Studia dzienne - semestr III

Laboratorium Inżynierii Materiałów Elektrotechnicznych

r

Ćwiczenie nr 2

Temat: Badanie wytrzymałości dielektrycznej dielektryków stałych przy napięciu przemiennym i stałym.

1. Zakres badań:

• badanie próbek o różnych wymiarach

• wyznaczenie charakterystyki U=f(d), d - wymiar próbki

• sprawdzenie wpływu rodzaju napięcia (AC, DC ) na wytrzymałość

• wpływ biegunowość elektrod na napięcie przeskoku

2. Wstęp do ćwiczeń.

2.1 Wytrzymałość dielektryków stałych.

Wytrzymałość dielektryków stałych, podobnie jak cieczy i gazów, jest określona za pomocą napięcia lub naprężenia przebicia. Przebicie dielektryka stałego oznacza jednak trwałą utratę właściwości izolacyjnych, a zatem jego zniszczenie. Określenie krytycznej wartości naprężenia jest utrudnione zarówno ze względu na dużą różnorodność dielektryków (zwłaszcza ich strukturę), jak i ograniczoną powtarzalność warunków narażeniowych.

Wytrzymałość materiału, określana na podstawie próbek, nie jest miarodajna do określenia wytrzymałości układu izolacyjnego.

Wynikające z geometrycznego rozkładu naprężenia są silnie zakłócane nie tylko przez wewnętrzne czynniki strukturalne, ale również przez wiele czynników zewnętrznych, do których należą: rodzaj naprężeń (zmienne, stałe, impulsowe), czas oddziaływania naprężenia, wyładowania niezupełne(wewnętrzne i zewnętrzne), temperatura, ciśnienie i wilgotność.

2.2 Mechanizm przebicia dielektryków:

Mechanizm elektryczny - występuje wówczas, gdy dielektryk jest czysty i jednorodny, nie ma możliwości powstania wyładowań zewnętrznych i są kontrolowane warunki środowiskowe, a więc gdy rozwój wyładowania zależy wyłącznie od właściwości materiału i temperatury. Wyładowanie to ma charakter elektronowy, a do jego wystąpienia niezbędne jest natężenie pola rzędu 10 kV * cm' i obecność co najmniej jednego elektronu w paśmie przewodnictwa. - Mechanizm cieplny - występuje wówczas, gdy dielektryk rozgrzewa się pod

wpływem prądów upływu i strat polaryzacyjnych, a więc gdy dostarczone do niego ciepło Qi staje się większe niż ciepło Cj2 oddane przez układ do otoczenia, tzn.

Qi-Q₂=Qt^0

Mechanizm jonizacyjno-starzeniowy - występuje wówczas gdy wytrzymałość dielektryka maleje wskutek wyładowań niezupełnych (wewnętrznych i zewnętrznych) lub pod wpływem starzenia cieplnego i elektrochemicznego.

2.3 Wysokie napięcie stałe - parametry i zastosowanie.

Wysokie napięcie stałe jest stosowane znacznie rzadziej w próbach i badaniach układów izolacyjnych niż inne napięcia probiercze. Jego parametry nie są objęte normami. Wysokie napięcie stałe charakteryzują następujące parametry:

Wysokość napięcia U określa się przez jego wartość średnia (dla napięcia idealnie

stałego wartości: skuteczna, maksymalna, i średnia są równe).

Biegunowość napięcia

Zmienność lub pulsacja napięcia

Współczynnik zmienności napięcia wyliczony w procentach ze wzoru:

W=(U_m-U_mi_n/U)* 100 gdzie U_m , U_mj_n , oraz U są odpowiednio wartościami maksymalną, minimalną i średnią napięcia wyprostowanego. Wysokie napięcie stałe stosowane jest do prób napięciowych układów izolacyjnych o dużej pojemności (np. kabli), do badań naukowych w dziedzinie wytrzymałości elektrycznej dielektryków i układów oraz do wytwarzania napięć udarowych.

3. Układ pomiarowy (schemat transformatora probierczego).

©—;£.

Stanowisko probiercze w omawianym ćwiczeniu wyposażone jest w transformator WPT

4,4/100.

Pomiar napięcia przemiennego odbywa się za pomocą urządzenia do pomiaru wartości

szczytowej typu WMU 6, które zostaje połączone z odczepami pomiarowymi

transformatora probierczego.

Przyrząd wskazujący napięcie wyposażony jest w przekaźnik z opadającym kabłąkiem, co umożliwia „zapamiętanie" wartości pomiarowej występującej w chwili przebicia lub przeskoku.

4. Przebieg ćwiczenia.

a) pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków (AC):
dielektryk płaski:

dielektryk o długości cm

dielektryk o długości cm

dielektryk o długości cm

dielektryk o długości cm

dielektryk o długości cm

2. pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków (DC-):

3. pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków (DC+):

4. pomiar napięcia przeskoku powietrza przy rożnych wymiarach dielektryków (AC):

5. pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków (DC-):

6. pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków (DC+):

7. pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków drążek izolacyjny pusty (AC):

h) pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków

drążek izolacyjny pusty (DC-):

i) pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków

drążek izolacyjny pusty (DC+):

j) pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków

drążek izolacyjny pełny (AC):

k) pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków

drążek izolacyjny pełny (DC-):

1) pomiar napięcia przeskoku dielektryków przy rożnych wymiarach dielektryków

drążek izolacyjny pełny (DC+):

5. Wnioski.

Szczegółowo porównać charakterystyki napięciowo-odległościowe otrzymane dla badanych układów. Wyznaczyć charakterystyki U=f(d). Porównać wpływ rodzaju napięcia ( AC, DC ) na wytrzymałość dielektryków.

Literatura:

Zbigniew Gacek - "Technika wysokich napięć"

Jerzy Skubis - "Wybrane zagadnienia z techniki i diagnostyki wysokonapięciowej"

---