ЭЛЕКТРОТЕХ МАТЕРИАЛЫ ЛАБ_ РАБОТ

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Электроснабжение транспорта»

А.И. Кульмановский

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Сборник лабораторных работ

Рекомендовано Методическим советом ДВГУПС в качестве учебного пособия

Хабаровск Издательство ДВГУПС

2005

УДК 621.3-03 (075.8)

ББК З23 я 73

К 906

Рецензенты:

Кафедра «Электротехника»

Хабаровского государственного технического университета (заведующий кафедрой доктор физико-математических наук,

профессор А.П. Кузьменко)

Начальник производственной лаборатории испытаний и измерений ОАО «Хабаровская горэлектросеть»

В.Л. Ридель

Кульмановский, А. И.

К 906 Электротехнические материалы : сб. лаб. работ / А. И. Кульма- новский. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2005. – 101 с. : ил.

Сборник лабораторных работ соответствует дисциплине «Электро- технические материалы» по государственному образовательному стан- дарту направлений 657700 (190400) «Системы обеспечения движения поездов» и 650900 (140200) «Электроэнергетика».

В сборнике рассмотрены теоретические вопросы, методики прове- дения испытаний, электроизоляционных материалов, а также вопросы электробезопасности при проведении лабораторных работ на установ- ках высокого напряжения.

Предназначен для студентов второго курса дневной и третьего курса заочной форм обучения специальностей 100100 (140204), 100200 (140205), 100400 (140211) и третьего курса дневной формы обу-

чения специальности 101800 (190401), изучающих дисциплину «Элек- тротехнические материалы».

УДК 621.3-03 (075.8) ББК 323 я 73

© ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС), 2005

2

ВВЕДЕНИЕ

Электротехнические материалы разделяются на четыре группы: про- водниковые, полупроводниковые, магнитные и электроизоляционные диэлектрики.

Проводниковые материалы большой удельной электрической прово-

димости используются в электротехнических устройствах в качестве проводников электрического тока: всевозможные обмотки в машинах, аппаратах и приборах, контактные узлы, провода и кабели для передачи и распределения электрической энергии, в том числе и в линиях связи.

Полупроводниковые материалы занимают по удельной проводимо- сти промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Осо-

бенности свойств полупроводников позволяют широко использовать их в различных отраслях электротехники: в технике связи в широком диапа- зоне частот, в различных устройствах радиоэлектроники и в технике сильного тока. Их применяют в выпрямителях, в фотодатчиках, в каче- стве специальных источников тока и так далее.

Магнитные материалы отличаются способностью усиливать магнит- ное поле, в которое их помещают, то есть обладают большой магнитной проницаемостью. Они используются для изготовления магнитопроводов в электрических машинах и в трансформаторах, для экранирования маг- нитного поля, а также в виде постоянных магнитов, создающих вокруг себя магнитное поле.

Электроизоляционные материалы отличаются очень малой удельной электрической проводимостью. Количественно разница между проводи- мостью диэлектриков и проводников настолько велика, что она обуслов- ливает и качественную разницу между ними. В диэлектриках преобла- дают не электродинамические явления, характеризующиеся направлен- ным движением огромного числа свободных зарядов (электронов или ионов), а электростатические, характеризующиеся наличием электриче- ского поля. Реальные диэлектрики имеют некоторое (очень малое) коли- чество свободных зарядов и, как следствие, отличающуюся от нуля про- водимость. Электродинамические явления в нормальных условиях ра- боты диэлектрических материалов выражены очень слабо. Диэлектрики служат для изоляции друг от друга различных токопроводящих деталей, находящихся под разными потенциалами, или для создания электриче- ской емкости в конденсаторах.

От свойств электротехнических материалов зависят условия и на- дежность работы электроустановок, в которых они используются. Для

исследования этих свойств применяется большое количество методов и технических средств. Часть из них описана в настоящем цикле лабора- торных работ.

3

Основной целью лабораторных работ является ознакомление сту-

дентов с методами измерения удельных характеристик изоляционных материалов при приложении высокого напряжения.

При выполнении лабораторных работ студенты приобретают навыки по исследованию влияния различных факторов (толщина изоляции, температура и давление окружающей среды, форма тока испытательно- го напряжения, форма электродов и др.) на величины удельных харак- теристик изоляционных материалов и закрепляют теоретические знания.

Результаты испытаний, их обработка и выводы оформляются в виде отчета самостоятельно каждым студентом.

По каждой лабораторной работе предусматривается индивидуаль- ный отчет перед преподавателем.

При выполнении лабораторных работ необходимо строго соблюдать методику, точность определения измерений, а также правила техники безопасности.

4

1. ОПИСАНИЕ УСТАНОВОК ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОВЫШЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

1.1.Описание и руководство по эксплуатации испытательной установки АИД-70

Аппарат типа АИД-70 предназначен для испытания изоляции сило- вых кабелей и твердых диэлектриков выпрямленным электрическим на- пряжением, а также для испытания твердых диэлектриков синусоидаль- ным электрическим напряжением частотой 50 или 60 Гц.

Технические характеристики аппарата указаны в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Технические характеристики аппарата АИД-70

Параметры аппарата на выпрямленном напряжении в продолжительном режи-

ме при номинальном значении напряжения сети

Параметры аппарата на переменном напряжении в продолжительном режиме при номинальном значении напряжения сети

Параметры аппарата на переменном напряжении в повторно-кратковременном режиме с продолжительностью включения (ПВ) 17% и длительностью цикла 6 мин при номинальном значении напряжения сети

1.1.1. Устройство и принцип работы

Конструкция аппарата выполнена в виде переносного пульта управ- ления и источника испытательного напряжения.

Источник испытательного напряжения (рис. 1.1) включает в себя вы- соковольтный трансформатор, высоковольтный выключатель, высоко- вольтные резисторы и выпрямительные столбы, помещенные в бак, за- полненный трансформаторным маслом. Испытательное напряжение из

5

бака выводится посредством специального высоковольтного изолятора, к которому присоединяется испытываемый объект. Под кожухом источ- ника испытательного напряжения находятся электромагнит замыкателя, конденсаторы и разрядники.

Для соединения источника испытательного напряжения аппарата АИД-70 с пультом управления используются зажимы крепления, пока- занные на (рис. 1.1)

Рис. 1.1. Источник испытательного напряжения аппарата

АИД-70: 1 – зажим для подсоединения испытательного

объекта; 2 – замыкатель высоковольтного ввода; 3 – уп- лотнительное кольцо; 4 – гайка крепления ручки и кожуха; 5 – клемма заземления; 6 – кожух

Пульт управления (рис. 1.2) включает в себя регулятор испытатель- ного напряжения, печатную плату, разъемы для подсоединения сетевого кабеля и кабелей источника испытательного напряжения, компенсаци- онный трансформатор, предохранители и другие элементы электриче- ской схемы. Передняя и задняя шторки пульта сделаны откидывающи- мися для удобства ремонта и регулировки.

На лицевой панели пульта (рис. 1.2) расположены:

–микроамперметр 2;

–миллиамперметр 4;

–киловольтметр 3;

–зеленая сигнальная лампа (включение сети) 5;

–красная сигнальная лампа (включение испытательного напряжения) 6;

–кнопка включения испытательного напряжения 7;

6

–кнопка выключения испытательного напряжения 8;

–ручка регулятора испытательного напряжения 9;

–тумблер переключения градуировки киловольтметра 10;

–кнопка 11, шунтирующая микроамперметр.

На правой стороне пульта расположен переключатель 1 вида испы- тательного напряжения и включения аппарата в сеть.

Рис. 1.2. Пульт управления аппарата АИД-70

Электрическая принципиальная схема аппарата АИД-70 показана на (рис.1.3). Работа и взаимодействие элементов аппарата осуществляется следующим образом. Напряжение питающей сети подводится к пульту управления посредством сетевого кабеля, снабженного штепсельным разъемом, далее через предохранители FU1, FU2 подается на пуска- тель КМ1 и переключатель SA1. При установке переключателя SA1 в положение «~» или «−» срабатывает пускатель КМ1 и электромагнит замыкателя QK1, при этом загорается зеленая сигнальная лампа HL2. Высоковольтный выключатель SA2 срабатывает только при установке переключателя SA1 в положение «~». В данном случае столбы VD1 и VD2 шунтируются, и на выходе источника испытательного напряжения присутствует переменное напряжение.

7

Рис. 1.3. Электрическая принципиальная схема аппарата АИД-70

Включение испытательного напряжения производится нажатием кнопки SB1, при условии, что щетка регулятора напряжения находится в нулевом положении (контакт SQ1 замкнут), срабатывает пускатель КМ2, и питание подается на первичные обмотки трансформаторов TV1 и TV3, при этом загорается красная сигнальная лампа HL1.

Величина испытательного напряжения устанавливается при помощи ручки регулятора напряжения TV1, а контролируется киловольтметром

PV1.

Трансформатор TV2 совместно с резисторами R3,R4 и диодом VD11

предназначен для компенсации токов утечки источника испытательного напряжения. Ток нагрузки при работе на выпрямленном напряжении до 1000 мкА измеряется микроамперметром РА1, а выше 1000 мкА – мил- лиамперметром РА2.

Высоковольтные резисторы R1 и R2 служат для измерения испыта- тельного напряжения.

Измерительный прибор PV1 (киловольтметр) при работе источника

испытательного напряжения на переменном напряжении градуируется при помощи резистора R7; при работе на выпрямленном напряжении: на холостом ходу – резистором R5, а при испытании силовых кабелей или емкостной нагрузки – сопротивлением R6.

Реле KV1 служит для переключения резисторов, шунтирующих изме- рительный прибор PV1; резисторов, шунтирующих обмотку реле КА1, а также для шунтирования измерительных приборов РА1 и РА2 при рабо- те источника на переменном напряжении.

Для защиты аппарата от токов перегрузки служит реле КА1. При ра- боте источника на выпрямленном напряжении реле КА1 срабатывает при токах нагрузки, находящихся в пределах 13÷14 мА, а при работе на переменном напряжении – при токах нагрузки в пределах 46÷47 мА.

После окончания испытания силового кабеля, а также в случае емко- стной нагрузки, при отключении испытательного напряжения кнопкой SB2 отключаются пускатель КМ2, высоковольтный выключатель SA2, и

остаточный емкостной заряд кабеля или другого испытуемого объекта разряжается через вторичную обмотку трансформатора TV3 на землю. При этом отсутствие остаточного заряда следует контролировать при- бором PV1– киловольтметром.

Для производства некоторых видов лабораторных работ («Исследо- вание электрической прочности твердых диэлектриков и явлений разря- да по поверхности»), где требуется меньшая мощность испытательного трансформатора и контроль низких значений испытательного напряже- ния (до 10 кВ), в схему аппарата включены лабораторный вольтметр PV2 и лабораторный реостат R10 (рис. 1.4).

9

Рис. 1.4. Изменения в схеме аппарата АИД-70

1.1.2. Порядок проведения испытаний

1.Перед включением испытательной установки необходимо убедить-

ся в правильности собранной схемы и закрыть дверь высоковольтной камеры.

2.Вставить спецключ от аппарата в переключатель 1 пульта управ- ления (см. рис. 1.2) и включить необходимый вид испытательного на- пряжения, при этом должен загореться зеленый сигнал 5;

3.При работе на выпрямленном напряжении «−», во избежание выхода из строя источника, а также для правильного измерения величины испыта- тельного напряжения строго следить за положением тумблера 10 «kV».

4.Вращая ручку регулятора 9 испытательного напряжения против часовой стрелки, установить ее в исходное положение до упора.

5.Включить испытательное напряжение кнопкой 7 «¤», при этом должен загореться красный сигнал 6;

6.Вращая ручку регулятора испытательного напряжения по направ- лению движения часовой стрелки и наблюдая за показаниями кило- вольтметра, установить необходимую величину испытательного напря- жения. При испытании емкостных объектов необходимо помнить, что после прекращения вращения ручки регулятора напряжения испыта- тельное напряжение на объекте продолжает увеличиваться (стрелка ки- ловольтметра продолжает отклоняться) по мере зарядки емкости. В та-

ких случаях подъем напряжения следует осуществлять медленно и плавно, не допуская превышения нормированной величины испытатель- ного напряжения на объекте, а также наибольшего рабочего напряжения аппарата, равного 70 кВ.

7.При работе на выпрямленном испытательном напряжении «−» из- мерение тока нагрузки величиной до 1 мА следует производить микро- амперметром, при этом необходимо нажать кнопку 11, шунтирующую этот прибор.

8.После окончания испытания необходимо ручку регулятора испыта- тельного напряжения 9, вращая ее против движения часовой стрелки,

10