Харьковская государственная академия icon

Харьковская государственная академия




НазваХарьковская государственная академия
Сторінка2/3
Дата23.06.2012
Розмір0.61 Mb.
ТипЛабораторная работа
1   2   3
^

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 3


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ


3.1.Цель работы

Изучить принцип действия и конструкцию приборов для определения вязкости жидких диэлектриков, освоить методику определения динамической, кинематической и условной вязкостей.


^ 3.2. Общие положения

Следует знать, что для жидких диэлектриков (электроизоляционных масел, лаков, пропиточных компаундов и подобных им материалов) вязкость является одной из характеристик, с помощью которой оцениваются их технологические и эксплуатационные свойства. Вязкость – это свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

При ламинарном течении среды вязкость проявляется в том, что при сдвиге соседних слоев среды относительно друг друга возникает сила противодействия – напряжение сдвига, которое для обычных сред пропорционально скорости относительного сдвига слоев.

Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом динамической вязкости, или динамической вязкостью. Измеряют динамическую вязкость в паскаль-секундах.

Паскаль-секунда (Пас) – это динамическая вязкость среды, при ламинарном течении которой в слоях, находящихся на расстоянии 1 м, в направлении, перпендикулярном течению, под действием давления сдвига 1 Па возникает разность скоростей течения 1 м/с. В практике испытаний применяется и другая единица вязкости – пуаз (П); 1 П = 0,1 Пас.

Измерение динамической вязкости производится на основе закона Стокса или закона Пуазейля.

Кроме динамической вязкости используется также кинематическая и условная вязкость.

Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости жидкости  (Пас) к ее плотности  (кг/м3):

(3.1)

На практике кинематическую вязкость иногда измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).

1 Ст = 10-4 м2/с;

1 сСт = 10-2 Ст.

Кинематическая вязкость воды при 20 С примерно равна 1 сСт. При этой температуре динамическая вязкость воды составляет 0,001 Пас.

Вязкость условная (ВУ) – характеристика, получаемая при определенной методике испытания. Она связана с динамической и кинематической вязкостью эмпирическими соотношениями.

Условная вязкость, измеряемая в градусах Энглера (Е), представляет собой отношение времени истечения 200 мл электроизоляционной жидкости при заданной температуре к времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 С.

Время истечения 200 мл воды при 20 С называется постоянной прибора. Она равна 50-52 с.

, (3.2)

где t - время истечения 200 мл исследуемой жидкости при заданной температуре, с;

tпр - постоянная прибора; для прибора, используемого в данной лабораторной работе tпр=50 с.

От условной вязкости к кинематической можно перейти, используя график (рис. 3.1). При 50 сСт переход от одной системы к другой производится по формуле

ВУ = 0,135 .

Для измерения вязкости используются специальные приборы – вискозиметры. По своему устройству вискозиметры делятся на капилярные, ротационные и ультразвуковые.


Рис. 3.1. График перехода от условной вязкости к кинематической вязкости


^ 3.3.Приборы и оборудование

В качестве жидкого диэлектрика в лабораторной работе используются трансформаторные масла, широко применяемы в электротехнической промышленности. Масла, используемые в трансформаторах, выполняют следующие функции: повышают электроизолирующие свойства твердой изоляции обмоточных проводов, а также способствуют отводу тепла от обмоток и магнитопровода к охлаждаемым стенкам бака. В масляных выключателях масло обеспечивает гашение электрической дуги и уменьшает трение в механических узлах выключателя.

Для определения условной вязкости трансформаторного масла используется универсальный вискозиметр Энглера (рис.3.2)


Рис. 3.2. Универсальный вискозиметр


Жидкий диэлектрик заливается в латунный стакан 10, который находится внутри латунного сосуда 12, служащего водяной или масляной баней. В крышке 8 сосуда 10 имеется два отверстия: отверстие 6 для термометра и отверстие 7 для деревянного или фибрового конусного стержня 4. Стержень 4 своим острием закрывает вход вертикального отверстия 3 – цилиндрического канала длиной 20 мм и диаметром 2,8 мм. Под отверстие 3 подставляется мерная колба 1, имеющая отметку, соответствующую объему 200 мл.

Внутри сосуда 10 имеются три указателя 11, верхние концы которых должны одновременно касаться уровня залитой в сосуд жидкости. Это дает возможность проверить горизонтальность установки прибора. Регулировку горизонтальности прибора осуществляют при помощи двух установочных винтов 14 штатива 13.

Жидкость в сосуде 12 подогревают при помощи электронагревателя 2 и перемешивают мешалкой 9. Контроль за температурой бани осуществляется с помощью термометра 5, укрепленного в зажиме.

Для определения вязкости можно использовать и более простой по конструкции вискозиметр ВЗ-4, позволяющий определить вязкость жидкого диэлектрика, не подогревая его. Вискозиметр ВЗ-4 (рис. 3.3) состоит из сосуда 1, в конусном дне которого имеется сточное отверстие 4 мм, закрываемое стержнем 2. Сосуд 1 укреплен на штативе 5 с помощью держателя 3. Вискозиметр вмещает 100 мл испытуемой жидкости, вязкость которой определяется временем истечения этого количества жидкости из сосуда 1.


Рис. 3.3 Вискозиметр ВЗ-4


^ 3.4.Порядок выполнения работы


1.Снять крышку 8 (рис. 3.2) сосуда 10 и закрыть вертикальное отверстие 3 стержнем 4.

2.В сосуд 10 залить испытуемый диэлектрик до касания с тремя верхними концами указателей уровня 11. При необходимости отрегулировать горизонтальность установки прибора установочными винтами 14 штатива 13.

3.Закрыть сосуд 10 крышкой 8 и установить термометр в отверстие 6.

4.Залить в сосуд 12 необходимое количество воды и установить термометр 5.

5.Включить электронагреватель 2 и нагреть воду в сосуде 12 до заданной температуры.

6.Выключить электронагреватель и, перемешивая воду мешал

кой 9, выдержать при достигнутой температуре жидкость в течение 5 мин. При этом температура воды в сосуде 12 не должна превышать температуру диэлектрика более чем на 1 С.

7.Записать температуру диэлектрика Т в табл. 3.1.


Таблица 3.1

Результаты экспериментальных исследований

Наименование диэлектрика

Температура диэлектрика

Т, С

Время истечения

t, c

ВУ,

Е

,

сСт


8.Вынуть стержень 4 и одновременно пустить в ход секундомер. В тот момент, когда уровень диэлектрика дойдет до отметки 200 мл на мерной колбе, секундомер остановить.

9.Записать время истечения диэлектрика t в табл. 3.1.

10.Повторить опыт, описанный в пп. 2-9, и определить время истечения 200 мл исследуемого диэлектрика при температурах, указанных преподавателем. Результаты измерений занести в табл. 3.1.

11.Определить условную вязкость в градусах Энглера исследуемого диэлектрика. Результаты расчета занести в табл. 3.1

12.Определить кинематическую вязкость жидкости  в зависимости от величины условной вязкости и записать ее величину в табл. 3.1.

13.Построить график зависимости условной вязкости исследуемого диэлектрика от температуры: ВУ=f(T).

14.Определить динамическую вязкость исследуемого диэлектрика при температуре 20 С, используя формулу (3.1).

15.Составить отчет о работе, который должен содержать формулировку цели работы, рисунок вискозиметра, заполненную табл. 3.1, график зависимости ВУ=f(T), выводы по работе.


Контрольные вопросы

1.Виды вязкости жидкостей.

2.Перечислите приборы, с помощью которых определяется вязкость жидких диэлектриков.

3.Дайте определение динамической вязкости.

4.Дайте определение кинематической вязкости.

5.Дайте определение условной вязкости.

6.Объясните влияние температуры на вязкость жидких диэлектриков.

7.Опишите конструкцию универсального вискозиметра Энглера.

8.Дайте определение понятия «постоянная прибора».

9.Опишите методику измерения условной вязкости с помощью вискозиметра Энглера.

10.Объясните назначение трансформаторных масел


Л и т е р а т у р а : [1, с. 78-80].


Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ


  1. Цель работы

Изучить методику определения основных характеристик магнитных материалов и провести исследования процессов намагничивания и перемагничивания ферромагнетиков в переменном магнитном поле.


^ 4.2.Общие положения

Следует знать, что основная причина магнитных свойств вещества – внутренние скрытые формы движения электрических зарядов, представляющие собой элементарные круговые токи, обладающие магнитными моментами. Такими токами являются электронные спины и орбитальное вращение электронов в атомах.

Особые свойства ферромагнетиков обусловлены их доменным строением. Домены представляют собой макроскопические области, намагниченные практически до насыщения даже в отсутствии внешнего магнитного поля.

Основные характеристики, определяющие поведение ферромагнитных материалов в магнитном поле: основная кривая намагничивания, максимальное значение индукции Bm, остаточная индукция Br, коэрцитивная сила Нс, удельные потери, магнитная проницаемость и ее зависимость от напряженности магнитного поля и температуры.

Зависимость магнитной индукции предварительно размагниченного ферромагнетика от напряженности магнитного поля, полученную при монотонном увеличении напряженности, называют начальной кривой намагничивания.

При циклическом перемагничивании изменение состояния ферромагнетика характеризуется явлением гистерезиса, при котором наблюдается отставание индукции от напряженности поля. Изменяя амплитудное значение напряженности внешнего поля, можно получить семейство петлей гистерезиса. Петлю гистерезиса, полученную при индукции насыщений, называют предельной. При дальнейшем увеличении напряженности поля площадь гистерезисной петли остается неизменной. Совокупность вершин петель гистерезиса образуют основную кривую намагничивания ферромагнетика.

Напряженность размагничивающегося поля (-Нс), при которой индукция в ферромагнетике, предварительно намагниченном до насыщения, обращается в нуль, называется коэрцитивной силой.

Значение индукции при напряженности внешнего магнитного поля равной нулю, полученное в процессе размагничивания образца, намагниченного до насыщения, называется остаточной индукцией (Вr).

По кривой намагничивания можно определить параметр, характеризующий поведение ферромагнетика во внешнем магнитном поле, – так называемую относительную магнитную проницаемость:

(4.1)

где 0 - магнитная постоянная, 0 = 410-7 Гн/м.

Относительная магнитная проницаемость пропорциональна тангенсу угла наклонной секущей, проведенной из начала координат через соответствующую точку на основной кривой намагничивания. Предельное значение магнитной проницаемости н при напряженности магнитного поля, стремящейся к нулю, называется начальной магнитной проницаемостью.

Крутизну отдельных участков кривой намагничивания и ветвей петли гистерезиса характеризует дифференциальная магнитная проницаемость

(4.2)

Процесс перемагничивания ферромагнетиков в переменном магнитном поле сопровождается потерями энергии, которые вызывают нагрев материала. В общем случае потери на перемагничивание состоят из потерь на гистерезис, на вихревые токи и на магнитное последействие. Потерями на магнитном последействие при проведении инженерных расчетов, как правило, пренебрегают. Полная мощность магнитных потерь пропорциональна площади динамической петли гистерезиса. Площадь статической петли характеризует только потери на гистерезис.


  1. Приборы и оборудование

Для изучения основных характеристик ферромагнитных материалов в данной лабораторной работе используется установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 4.1. Исследуемые образцы кольцевой формы имеют первичную обмотку с числом витков W1 и вторичную обмотку с числом витков W2.


Рис. 4.1. Электрическая схема испытательной установки


Первичные обмотки предназначены для создания переменного магнитного поля, намагничивающего сердечник. Они подключаются к регулируемому источнику переменного напряжения заданной частоты.

В соответствии с законом полного тока для однородного образца с постоянным поперечным сечением величина напряженности определяется по формуле

(4.3)

где 1- действующее значение тока в первичной обмотке, А;

W1 - число витков в первичной обмотке;

l - средняя длина магнитной силовой линии, м.

Из формулы (4.3) следует, что величина напряженности поля пропорциональна значению тока, протекающего через первичную обмотку. Следовательно, подавая на горизонтальные пластины отклонения луча осциллографа величину падения напряжения на сопротивлении R1, можно на экране зафиксировать величину напряженности магнитного поля на образце.

Для того чтобы на экране осциллографа была получена петля гистерезиса, на пластины вертикального отклонения луча необходимо подать напряжение, пропорциональное индукции магнитного поля в образце. В соответствии с законом электромагнитной индукции ЭДС индукции, возникающая во вторичной обмотке, определяется по формуле

(4.4)

Так как исследуемые образцы имеют постоянное поперечное сечение, то можно записать:

(4.5)

Следовательно, напряжение во вторичной обмотке пропорционально производной . Для того чтобы подать на вход вертикального усилителя осциллографа напряжение, пропорциональное индукции магнитного поля, необходимо между вторичной обмоткой и осциллографом включить интегрирующее звено. С этой целью ко вторичной обмотке подключена интегрирующая цепочка, состоящая из последовательно включенных сопротивления R2 и емкости С. Ве-личины емкостного сопротивления конденсатора С и индуктивного сопротивления вторичной обмотки подбирают такими, чтобы они были значительно меньше значения активного сопротивления R2. Тогда ток во вторичной цепи можно считать число активным:

(4.6)

Напряжение на обкладках конденсатора С, которое подается на пластины вертикального отклонения осциллографа, можно записать в виде

. (4.7)

Подставляя значение e2 из уравнения (4.5), получим:

(4.8)

Следовательно, напряжение на конденсаторе С пропорционально индукции магнитного поля в ферромагнитном образце.

Максимальное значение индукции Вm в образце определяется по формуле

(4.9)

Таким образом, подавая одновременно на пластины горизонтального и вертикального отклонения луча осциллографа падение напряжения на сопротивление R1 и конденсаторе С, на экране получим в некотором масштабе петлю гистерезиса.

Масштаб петли гистерезиса определяется по крайним точкам изображения на экране осциллографа:

: , (4.10)

где Н - напряженность магнитного поля при данной величине тока в первичной обмотке, А/м;

lн - половина длины горизонтальной развертки, мм;

В - индукция при данной величине намагничивающего поля, Тл

lВ - половина длины вертикальной развертки, мм.

По масштабу изображения площади петли гистерезиса определяются удельные потери в образце:

, (4.11)

где S - площадь петли гистерезиса, мм2;

f - частота, Гц;

 - удельный вес материала, г/см3.


  1. Порядок выполнения работы

  1. Собрать схему испытательной установки в соответствии с рис. 4.1.

  2. Параметры образцов исследуемых материалов записать в табл. 4.1.

Т а б л и ц а 4.1

Параметры образцов магнитных материалов

Образец

Геометрические размеры и обмоточные данные

Максима-льные токи и напряжения

Положение переключателей на щите

Плотность материала




S2, м2

l, м

W1,

витков

W2,

витков

I1,

А

U2,

В

ПR

Пc

,

г/см3




  1. Включить схему в один из образцов магнитных материалов.

  2. Установить переключатели ПR и Пc, расположенные на стенде (на рис. 4.1 данные переключатель не показаны), в положения, указанные в табл. 4.1.

  1. В присутствии преподавателя включить питание испытательной установки и измерительных приборов. Время прогрева прибора 5-10 мин.

  2. При нажатой кнопке Кн регулятором установить в намагничивающей обмотке ток, необходимый для насыщения ферромагнетика. Величина тока для каждого образца не должна превышать значений, указанных в табл. 4.1.

  3. Измерить величину напряжения на вторичной обмотке. Результаты измерений занести в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Результаты экспериментальных исследований параметров магнитных материалов


Образец

Номер

Экспериментальные и расчетные параметры




измерения

І1,

А

U2,

B

H,

А/м

В,

Тл

r

Руд

Вт/кг

Вr

Тл

Hc

А/м

  1. С помощью ручек «Усиление» осциллографа отрегулировать изображение петли гистерезиса, чтобы оно максимально заполняло экран.

  2. По соответствующим формулам определить величины напряженности намагничивающегося поля Н, амплитудные значения индукции в образце В и магнитной проницаемости . Результаты расчетов занести в табл. 4.2.

  3. Переснять петлю гистерезиса с экрана осциллографа на миллиметровую бумагу и определить ее площадь.

  4. Определить масштаб по оси напряженности магнитного поля mн, используя формулу (4.10). Для определения длины горизонтальной развертки ручку усиления осциллографа по вертикальной оси поставить в нулевое положение. После измерения ручку вертикальной развертки поставить в нулевое положение.

  5. Определить масштаб по оси индукции mв, используя формулу (4.10). ручка усиления горизонтальной развертки осциллографа в этом случае должна быть переведена в нулевое положение. После измерения длины вертикальной развертки необходимо ручку горизонтальной развертки вернуть в исходное положение.

  6. Определить величину удельных магнитных потерь, используя формулу (4.11). Результаты расчета записать в табл. 4.2.

  1. Последовательно уменьшая амплитуду тока в намагничивающей цепи с помощью регулятора, повторить измерения по пп. 7 - 13 минимум для трех значений тока

  2. По экспериментальным данным построить графики зависимости В=f(H); =f(H).

  3. Отключить питание испытательной установки и в присутствии преподавателя заменить образец магнитного материала. Произвести измерение основных характеристик установленного образца в соответствии с методикой, изложенной в пп. 3-15.

  4. Полученные экспериментальные и расчетные значения основных параметров исследуемых образцов сравнить со справочными данными.

  5. 18.Составить отчет о работе, который должен содержать формулировку цели работы, принципиальную электрическую схему экспериментальной установки, заполненные табл. 4.1, 4.2, графики зависимости В=f(H); =f(H) и выводы по работе.



^
Контрольные вопросы

  1. Назовите основные характеристики свойств магнитных материалов.

  2. Опишите процесс намагничивания магнетика.

  3. Приведите классификацию материалов по магнитным свойствам.

  4. Назовите виды магнитных потерь и укажите факторы, оказывающие на них влияние.

  5. Дайте характеристику свойств диамагнетиков и парамагнетиков.

  6. Дайте характеристику свойств ферромагнетиков.

  7. Опишите принцип работы экспериментальной установки для изучения явления гистерезиса.

  8. Перечислите области использования магнитотвердых магнитомягких материалов.


Л и т е р а т у р а : [1, с. 275-299].

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №5

^ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ УДЕЛЬНОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ


  1. Цель работы

Изучить влияние температуры на значение величины удельного сопротивления и на основании опытных данных определить значения температурного коэффициента удельного сопротивления проводников.


  1. ^ Общие положения

Металлические проводники имеют хорошую тепло- и электропроводность. Электрическое сопротивление и обратный ему параметр – электропроводность различных материалов зависят от структуры проводника, температуры и характеризуется значениями удельного электрического сопротивления и, соответственно, удельной электропроводности.

По квантовой теории металлов удельная электропроводность определяется выражением

. (5.1)

Здесь А - коэффициент, не зависящий от температуры и определяемый числом свободных электронов в единице объема металла и энергетическим состоянием электронных орбит;

- средняя длина свободного побега электронов, которая в области температур от 100 С до +300 С для металлов определя6ется как

, (5.2)

где Т - температура проводника, К.

Таким образом, удельное сопротивление металлов () в соответствии с данными опытов изменяется прямо пропорционально температуре.

Зависимость удельного сопротивления проводника от температуры (для указанного интервала температур) определяется выражениями:

;

, (5.3)

где t и Rt - значение удельного сопротивления, соответственно, но при текущих температурах t, C;

н и Rн - значения удельного сопротивления и сопротивления, соответственно, при начальной температуре tн, C ;

и R - значения температурного коэффициента удельного сопротивления, соответственно, 1/C.

Учитывая, что



где l - длина;

S - площадь поперечного сечения проводника;

можно показать, что

= R.

Из выражения (5.3) имеем:

(5.4)

откуда вытекает определение  как отношения приращения удельного электрического сопротивления (сопротивления) к его первоначальному значению при изменении температуры на 1 С (1/С). Для большинства металлов в интервале температур от 0 до 100 С  изменяется в пределах (3,3  6,2)10-2 1/С. Зависимость  и  от температуры для чистых металлов и некоторых сплавов объясняется зависимостью от температуры.

В некоторых металлах и сплавах обнаружено явление сверхпроводимости (сплавы висмута с золотом, карбидов молибдена и вольфрама, свинца, цинка, алюминия и др.), заключающееся в том, что ниже некоторой критической температуры удельные сопротивления этих веществ становятся исчезающе малыми.

На практике часто по величине измеренного сопротивления определяют значение температуры проводника, например, для медных обмоток электрических машин и трансформаторов при известных начальных (паспортных) значениях сопротивления по выражению

(5.5)


  1. Приборы и оборудование

Принципиальная схема установки изображена на рис. 5.1.


Рис. 5.1. Принципиальная схема установки


В шкаф термостата 1 помещены исследуемые проводниковые материалы (R1R6). Значение натуральной температуры tн фиксируется при помощи ртутного термометра 4. Измерение значений электрических сопротивлений производится при помощи измерителя Е-7-13 (2). Исследуемые сопротивления подключаются к прибору при помощи переключателя 3.


  1. Порядок выполнения работы

  1. Ознакомится с установкой для измерения зависимости сопротивления образцов испытуемых проводниковых материалов от температуры.

  2. Под руководством преподавателя подключить к сети и отградуировать измеритель Е-7-13.

  3. Записать в табл. 5.1 геометрические параметры исследуемых проводниковых материалов.



Т а б л и ц а 5.1


Геометрические параметры исследуемых образцов проводниковых материалов


Положение

Материал

Параметры проводника

перклю-

проводника

длина,

диаметр,

площадь сечения

чателя




м

мм

мм2

1 - термо-датчик

Медь

41

0,335




2

Никель

14

0,5




3

Вольфрам

4,6

0,11




4

Железонике-левый сплав


3,5


0,25




5

Константан

30

0,07




6

Манганин

4,3

0,23





4.Измерить значение начальной температуры термошкафа (tн) ртутным термометром

5.Изменяя положение переключателя от 1 до 6 измерить значение сопротивлений образцов при начальной температуре. Результаты измерений записать в табл. 5.1.

6.Включить электронагреватель термостата. В процессе нагрева произвести измерения сопротивлений образцов проводниковых материалов не менее чем при четырех значениях температуры. Во время измерений сопротивлений нагреватель термостата необходимо отключать.

В качестве термодатчика используется образец из медного провода (положение переключателя 1), градуировочная функция которого представлена на рис. 5.2. Данные измерений сопротивления записать в табл. 5.2.

7. Используя экспериментальные данные, определить значения удельных сопротивлений проводниковых материалов по формуле



Результаты расчета записать в табл. 5.2


Рис. 5.2. Градуировочная функция термодатчика


Т а б л и ц а 5.2

Расчетные значения параметров сопротивлений


8. Определить для каждого образца значения температурного коэффициента удельного сопротивления  для наибольшего интервала температур, используя формулу (5.4). Сравнить полученные результаты со справочными данными.

9. Составить отчет по работе, который должен содержать цель работы, схему измерений, заполненные табл. 5.1, 5.2, графики зависимостей и выводы по работе.

^
Контрольные вопросы

1. Укажите причины зависимости электрического сопротивления проводниковых материалов от температуры

  1. Какой характеристикой определяется изменение сопротивления проводника от температуры?

  2. Какие металлические проводники имеют весьма незначительные значения температурного коэффициента сопротивления?

  3. В чем отличие электрической проводимости проводников первого рода от проводников второго рода?

  4. От каких факторов зависит удельная электрическая проводимость металлических проводников?

  5. Охарактеризуйте применение проводниковых материалов с теми или иными параметрами.


Л и т е р а т у р а : [1, с. 186-229].


Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 6

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДУГОСТОЙКОСТИ ТВЕРДЫХ

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ


  1. Цель работы


Изучить методику определения дугостойкости материалов и провести экспериментальные исследования дугостойкости твердых диэлектриков.


  1. ^ Общие положения


Следует знать, что под дугостойкостью электроизоляционных материалов понимают их способность длительно противостоять воздействию электрической дуги, сохраняя при этом в заданных пределах электрические и физико-химические характеристики.

Электрическая дуга может возникать в камерах контактов пакетных выключателей и других коммутационных аппаратов. В результате воздействия электрической дуги электроизоляционные материалы науглероживаются, растрескиваются и становятся непригодными для дальнейшего использования. В связи с этим материалы, подвергаемые в процессе эксплуатации воздействию электрической дуги, обязательно испытывают на дугостойкость.

Различают стойкость электроизоляционных материалов к действию электрической дуги при высоком (свыше 1000 В) переменном напряжении и малых токах при воздействии дуги, создаваемой постоянным напряжением до 1000 В.

Стойкость материалов к воздействию дуги переменного напря­жения определяется в соответствии с ГОСТ 10345. 1-78. Для этого два электрода, к которым приложено переменное напряжение, располагают вблизи поверхности испытуемого образца. Под воздействием электрической дуги в поверхностном слое электроизоляционного материала образуется токопроводящая перемычка между электродами. Сопротивление этой перемычки меньше, чем сопротивление воздушного промежутка между электродами. В связи с этим дуга шунтируется токопроводящей перемычкой и гаснет. Момент появления перемычки фиксируется по погасанию дуги. Таким образом, параметрами дугостойкости в данном случае являются время, необходимое для образования токопроводящей перемычки на исследуемом образце, и ток дуги.

Испытание материалов на стойкость к воздействию электрической дуги постоянного напряжения проводятся в соответствии с ГОСТ 10345. 2-78. Согласно утвержденной методике, на исследуемый образец воздействуют электрической дугой постоянного тока при напряжении между электродами 220 В. В зависимости от состояния испытуемого образца, в соответствии с табл. 6.1, определяется класс стойкости данного материала к воздействию электрической дуги постоянного напряжения.

Существующие методы испытаний позволяют лишь сравнить дугостойкость различных материалов, причем результаты испытаний, проводимых в лабораторных условиях, возможно, будут существенно отличаться от тех данных, которые могут быть получены в реальных условиях эксплуатации.


Таблица 6.1

Классы стойкости материалов к действию дуги постоянного напряжения до 100 В

Класс

Горение дуги при расстоянии между электродами менее или равном 20 мм

Токопроводящая перемычка в испытуемом материале


во время после охлаж-

горения дения образ-

дуги ца

Процесс, проте-кающий в испы-туемом мате-риале

L1

Не прекращается

Образуется

Сохраняется

Обугливается и горит

L2

Прекращается

То же

То же

Растре-скивае-тся

L3

Не прекращается

" – "

" – "

Деструкция не наблю-дается

L4

Прекращается

Не образу-ется

" – "

Плавится и испаря-ется

L5

Не прекращается

То же

" – "

Деструкция не наблю-дается

L6

Прекращается

" – "

" – "

То же


^ 6.3. Приборы и оборудование

Испытания на стойкость к действию дуги переменного тока проводят к установке, внешний вид которой изображен на рис. 6.1.

Установка содержит подставку 1, которая с помощью микрометрического винта может перемещаться в вертикальном направлении, и две стойки 2 с зажимами для крепления электродов 3. Все элементы установки расположены на основании 4. Электроды, исполь

зуемые для испытаний, снабжены вольф

рамовыми наконечниками, угол среза к

оси которых составляет 30. Расстояние

между электродами устанавливается 6,5

мм. Схема расположения электродов на

образце показана на рис. 6.2.

Принципиальная электрическая схема

прибора приведена на рис. 6.3. Электроды

подключаются ко вторичной обмотке по

вышающего трансформатора мощностью

1-2 кВА. Средняя точка вторичной об

мотки заземляется. Однако возможно ис

пользование трансформаторов с незазем

ленной средней точкой, но в этом случае

заземляется один из электродов.


Рис. 6.3 Принципиальная электрическая схема установки

Последовательно с электродами включено ограничительное сопротивление R. Величина тока, протекающего во второй цепи, контролируется миллиамперметром с пределами измерений 10 ... 100 мА. Для измерения напряжения на электродах используется вольтметр V. Время горения дуги фиксируется секундомером.

Для испытаний используются плоские материалы произвольной формы толщиной не менее 3 мм, площадь которых позволяет располагать электроды на расстояние не менее 8 мм от края образца. При проведении нескольких испытаний на одном образце расстояние между отдельными зонами испытаний должно быть не менее 15 мм.

За результат отдельного испытания применяется суммарное время в секундах от начала испытания до момента образования токопроводящей перемычки. За окончательный результат определения стойкости материалов к действию дуги переменного напряжения принимается среднее арифметическое время всех испытаний образцов.

Для материалов, у которых токопроводящая перемычка не образуется, а происходит их плавление или воспламенение, определяется глубина плавления или эрозии и время от начала испытаний до момента прекращения.

Для проведения испытаний на стойкость материалов к действию дуги постоянного тока используется источник, позволяющий получить напряжение 220  5 В с амплитудой пульсаций переменной составляющей, не превышающей 5 % (рис. 6.4). напряжение дуги контролируется вольтметром с погрешностью измерения 2 %. В связи с

тем, что погрешность миллиамперметра, предназначенного для измерения тока дуги, не нормируется, во время испытаний используется индикатор. Для ограничения тока служит резистор R, величина сопротивления которого 20 Ом.

Электрическая дуга возбуждается между угольными неомедненными круглыми электродами марки СК-8 диаметром 8 мм. Концы электродов затачи-

ваются на конус с углом при вершине 60. Вершины конусов закругляются до радиуса 0,4 ... 0,6 мм. Схема расположения электродов 1 на образце 2 показана на рис. 6.5. Установка содержит устройство, позволяющее раздвигать электроды

в процессе испытаний со

скоростью 1 мм/с. Расстояние между

электродами фиксируется по шкале.

Для испытаний используются плоские образцы толщиной 12 мм круглой или квадратной формы. Диаметр круга или сторона квадрата должна быть менее 80 мм. При толщине испытуемого материала менее 12 мм допускается складывать несколько образцов плотной стопкой до получения требуемой толщины.

По результатам испытаний материал относят к одному из шести классов. Критерии выбора класса материала приведены в табл.6.1


  1. Порядок выполнения работы

1. Для испытаний на стойкость материалов к действию электрической дуги переменного тока установить электроды 3 на подставку 1 в соответствии с рис. 6.2. Затем подставку отвести вниз от электродов на расстояние 15 мм.

2. В присутствии преподавателя включить выключатель и с помощью автотрансформатора Т1 повысить напряжение до разряда в воздухе между электродами. После регулирования выключатель отключить.

3. Расположить испытуемый электроизоляционный материал на подставке 1 и и помощью микрометрического винта поднять до соприкосновения образца 5 с электродами 3.

4. Выключить выключатель S. В момент возникновения дуги между электродами выключить секундомер. При переходе дуги на поверхность образца или образовании на поверхности материала токопроводящей перемычки секундомер включить и отключить напряжение. Результат испытаний записать в табл. 6.2.


Т а б л и ц а 6.2

Результаты экспериментальных исследований стойкости диэлектриков к действию электрической дуги переменного напряжения.


Наименование диэлектрика

Напряжение на вторичной обмотке

Ток дуги, мА

Время горения дуги, с

Дугостойкость образца, с


5. Измерить место расположения электродов на образце и повторить испытание по пп. 3, 4.

6. По результатам шести испытаний каждого образца определить их дугостойкость. Результаты записать в табл. 6.2.

7. Для испытаний на стойкость материалов к действию электрической дуги постоянного тока расположить исследуемый образец горизонтально плоской поверхностью вплотную к электродам в соответствии с рис. 6.5.

8. В присутствии преподавателя включить напряжение и одновременно включить устройство раздвижения электродов. При достижении расстояния между электродами 20 мм их раздвижение прекратить и отключить напряжение.

9. Не меняя положение электродов, через 1 мин включить напряжение на 2 ... 3 с и определить наличие или отсутствие токопроводящей перемычки.

10. По результатам испытаний в соответствии с табл. 6.1 определить класс дугостойкости исследуемого материала. Результаты записать в табл. 6.3.

Т а б л и ц а 6.3


Результаты экспериментальных исследований стойкости диэлектриков к действию электрический дуги постоянного напряжения

Горение дуги при расстоянии между электродами менее или равном 20 мм

Токопроводящая пере-мычка в испытуемом материале

Процесс, протекающий в испытуемом материале

Класс




во время горения дуги

после охлаждения образца







  1. Составить отчет о работе, который должен содержать формулировку цели работы, принципиальные электрические схемы измерений дугостойкости, заполнение табл. 6.2, 6.3 и выводы по работе.



1   2   3

Схожі:

Харьковская государственная академия iconХарьковская государственная академия городского хозяйства
...
Харьковская государственная академия iconМинистерство образования и науки украины харьковская государственная академия городского хозяйства
Методические указания к выполнению курсовой работы «Проектирование совмещенного производства каменных и монтажных работ» (для студентов...
Харьковская государственная академия iconМетодические указания по плаванию для студентов групп отделений общей физической подготовки и спортивного совершенствования
Рецензент: доц., канд пед наук В. В. Шадрина (Харьковская государственная академия физической культуры и спорта)
Харьковская государственная академия iconМинистерство образования и науки Украины Харьковская национальная академия городского хозяйства
Харьковская национальная академия городского хозяйства по учебной дисциплине «водоотведение»
Харьковская государственная академия iconХарьковская государственная академия городского хозяйства
Индивидуальные задания и исходные данные к выполнению курсового проекта по курсу “Механика грунтов, основания и фундаменты” (для...
Харьковская государственная академия iconМинистерство образования и науки украины харьковская государственная академия городского хозяйства р. С. Ладыженская экономика туризма
Р. С. Ладыженская. Экономика туризма: Учебное пособие для студентов специальностей гостиничного хозяйства и туризма. – Харьков, 2003....
Харьковская государственная академия iconХарьковская государственная академия городского хозяйства пособие к практическим занятиям и курсовой работе по технологии очистки сточных вод и микробиологии.
Пособие к практическим занятиям и курсовой работе по “Технологии очистки сточных вод и микробиологии” (для студентов 3-4 курсов всех...
Харьковская государственная академия iconОдесская государственная академия строительства и архитектуры
Влияние масштабного фактора на формирование технологической повреждённости бетона
Харьковская государственная академия iconШеремет А. И. Донбасская государственная машиностроительная академия
Усовершенствование автоматизированной электромеханической системы для виброобработки металлических деталей
Харьковская государственная академия iconПервое информационное письмо уважаемые коллеги!
Нижегородская государственная медицинская академия мз РФ при поддержке министерства образования нижегородской области
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи