ИНСТРУКТИВНОР-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
По проведению лабораторной работы №4
Дисциплина: «Техника высоких напряжений»
По теме: «Определение электрической прочности конденсаторной бумаги»
Севастополь 2005 г.
«Утверждаю»
Заведующий кафедрой
«Электрических сетей и
систем электропотребления»
к.т.н., доцент
В.Г. Слюсаренко
«____»______________200__г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
по дисциплине:
«Техника высоких напряжений»
Время _________ Место проведения ___________
Тема: Определение электрической прочности конденсаторной бумаги.
Цель: Изучение методики определения электрической прочности электротехнической бумаги; исследование влияния на электрическую прочность числа слоев диэлектрика, пропитки бумаги трансформаторным маслом и площади электродов.
План
Лабораторного занятия №4.
1.Вводная часть _____мин.
2.Основная часть _____мин.
а) Ознакомление с электрической схемой лабораторной установки, содержанием работы и правилами техники безопасности при ее проведении _____мин.
б) Проведение исследований электрической прочности одного и нескольких слоев конденсаторной бумаги при переменном напряжении промышленной частоты и при постоянно выпрямленном напряжении.
______мин.
в) Отработать данные измерений по определению зависимости Uпр=ƒ(d), где d- толщина одного слоя конденсаторной бумаги и при n- слоев dn. ______мин.
г) Рассчитать значения пробивных напряжений Uпр.расч . по формулам. ______мин.
д) Проанализировать зависимость Uпр=ƒ(d) для различных видов конденсаторной бумаги. Сделать выводы.
3.Заключительная часть. ______мин.
По результатам проведения лабораторной работы студенты должны
Знать:
1.Зависимость электрической прочности диэлектрика (конденсаторной бумаги) от пробивного напряжения и толщины диэлектрика.
2.Виды и особенности теплового и электрического пробоя твердых диэлектриков.
3.Зависимость пробивного напряжения от толщины и от количества слоев бумажной изоляции.
4.Зависимость электрической прочности от площади электродов и от температуры окружающей среды.
Уметь:
1.Разбираться в принципиальной схеме установки высокого напряжения с испытательным трансформатором ИОМ 75/35 и высоковольтным выпрямителем.
2.Выполнять требования ТБ при проведении исследований.
3.Готовить и проводить исследования по заданию к лабораторной работе.
4.Обрабатывать результаты экспериментов и делать выводы по вопросам влияния формы электродов, температуры окружающей среды, толщины и количества слоев бумажной изоляции на величину пробивных напряжений.
Литература:
1.Техника высоких напряжений: Лабораторный практикум (под ред. М.Е. Иерусалимова)-К.: Вища школа. Главное издательство, 1987.- 216 с.
I. Теоретические положения
Твердые диэлектрики являются неотъемлемой частью изоляционных конструкций, поэтому вопрос о предельных напряженностях электрического поля в диэлектриках является определяющим надежность работы изоляции при воздействии на нее высокого напряжения.
Величина напряженности электрического поля, при которой диэлектрик теряет свои изоляционные свойства и пробивается, носят название электрической прочности диэлектрика. Электрическая прочность связана с величиной пробивного напряжения Uп и толщиной диэлектрика d соотношением
,
справедливым для однородного электрического поля.
Характерной особенностью твердых диэлектриков (в отличие от жидких или газообразных) является то, что после пробоя они не восстанавливают своих изоляционных свойств.
Электрическая прочность диэлектриков определяется их структурой. Неоднородные материалы имеют, как правило, пониженную электрическую прочность. Пропитка целлюлозных материалов жидким диэлектриком значительно повышает их электрическую прочность. Например, непропитанная кабельная бумага имеет электрическую прочность (3...5) 106 В/м, а пропитанная трансформаторным маслом –(4...8)107В/м.
Для обеспечения надежной работы твердых диэлектриков приложенное к ним рабочее напряжение Uр должно быть ниже пробивного Uп. Отношение Uп/ Uр носит название коэффициента запаса и для каждой конструкции устанавливается в зависимости от физико-химических свойствдиэлектрика и условий работы.
По характеру развития различают два основных вида пробоя: тепловой и электрической.
Тепловой пробой твердых диэлектриков развивается в случае их нагрева за счет диэлектрических потерь и выделения теплоты в токоведущих элементах конструкции. В результате повышения температуры увеличивается тангенс угла диэлектрических потерь и проводимость диэлектрика при постоянном напряжении, что приводит к его дальнейшему нагреву. Если теплоотдача в окружающую среду компенсирует выделение теплоты, то устанавливается тепловое равновесие и дальнейший нагрев прекращается. В противном случае диэлектрик нагревается до температуры, при которой происходит его расплавление, растрескивание, обугливание. Обычно в зоне наибольшей температуры в диэлектрике прогорает канал, в котором происходит пробой. Увеличение теплопроводности диэлектрика и теплоотдачи с его поверхности приводит к повышению пробивного напряжения.
Пробивное напряжение зависит от толщины диэлектрика, а в случае бумажной изоляции – от количества ее слоев. В тонких слоях твердых диэлектриков вследствие их неоднородности наблюдается уменьшение электрической прочности, если размер частиц неоднородности соизмерим с толщиной диэлектрика. При использовании многослойного диэлектрика вероятность совпадения слабых мест уменьшается и прочность изоляции растет. Однако при дальнейшем возрастании числа слоев или толщины диэлектрика наблюдается некоторое снижение электрической прочности, что можно объяснить ухудшением условий теплоотвода от внутренних слоев диэлектрика.
Электрическая прочность зависит также от площади электродов. Увеличение площади электродов приводит к снижению Еn, что связано с увеличением вероятности попадания слабых мест диэлектрика под электрод. Эта зависимость резко проявляется для бумаг, лакотканей, пленок.
На прочность диэлектрика влияет температура окружающей среды – чем она выше, тем больше тангенс угла диэлектрических потерь, тем ниже прочность диэлектрика.
Если количество теплоты, выделяющейся в диэлектрике под действием электрического поля, незначительно, то тепловой пробой невозможен. Нарушение электрической прочности в этих случаях связано с электрически характером пробоя. Электрический пробой возникает при кратковременных импульсных воздействиях напряжений, малых диэлектрических потерях и интенсивном охлаждении диэлектрика при низких температурах окружающей среды. Электрический пробой связан с ударной ионизанией электронами и разрушением диэлектрика силами приложенного к нему поля. В однородном поле электрический пробой наступает при напряженностях порядка 108...109 В/м.
В неоднородном электрическом поле пробой наступает, когда вблизи одного или обоих электродов напряженность электрического поля достигает критического значения. Так как у поверхности электродов, имеющих большую кривизну, напряженность электрического поля высока, то критическая напряженность достигается при относительно невысоких напряжениях. Поэтому пробивное напряжение твердого диэлектрика в неоднородном поле значительно ниже, чем в однородном. В условиях неоднородного электрического поля напряженность поля у электродов слабо зависит от расстояния между ними. Поэтому увеличение толщины диэлектрика мало сказывается на повышении пробивного напряжения.
Характер электрического поля в диэлектрике определяется прежде всего формой электродов. Так, для плоских электродов в области краев происходит увеличение напряженности.