Методические указания к лабораторным работам по курсу «электротехнические материалы» для студентов ІІ курса дневной и заочной форм обучения специальностей 090. 603, 090. 605, 0922. 02 (стр. 7 из 9)
ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
6.1. Цель работы
Изучить методику определения дугостойкости материалов и провести экспериментальные исследования дугостойкости твердых диэлектриков.
6.2. 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
6.4. 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