блок максимальной токовой защиты (2), кнопки SB1 и SB2 для включения и отключения магнитного пускателя КМ, контакты КА реле максималь-ной токовой защиты, киловольтметр PV, сигнальные лампы HL1 и HL2; элементы, которые ограничивают напряжение и ток: резистор RR, конденсатор С, разрядники FV1 и FV2, микроамперметры РА1 и РА2 (для измерения величины тока утечки), которые подключаются в схему кнопками SB4 и SB5, набор электродов (два цилиндрических, один охранный кольцевой), которые размещаются в испытательной камере (3) с блокировочным устройством (4) дверцы испытательной камеры — контактами SB3, включенными в цепь управления магнитного пускателя КМ.

Набор элементов, обозначенных цифрой (1) на схеме рис. 2.1, составляют кенотронную установку, которая позволяет производить исследование на электропроводность твердых электротехнических материалов при высоком напряжении на выспрямленном токе для определения удельных сопротивлений.

Расположение электродов на плоском твердом диэлектрике и схемы их подключения для измерения объемного и поверхностного токов утечки приведены на рис. 2.2  и  рис. 2.3.

 

      где 1; 2 - цилиндрические электроды;

3 - охранный электрод;

4 - исследуемый твердый диэлектрик

Рисунок 2.2 - Схема для измерения объемного тока утечки

       где h - толщина диэлектрика;

   d - диаметр цилиндрического электрода;

  D - внутренний диаметр охранного электрода

       Рисунок 2.3 - Схема для измерения поверхностного тока утечки

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И ДРУГИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

4.1 Для расчетов удельного объемного сопротивления (p_v) использовать формулу:

, Ом∙м,

где U - испытательное напряжение. В;

                  d - диаметр цилиндрического электрода, м;

                              i_v- объемный ток утечки, который соответствует данному испытательному  напряжению, А;

                   h - толщина диэлектрика, м

4.2 Для расчетов удельного поверхностного сопротивления (p_s) использовать формулу:

, Ом,

где  is - поверхностный ток утечки, который соответствует данному  испытательному напряжению, А;

                    D - внутренний диаметр охранного электрода, м.

4.3 Для определения активной мощности (диэлектрических потерь Р_аv), которая выделяется в объеме твердого диэлектрика, охваченного электрическим полем цилиндрических электродов, использовать формулу:

, Вт,

где U - испытательное напряжение. В;

i_v - объемный ток утечки, который соответствует  данному испытательному напряжению, А.

4.4 Для определения удельных диэлектрических потерь в твердых диэлектриках использовать формулу:

, Вт/ м ³,

где V - объем твердого диэлектрика, охваченного электричес-ким полем цилиндрических электродов.

Необходимый объем рассчитывать по формуле:

, м ³,

где d - диаметр цилиндрического электрода, м;

   h - толщина твердого диэлектрика, м.

Полученные расчетные данные использовать в выводах по проведенной работе при сравнении электрических свойств твердых диэлектриков.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1 Цель работы.

5.2 Электрические принципиальные схемы испытательной установки для измерений токов утечки i_v и i_s.

5.3 Краткие указания по выполнению лабораторной работы.

5.4 Таблица измерений и вычислений, расчетные формулы.

5.5 Графики зависимостей ,   и    для исследуемых диэлектриков.

5.6 Выводы по результатам измерений и вычислений.

 

 

6 примернЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ДЛЯ ДОПУСКА К ОТРАБотке ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

6.1 Состав и назначения основных элементов схемы лабораторной установки для определения электрических свойств твердых диэлектриков.

6.2 Какие мероприятия по технике безопасности необходимо выполнять при отработке лабораторной работы?

6.3 Ввести определение понятий: удельное объемное и удельное поверхностное сопротивление изоляции.

6.4 На каком напряжении (постоянном или переменном) выполняются измерения удельного поверхностного  и удельного объемного сопротивлений изоляции твердых диэлектриков и почему?

6.5 Какие из внешних факторов влияют на электропровод-ность твердых диэлектриков?

6.6 Объяснить причины возможного уменьшения или увеличение тока утечки при продолжительной работе диэлектриков в постоянном электрическом поле.

6.7 Что называется диэлектрическими потерями и чем они вызываются в постоянном и переменном электрических полях?

6.8 Как улучшить электроизоляционные свойства пористых твердых диэлектриков?

6.9 Какие из твердых диэлектриков: полярные или нейтральные будут иметь лучшие электроизоляционные свойства и почему?

6.10 В чем состоит принципиальное различие между электро-проводностью и поляризацией в твердых диэлектриках?

 

Рекомендуемая ЛИТЕРАТУРа

1 Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротех-нические материалы: Учебник для вузов. - 7-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние 1985. -304с., ил.

2 Справочник по электротехническим материалам: в 3 т. Т.1 / под редакцией Ю.В. Корицкого и др. — 3-е изд. перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 368 с., ил.

3 Никулин Н.В., Назаров А. С. Радиоматериалы и радиодетали. - М.: Высшая школа. 1976. - 232 с., ил.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

 

      ИССЛЕДОВАНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ

                          1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1 Измерить электрическую емкость С и тангенс угла диэлек-трических потерь tg δ  конденсаторов из разных диэлектриков.

1.2 По результатам измерений С и tg δ, в зависимости от вида диэлектрика и исходных данных, определить диэлектрическую прони-цаемость, размеры диэлектрика, удельное объемное сопротивление и мощность, рассеиваемую в диэлектрике конденсатора.

В результате выполненной работы студент должен:

знать - основные виды поляризации и диэлектрическую проницаемость диэлектриков; физический смысл и практическое значение диэлектрических потерь, причины возникновения потерь и зависимость их от разных факторов; физический смысл электрической емкости диэлектриков, ее зависимость от свойств, химического состава и геометрических размеров диэлектриков; технические харак-теристики диэлектрических материалов, применяемых в конденсато-ростроении, их преимущества и недостатки;

уметь - безопасно измерять электрическую емкость С, tg δ  конденсаторов; правильно выбрать материал диэлектрика для конкрет-ного конденсатора.

 

                    2 пОЯСНЕНИя К РАБОТЕ

Лабораторная работа выполняется на установке, которая состоит из набора простейших конденсаторов: плоских и цилиндри-ческих, изготовленных из разных диэлектриков, и измерительного

моста переменного тока Р5079, который подключается к сети напря-жением 220 В.

Каждый тип конденсаторов замаркирован соответствующим цветом: цилиндрические конденсаторы — красным цветом; плоские конденсаторы с одинаковой площадью пластин электродов и разной толщиной диэлектрика - синим цветом; плоские конденсаторы с одинаковой толщиной диэлектрика и разной площадью пластин электродов - зеленым цветом. Каждый конденсатор присоединен к гнездам с маркировкой того же цвета, расположенным на лицевой части панели установки. Материал применяемых диэлектриков в конденсаторах указан в п. 3.9.

Испытания конденсаторов производятся с помощью автомати-ческого моста переменного тока типа Р5079 с цифровым отсчетом. Блок-схема моста Р5079 приведена на рис.2.1.

Рисунок 2.1 - Блок-схема автоматического моста переменного тока типа Р5079

Мост Р5079 состоит из измерительной цепи ИЦ, системы автоматического уравновешивания, блока индикации БИ, устройства ввода информации УВИ, блока питания БП, генератора Г, блока сенсорного управления БСУ и разъемных соединений кабелей для связи с внешним устройством. Генератор выдает на измерительную цепь моста напряжение 20 В частотой  f = 1000 Гц.     

Система автоматического уравновешивания моста состоит из избирательного усилителя УИ, экстремум - детектора ЭД, блока управления БУ и реверсивных счетчиков СРП; СР1 и СР2, предназначенных для выбора поддиапазонов измерений, а также уравновешивание измерительной цепи соответственно по основному и вспомогательному параметрам.

Блок сенсорного управления БСУ состоит из семи сенсорных переключателей и предназначен для управления работой моста.

 

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И ДРУГИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

4.1 В зависимости от задания и исходных данных в табл. 3.1 и табл. 3.2 требуется определить: , S или d. Для этого необходимо использовать формулу электрической емкости для плоского конден-сатора:

, Ф

где -относительная диэлектрическая проницаемость диэлек-трика;

= 8,854∙10^-12 - диэлектрическая проницаемость вакуума или диэлектрическая постоянная, Ф/м

   S -площадь пластин электродов, м ²;

   d - толщина диэлектрика, м.

Примечание.Величина электрической емкости (С) каждого конкретного конденсатора измеряется с помощью моста переменного тока типа Р5079.

4.2 Величину диэлектрической проницаемости  для диэлектриков цилиндрических конденсаторов (см. табл. 3.3) определять из формулы:

, Ф,

где h — высота электродов цилиндрических конденсаторов, м;

 D₁ и D₂ - соответственно внутренний и внешний диаметры конденсаторов, м;

  n= 6 - число слоев диэлектрика в цилиндрических конден-саторах.

Значение параметров h, D₁ и D₂ приведены в п.3.9 и табл. 3.3.

 

4.3 Величину удельное объемного сопротивления диэлектрика конденсатора p_v определять из формулы:

,

где f = 1000 Гц - частота выходного напряжения генератора измерительного моста переменного тока;

 - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика испытываемого конденсатора (см. п. 4.1 и п. 4.2);

       ρ_v - удельное объемное сопротивление диэлектрика кон-денсатора, Ом·м.

4.4 Величину активной мощности, которая рассеивается в диэлектриках конденсаторов, определять по формуле:

, Вт,

где U - напряжение, подаваемое на конденсатор, В, (см. п. 2);

   - угловая частота, пер/с;

  С - емкость конденсатора, Ф;

  tg δ - тангенс угла диэлектрических потерь.

 

4.5 Для одного из плоских конденсаторов определенной емкости (по указанию преподавателя) установить его схему замещения и определить ток утечки через диэлектрик конденсатора. По величине тока через активный элемент схемы замещения (R_из) определить величину активной мощности (Р_а), которая рассеивается в конден-саторе, и сравнить ее с результатами расчетов в п. 4.4. Используя схему замещения, определить угол диэлектрических потерь (δ).

Величину сопротивления изоляции (R_из) определять по формуле:

 

, Ом,

где p_v - удельное объемное сопротивление диэлектрика кон-денсатора, Ом·м (см. п. 4.3.);

  d - толщина диэлектрика, м;

  S - площадь пластин электродов конденсатора, м ².

Анализ полученных расчетных данных отразить в выводах по проведенной работе, который должен быть направлен на сравнение электрических свойств твердых диэлектриков.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1 Цель работы.

5.2 Блок - схема автоматического моста переменного тока типа Р5079.

5.3 Указания по выполнению лабораторной работы.

5.4 Таблицы измерений и вычислений, расчетные формулы.

5.5 Графики зависимостей емкости конденсатора от толщины диэлектрика,  -по данным табл. 3.1, и от площа-ди пластин электродов,  -по данным табл. 3.2.

5.6 Схема замещения конденсатора и векторная диаграмма по  данным п. 4.5.

5.7 Выводы по результатам измерений и вычислений.

 

6 примернЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ДЛЯ ДОПУСКА К  ОТРАБотке ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

6.1 Состав и назначение основных элементов лабораторной установки, порядок отработки лабораторной работы.

6.2 От чего зависит емкость конденсатора? Какие параметры характеризуют качество диэлектрика конденсатора?

6.3 Какое физическое явление характеризует диэлектрическая проницаемость; какие диэлектрические проницаемости используют в практических расчетах?

6.4 Какие из известных факторов могуть оказывать влияние на величину диэлектрической проницаемости изоляционных материалов?

6.5 Дайте определение понятия диэлектрических потерь. Охарактеризуйте природу диэлектрических потерь в постоянном и переменном электрических полях. Что называется углом диэлектри-ческих потерь?

6.6 Сравните диэлектрические потери в полярных диэлек-триках на постоянном и переменном напряжении.

6.7 Приведите простейшие схемы замещения диэлектрика с потерями и их практическую значимость.

6.8 Назовите основные виды диэлектрических потерь в электроизоляционных материалах. Для чего вводят удельные потери?

6.9 Укажите факторы, которые могуть оказывать влияние на величину диэлектрических потерь.

6.10 Какими свойствами должны обладать диэлектрики, применяемые для изготовления высоковольтных конденсаторов?

6.10 Какими свойствами должны обладать диэлектрики, применяемые для изготовления высокочастотных конденсаторов?

6.11 Какие электрические параметры диэлектриков конденсаторов можно определить в ходе выполнения лабораторной работы (с указанием их размерностей)?

 

Рекомендуемая ЛИТЕРАТУРа

 

1 Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Topeeв Б.М. Электротехнические материалы: Учебник для вузов. - 7-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 304 с., ил.

2 Никулин Н.В., Назаров А. С. Радиоматериалы и радиодетали. - М.: Высшая школа, 1976. - 232 с., ил.

3 Штофа Я. Электротехнические материалы в вопросах и ответах: Пер. со словац. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 200 с., ил.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ПОЯСНЕНИя К РАБОТЕ

 

Величина испытательного напряжения изоляции кабелей зависит от их номинального напряжения.

Кабели, номинальное напряжение которых ниже 1000 В, испытываются с помощью мегаомметра.

Кабели, номинальное напряжение которых выше 1000 В, подвергаются испытанию с помощью высоковольтных установок, например, кенотронной установки.

Перед испытанием кабеля в действующих энергосистемах он отключается как от источника питания, так и от потребителя (нагрузки) с соблюдением правил техники безопасности, после чего снимается остаточный заряд и жилы кабеля разводятся. В лабора-торных условиях кабели уже подготовлены к испытаниям.

Для испытания низковольтного кабеля в лабораторной работе используется электронный мегаомметр типа Ф4101. Прибор вмонтирован в лабораторный стенд.

Схема прибора Ф4101 содержит следующие основные функциональные блоки: импульсный стабилизатор напряжения; преобразователь напряжения; измерительный усилитель постоянного тока.

Принцип действия мегаомметра основан на методе непосредственного измерения постоянного тока, который находится в обратной зависимости от величины измеренного сопротивления, при определенном значении напряжения. Величины постоянного напря-жения на разомкнутых зажимах прибора составляют 100 В; 500 В и 1000 В. Шкала мегаомметра проградуирована непосредственно в единицах сопротивления (МОм).

Границы измерения величины сопротивления и рабочая часть шкалы в зависимости от положения переключателя границ измерения и переключателя рабочих напряжений приведены в табл. 2.1.

 

 

Таблица 2.1 – Пределы измерения величины сопротивления изоляции мегаомметром Ф4101

 

Положение переключателя границ измере-ния сопротив- ления Rиз	Положение переключателя рабочих напряжений
	Границы измерения,   МОм	Рабочая часть шкалы, МОм	Границы измерения,   МОм	Рабочая часть шкалы, МОм	Границы     измерения,   МОм	Рабочая часть шкалы, МОм
	0-4	0-2	0-20	0-10	0-40	0-20
	0,1-4	0,1-2	0,5-20	0,5-10	1-40	1-20
	1-40	1-20	5-200	5-100	10-400	10-200
	10-400	10-200	50-2000	50-1000	100-4000	400-2000
	10-4000	100-2000	500-2000	500-10000	1000-40000	1000-20000

 

Шкала прибора многоразрядная, неравномерная. Питание прибора осуществляется от сети напряжением 220 В частотой 50 Гц.

Принципиальные схемы подключения жил кабеля к зажимам мегаомметра "Л" (линия) и "3" (земля) для испытания изоляции кабелей приведены на рис. 2.1, рис. 2.2 и рис. 2.3. Силовые кабели в своей конструкции имеют три жилы, которые принято обозначать как фазы "А", "В" и "С" с учетом того, что электрическая энергия вырабатывается и передается потребителям трехфазным током.

     

Рисунок 2.1 – Схема подключения жил кабеля для испытания линейной изоляции

Рисунок 2.2 – Схема подключения жил кабеля для испытания фазной изоляции

Рисунок 2.3 - Схема подключения жил кабеля для опреде-ления их целостности

 

Напряжение на лабораторный стенд подается автоматическим выключателем QF1, после чего можно включить в работу мегаомметр. Подача испытательного напряжения от прибора на кабель осуще-ствляется тумблерами SA1; SA2 и кулачковыми переключателями КУ1 и КУ2. Перечисленные элементы на упрощенных схемах (рис. 2.1; рис. 2.2; рис. 2.3) не показаны. Для снятия остаточного заряда, накоплен-ного в изоляции кабеля, используется рубильник S1, соединенный с заземляющим контуром.  

Определение величины сопротивления изоляции высоковольт-ного кабеля призводится на кенотронной установке, встроенной в лабораторный стенд. Принципиальная схема подключения жил высо-ковольтного кабеля к установке приведена на рис. 2.4.

В состав схемы входят следующие основные элементы: авто-матический выключатель QF2. магнитный пускатель КМ, автотранс-форматор Т1 (регулятор напряжения), катодный трансформатор Т2, высоковольтный трансформатор ТЗ, кенотрон VD (выпрямитель), блок максимальной токовой защиты (2), кнопки SB1 и SB2 для включения и отключения магнитного пускателя КМ, контакты КА реле максималь-ной токовой защиты, киловольтметр PV, сигнальные лампы HL1 и HL2, ограничивающие элементы: резистор RR, конденсатор С, разряд-ники FV1 и FV2; микроамперметри РА1 и РА2 (для измерения тока утечки), тумблер SA для переключения микроамперметров РА1 и РА2, кнопка SB3 для подключения РА1 или РА2 в схему; многопо-зиционный переключатель S2 для присоединения жил кабеля к испытательной установке и снятия остаточного заряда, накопленного в изоляции кабеля. Набор элементов, обозначенных цифрой (1), составляет кенотронную установку.  

Величина испытательного напряжения и время испытания   зависят от номинального напряжения кабеля (см. табл. 2.2).

Таблица 2.2- Справочные данные для выбора испытательного напряжения  и времени испытания

 

Номинальное напряжение кабеля, Uн	Испытательное напряжение кабеля, Uисп.	Время испытания
кВ	кВ	мин.
3...10 20...35 110 220	6Uн 5Uн 250 400	5 5 15 15

Рисунок 2.4 - Принципиальная схема подключения жил високовольтного кабеля для испытания на кенотронной установке

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4.1 Цель работы.

4.2 Электрические принципиальные схемы для испытаний изоляции низковольтного и высоковольтного кабелей.

4.3 Краткие указания по выполнению лабораторной работы.

4.4 Таблицы измерений и расчетов величины сопротивления изоляции.

4.5 Выводы по результатам измерений и расчетов о работо-способности исследуемых кабелей..

 

5 примернЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ДЛЯ ДОПУСКА К ОТРАБоТке ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

5.1 В чем состоит конечная цель данной лабораторной работы?

5.2 Состав и назначения основных элементов лабораторной установки для испытания низковольтного и высоковольтного кабелей.

5.3 Какие мероприятия по технике безопасности необходимо выполнять при отрабоке лабораторной работы?

5.4 Назначение и конструкции кабелей. Ввести расшифровку понятий: "линейная" и "фазная" изоляция.

5.5 На каком напряжении (постоянном или переменном) проводится измерение (контроль) сопротивления изоляции испыту-емых кабелей и почему; какие токи при этом протекают через толщу изоляции кабелей?

5.6 От чего зависит величина испытательного напряжения при испытании высоковольного кабеля и как ее определить?

5.7 Как призводиться калибровка мегаомметра перед испы-танием изоляции низковольтного кабеля?

5.8 Показать схематично подключение кабеля к мегаомметру для испытания фазной, линейной изоляции и для проверки целост-ности жил кабеля.

5.9 Как определяется коэффициент абсорбции К_абс, его физи-ческий смысл и какое практическое значение он имеет?

5.10 Как определяется ток утечки через изоляцию жил высоко-вольтного кабеля и его предельное допустимое значение?

5.11 Почему после испытания кабеля жилы кабеля необходимо заземлять?

5.12 Объяснить существующую зависимость величины накоп-ленного электрического заряда в кабеле от его длины и качества изоляции.

5.13 Как распределяется напряженность электрического поля по толщине изоляции жилы высовольтного кабеля?

 

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Производство кабелей и проводов / Под ред. Н.И. Белоруссова и И.Б.Пешкова — М.: Энергоиздат, 1981. - 632 с., ил.

2 Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электро-технические материалы: Учебник для вузов. - 7-е изд., перераб. и доп. - JI.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 304 с., ил.

3 Городецкий С. С., Лакерник P.M. Испытания кабелей и проводов. Учебное пособие для техникумов. - М.: Энергия, 1971. - 272 с., ил.

4 Техника высоких напряжений / Под ред. Д.В. Разевига. - М.-Л.: Энергия, 1964.- 472 с., ил.

           5 Озерной М.И. Электрооборудование и электроснабжение подземных разработок угольных шахт. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1975. -448 с., ил. (гл. XI, шахтные кабели).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

ПОЯСНЕНИя К РАБОТЕ

Испытания на электрическую прочность проводятся для одинаковых твердых диэлектриков с целью сравнения их свойств при воздействии переменного и выпрямленного напряжений. Согласно этому эксперименты осуществляются на двух отдельных лаборатор-ных установках: переменного напряжения частотой 50 Гц с макси-мально возможным напряжением при испытаниях до 60 кВ; выпрям-ленного напряжения с максимально возможным напряжением при испытаниях до 50 кВ.

Питание установок осуществляется от сети однофазного переменного напряжения 220 В.

В состав схемы установки переменного напряжения (см. рис. 2.1) входят следующие основные элементы: автоматический выключатель QF, магнитный пускатель КМ, автотрансформатор Т1 (регулятор напряжения), высоковольтный трансформатор Т2, блок максимальной токовой защиты (1), кнопки SВ1 и SВ2 для включения и отключения магнитного пускателя КМ, контакты КА реле макси-мальной токовой защиты, киловольтметры РV1 и РV2 с разными пределами измерения, которые переключаются контактами КV1 и КV2 реле напряжения КV (или тумблером SA – на схеме не показан), сигнальные лампы HL1, HL 2, HL 3, HL 4, контакты SВЗ, SВ4, SВ5 блокировочного устройства (3) дверцы испытательной камеры (2), которая содержит два цилиндрических электрода.

В состав схемы установки выпрямленного напряжения (см. рис. 2.2.) входят следующие основные элементы: автоматический выключатель QF, магнитный пускатель КМ, автотрансформатор Т1 (регулятор напряжения), катодный трансформатор Т2, высоковольт-ный трансформатор ТЗ, кенотрон VD (выпрямитель), блок максималь-ной токовой защиты (2), кнопки SB1 и SB2 для включения и отключения магнитного пускателя КМ, контакты реле максимальной токовой защиты КА, киловольтметры PV1 и PV2 с разными пределами измерения, которые переключаются контактами КV1 и КV2 реле напряжения КV (или тумблером SA – на схеме не показан), ограничивающие элементы: резистор RR, конденсатор С, разрядники FV1 и FV2; два цилиндрических электрода, размещенные в испытательной камере (3) с блокировочным устройством (4) дверцы испытательной камеры — контактами SB3, включенными в цепь управления магнитного пускателя КМ. Набор элементов, обозначен-ных цифрой (1), составляют кенотронную установку.

                  где 1- блок максимальной токовой защиты;

              2- испытательная камера для испытания твердых диэлектриков с набором электродов;

                            3- блокировочное устройство дверцы испытатель-ной камеры

Рисунок 2.1- Принципиальная схема для определения элек-трической прочности твердых диэлектриков на переменном напряжении

    где 1 - кенотронная установка;

           2 - блок максимальной токовой защиты;

           3 - камера для испытания твердых диэлектриков с набором электродов;

           4 - блокировочное устройство дверцы испытательной  камеры

        Рисунок 2.2- Принципиальная схема для определе-ния электрической прочности твердых диэлектриков на выпрямленном напря-жении

 

Примечание. Испытания диэлектриков на электрическую прочность выполнять в огражденной испытательной камере и независимо от рода испытательной yстановки строго соблюдать указания по выполнению лабораторной работы и мероприятия по ТБ, которые приведены ниже и являются обязательными и общими для них.

 

Примечание:

1) По указанию преподавателя для одного из видов имеющихся диэлектриков может быть поставлена задача установления зависимости величины пробивного напряжения (U_np) от толщины диэлектрика (h). В этом случае результаты экспериментов заносятся в таблицу 3.1 отдельными строками, а по расчетным значением U_пр.ср и E_пр.ср строятся зависимости U_пр.ср=f(h) и E_пр.ср=f(h) для переменного и выпрямленного напряжения.

2) Полученные расчетные значения E_пр.ср сравнить между собой, а также со значениями электрической прочности (E_пр.), которые приводятся в учебнике или в справочной литературе для исследуемых диэлектриков.

 

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И ДРУГИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

4.1 Среднее пробивное напряжение (Unp._сp.) для каждого диэлектрика определять по формуле:

, кВ,

где U_np.и, — пробивное напряжение диэлектрика каждого из трех испытаний, кВ

4.2 Абсолютное отклонение (δ) определять по формуле:

, кВ

4.3 Относительное отклонение (Δ) определять по формуле:

4.4 Среднюю пробивную напряженность (  ) – электри-ческую прочность диэлектрика, определять по формуле:

, ,

где h — средняя толщина диэлектрика, мм.

Полученные расчетные данные использовать в выводах для сравнения электрической прочности испытанных диэлектриков.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1 Цель работы.

5.2 Электрические принципиальные схемы испытательных установок.

5.3 Краткие указания по выполнению лабораторной работы.

5.4 Таблица измерений и вычислений, расчетные формулы.

5.5 Графики зависимостей ;  для переменного и выпрямленного напряжений (при необходимости).

5.6 Выводы по результатам испытаний (предусмотреть срав-нение электрической прочности одних и тех же твердых диэлектриков на переменном и выпрямленном напряжениях).

 

6 примернЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ДЛЯ ДОПУСКА

      К ОТРАБотке ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

6.1 Состав и назначения основных элементов двух схем лабораторных установок для определения электрической прочности твердых диэлектриков. 

6.2 Какие мероприятия по технике безопасности необходимо выполнять при отработке лабораторной работы?

6.3 Дать расшифровку понятий: пробивное напряжение; элек-трическая прочность диэлектрика.

6.4 Какие из перечисленных ниже диэлектриков обладают большей электрической прочностью: газообразные, жидкие, макроско-пически однородные твердые диэлектрики, и почему?

6.5 Объяснить условия для развития ударной ионизации. 

6.6 В каких случаях возникает фотонная ионизация? Сравнить скорость распространения ударной и фотонной ионизации.

6.7 Зависит ли электрическая прочность твердых диэлектри-ков от их толщины (дать пояснение)?

6.8 Какая существует зависимость между величиной электрической прочности твердых диэлектриков и временем приложения импульсного напряжения?