Измерение сопротивления изоляции изоляционных элементов

Тема: Измерение сопротивления изоляции изоляционных элементов.

Цель: ознакомиться с электроизоляционными, проводниковыми и магнитными материалами, основными характеристиками, свойствами, областями применения.

 

Программа работы

 

1. Ознакомиться с образцами электроизоляционных, проводниковых, магнитных материалов, представленных на стенде.

2. Изучить основные характеристики, свойства и область применения указанных материалов.

3. Определить электрическую прочность различных электроизоляционных материалов в однородном и неоднородном электрическом поле / в сухом и увлажненном состоянии/.

4. Определить электрическую прочность воздуха в однородном и неоднородном электрическом поле.

5. Результаты испытаний представить в виде таблиц, графических зависимостей и выводов.

 

Содержание работы и порядок её выполнения

 

Размеры, стоимость, вес и надежность работы электрических машин и аппаратов в первую очередь зависят от того насколько правильно и удачно подобраны электротехнические материалы, идущие на их изготовление.

По назначению все электротехнические материалы в зависимости от их электрических свойств подразделяются на: электроизоляционные, проводниковые, полупроводниковые и магнитные. Полупроводниковыематериалы мы рассматривать не будем.

 

1. Электроизоляционные материалы.

 

Наиболее многочисленной группой, чрезвычайно важной для электротехники, являются электроизоляционные материалы. Они предназначены для изоляции проводников друг от друга и от заземленных частей установок для ограничения путей прохождения электрического тока.

По агрегатному состоянию их разделяют на газообразные, жидкие, твердеющие, твердые.

По химической природе их разделяют на органические и неоргани­ческие.

По строению их делят на аморфные, кристаллические, волокнистые.

По происхождению их делят на природные /естественные/ и искусственные /синтетические /.

Указанная классификация в определенной степени влияет на свойства электроизоляционных материалов, которые оцениваются многочисленным рядом характеристик. В практической деятельности для каждого широко используемого материала инженеру-электрику следует постоянно помнить две характеристики:

а/ электрическую прочность /пробивную напряженность/, так как диэлектрик теряет изоляционные свойства, если напряженность поля превысит критическое значение, кВ/мм;

б/ нагревостойкость, определяемую предельно-допустимой температурой для эксплуатационных материалов при их длительном использовании / в течений ряда лет/ в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах, работающих в нормальных эксплуатационных условиях.

В соответствия с ГОСТ 8865-70 все электроизоляционные материалы по нагревостойкости разделены на классы /табл.1.1./

 

Таблица 1.1. Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

Классы нагревостойкости	У	А	Е	В	F	H	C
Допустимая рабочая температура, С							более 180

 

В отчете, используя литературные источники каждому образцу диэлектриков приведенному на стенде:

- жидкие / трансформаторные, конденсаторные, кабельные масла

- твердеющие / бакелитовая, эпоксидная смолы, канифоль, пропиточные, покровные и клеящие лаки

- твердые / волокнистые материалы, электроизоляционные пластмассы, слоистые пластики, слюда, электрокерамика / - дать краткую характеристику: метод получения электроизоляционного материала, электрическая прочность, класс нагревостойкости, область применения, достоинства и недостатки.

2. Проводниковые материалы.

Проводниковые материалы могут быть: твердыми, жидкими и газообразными / при определенных условиях/. В практике наибольшее распространение получили металлы их сплавы.

Твердые металлические проводниковые материалы разделяют на: металлы высокой проводимости и сплавы высокого сопротивления.

На электрические свойства этих материалов оказывают влияние примеси / особенно на проводимость / и способ обработки / на механические характеристики/.

а/ Металлы высокой проводимости. В ремонтной практике электрических машин и аппаратов из проводниковых материалов широко используются обмоточные провода. Они изготовляются из электролитической меди /ММ/ и алюминия /AМ/. Из меда марки M1с содержанием примеси не более 0,1 %, можно получить провод диаметром до 0,03-0,02 мм, а из бескислородной меда марки МО, с содержанием примесей не более 0,05 %, в ток числе кислорода не свыше 0,02 %, можно получать провод еще меньшего диаметра.

б/ Сплавы высокого сопротивления. Эти сплавы получили широкое применение при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов и нагревательных элементов. В первых двух случаях применения от них требуется высокое удельное сопротивление и его высокая стабильность во времени, малый температурный коэффициент удельного сопротивления и малый коэффициент термо-ЭДС в паре данного сплава с медью. В последнем случав от сплава требуется способность длительно работать на воздухе при температуре 1000 °С и более. Кроме этого они должны быть дешевы и по возможности не содержать дефицитных составляющих.

К проводниковым материалам относят также припои, специальные материалы, применяемые при пайке. В зависимости от температуры плавления их делят на две группы:

мягкие/ до 400 °С / к ним относятся олово, свинцово - оловянистый припой марки ПОС и другие; они применяются там, где требуется лишь хороший электрический контакт;

твердые / свыше 500° С / - медно-цинковые марки ПМЦ, серебряные ПСР и другие; применяются для получения и хорошего электрического контакта и механически прочного соединения.

В отчете, используя литературные источники каждому образцу проводниковых материалов, приведенных на стенде, составить характеристику:

а/ обмоточные провода - материал провода, его изоляция, допустимые температуры нагрева, области применения;

б/ медь, алюминий, латунь, бронза - получение, содержание примесей, марки, основные свойства, влияние обработки, области применения;

в/ константан, нихром - содержание элементов, основные параметры, области применения;

г/ припой - тип по температуре плавления, характерные особенности, области применения;

д/ угольные щетки - тип, основные параметры, области применения.

3. Магнитные материалы.

В качестве магнитных материалов используются материалы с высокой магнитной проницаемостью / 200 / - железо, никель, кобальт и сплавы различного состава.

В зависимости от величины коэрцитивной силы /Нс/ магнитные материалы делятся на:

магнитомягкие / с малым значением Нс /обладают высокой магнитной проницаемостью, малыми потерями на гистерезис, используются для изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов. К ним относятся технически чистое железо, листовая электротехническая сталь, различные сплавы / пермаллой, альсифер/;

магнитотвердые материалы / с большим значением Нс /, магнитная проницаемость их ниже, чем первых, причем чем выше Нс тем ниже магнитная проницаемость. К ним относятся легированные стали, закаливаемые на мартенсит, литые магнитотвердые сплава, магниты из порошков, магнитотвердые ферриты, используются для изготовления постоянных магнитов.

В электротехнике самое широкое применение получила листовая электротехническая сталь. Эта сталь легирована кремнием, который резко повышает ее удельное электрическое сопротивление, что снижает потери на вихревые токи, кроме того несколько увеличивает магнитную проницаемость и снижает потери на гистерезис. Однако кремний понижает механические свойства стали, она становится более хрупкой.

В справочной литературе до сих пор еще приводится старое обозначение электротехнической стали по ГОСТ 802-58 в котором буква Э показывает, что она легирована кремнием, первая цифра указывает среднее содержание кремния в процентах, вторая цифра определяет электрические и магнитные свойства и область применения стали. Наличие третьей / 0 / показывает, что сталь холоднокатанная текстурованная, если третья и четвертая цифры /00/, то холоднокатаная и малотекстурованная. Наличие буквы /А/ после цифры обозначает особо низкие удельные потери.

По ГОСТ 21427.0-75 обозначение марок электротехнической стали состоит из 4-х цифр. Первая из них классифицирует стали по виду прокатки и структурному состоянию:1 - горячекатанная изотропная; 2 - холоднокатанная изотропная;

3 - холоднокатанная с ребровой структурой. Вторая цифра определяет содержание кремния: 2 - от 0,8до 1,8%; 3 - от 1,8 до2,8 %; 4 - от 2,8 да 3,8%; 5 - от 3,8 до 4,8%. Третья цифра указывает группу по условной нормируемой характеристике: 0 - удельные потери при магнитной индукции В=1,7 Тл и частоте f= 50Гц/P1,5/50/;

1 – то же, при В=1,5 Тл и f=50 Гц/P1,5/50/; 2- то же, при B=1,0 Тл и f= 400Гц/ P1,0/400/; 6 - магнитная индукция в слабых магнитных полях при линейной напряженности Н = 0,4 А/м /B0,4/; 7 – магнитная индукция в средних магнитных полях при Н =10 А/м / B10 /. Четвертая цифра обозначает порядковый номер в группе по трем первым цифрам, характеризующий улучшение качества в пределах группы.

В электромашиностроении применяют главным образом электротехнические стали 2013, 2211, 2212, 2411, а также стали следующих марок /табл.1.2.

 

Таблица 1.2. Новое и старое обозначение марок стали

 

Новое обозначение
Старое обозначение	Э11	Э12	Э13	Э21	Э22	Э31	Э32	Э41	Э42	Э43

 

В трансформаторостроении, кроме того используют следующие стали /табл.1.3./

 

Таблица 1.3. Новое и старое обозначение марок стали

 

Новое обозначение
Старое обозначение	Э310	Э320	Э330

 

Для снижения потерь на вихревые токи магнитопроводы электрических машин и аппаратов набираются из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга.

Для электрических машин частотой до 50 Гц применяют электротехническую сталь толщиной 0,5 мм и 0,35 мм. Для сердечников главных полюсов применяют сталь толщиной 1... 2 мм, для добавочных полюсов, станин, сердечников полюсов малых машин - конструкционную сталь марок Ст.10 и Ст.30.

В отчете, используя литературные источники каждому образцу магнитных материалов, приведенных на стенде составить характеристику:

-группа по величине Нс;

-основные свойства и область применения;

1У. Определение электрической прочности сухих и увлажненных электроизоляционных материалов, и воздуха в однородном и неоднородном поле.

Под электрической прочностью понимается отношение пробивного напряжения к толщине диэлектрика.

, кВ/мм

где Uпр. - величина пробивного напряжения которой произошел пробой, кВ;

h - толщина диэлектрика в месте пробоя, мм.

Однородным называется поле между двумя плоскими электродами. Напряженность поля в каждой точке такого поля одинакова.

Неоднородным называется поле между плоским электродом и иглой. Здесь наибольшая напряженность поля у иглы и наименьшая у плоско электрода.

В лабораторной работе пробои диэлектрических материалов и воздуха осуществляется на аппарате АИИ-70 / аппарат испытания изоляции на 70 кВ переменно тока /.

ВНИМАНИЕ!

Перед испытанием диэлектрика проверить заземление аппарата АИИ-70.

Запрещается включать высокое напряжение при неустановленном в аппарат испытательном сосуде.

Установку и выемку испытательного сосуда следует производить после отключения питающего напряжения.

Испытание необходимо проводить в диэлектрических перчатках на резиновом коврике.

При испытании используются следующие электроды:

-при однородном поле - плоскость-плоскость;

-при неоднородном поле - плоскость-игла / конус /.

При испытании образец изоляции зажимается между электродами, которые необходимо установить в фарфоровом испытательном сосуде. Сосуд устанавливается в аппарат АИИ-70 на штыри и закрывается крышкой. Включается вилка в розетку на стенде, при этом загорается зеленая сигнальная лампа на панели аппарата. Включается автоматический выключатель на панели аппарата, при этом на панели АИИ-70 загорается красная сигнальная лампа. Рукояткой реостата напряжение между электродами увеличивается от нуля до пробоя. Момент пробоя фиксируется отключением автоматического выключателя. Данные измерения / по нижней шкале прибора / заносятся в таблицу 1.4. Рукоятка реостата возвращается в исходное положение. Аппарат отключается от сети, достается образец и закладывается новый.

 

Таблица 1.4. Электрическая прочность электроизоляционных материалов

 

№ п/п

Электроизоляционный

Однородное поле

Неоднородное поле

сухой

увлажненный

сухой

увлажненный

h

Uпр

Епр

h

Uпр

Епр

h

Uпр

Епр

h

Uпр

Епр

Электрокартон

Пленкосинтокартон или лакопленко-слюдопласт

Лакоткань

 

Определение электрической прочности изоляционных материалов следует проводить для нескольких образцов различной толщины /h, 2h, 3h /в сухом и несколько увлажненном состоянии.

Увлажнение изоляционных материалов проводятся тампоном из тряпочки или ваты, смоченные водой.

Значение электрической прочности воздуха зависит от меж­электродного расстояния и степени однородности электрического поля. Результаты измерений заносят в таблицу 1.5.

По данным таблиц 1.4. и 1.5. построить зависимости Епр = f(h)

 

Таблица 1.5. Электрическая прочность воздуха

h, мм.	Однородное поле	Неоднородное поле
	Uпр, кВкВ	Епр, кВ/мм	Uпp, кB	Eпр, кВ/мм

 

Контрольные вопросы:

 

1. Как классифицируются электроизоляционные материалы?

2. Дать краткую характеристику жидким диэлектрикам.

3. Дать краткую характеристику твердым диэлектрикам.

4. Охарактеризовать достоинства и недостатки меди как проводникового материала.

5. Дать классификацию обмоточных проводов.

6. Охарактеризовать припои, применяемые при пайке обмоточных проводов.

7. Охарактеризовать электротехническую сталь и дать ее классификацию.

8. Объяснить физику процесса, уменьшения электрической прочности изоляции с увеличением ее толщины.

9. От чего зависит электрическая прочность воздуха?

 

Практическая работа № 9.