Badanie wytrzymalosci elektrycznej papieru.pdf

U niwersytet T echnologiczno- P rzyrodniczy

w Bydgoszczy

W ydział T elekomunikacji i E lektrotechniki

Z akład E lektroenergetyki

Laboratorium Materiałów Elektrotechnicznych

Instrukcja do ć wiczenia

Badanie wytrzymałoŚci elektrycznej papieru

Opracował mgr in Ŝ . Sebastian Zakrzewski

Bydgoszcz, 2006 r.

1. Wprowadzenie

Napięcie przebicia U p jest to najmniejsza wartość skuteczna napięcia

przyłoŜonego do próbki przy której następuje jej przebicie. Wytrzymałość

dielektryczna materiału E p jest to iloraz uzyskanego napięcia przebicia U p

i grubości d [4].

(1)

p =

Wytrzymałość dielektryczna materiałów izolacyjnych stałych jest

ograniczona przez zjawisko przebicia elektrycznego. Przebicie to jest

wyładowaniem zupełnym, powodującym trwałe zniszczenie materiału

stałego. Powstaje kanał przebicia, którego wytrzymałość dielektryczna

w odróŜnieniu od wytrzymałości dielektrycznej oleju izolacyjnego nie

regeneruje się. W materiałach organicznych powstaje zwęglony kanał

o znacznej konduktywności. Niekiedy izolacja (np. ceramiczna) pęka,

zostaje rozbita lub spalona.

MoŜna rozróŜnić następujące mechanizmy przebicia [3]:

a) mechanizm elektryczny,

b) mechanizm starzenia,

c) mechanizm cieplny.

O wytrzymałości elektrycznej dielektryka mogą decydować efekty

krawędziowe, które mogą wystąpić na skutek niedokładnego wypełnienia

materiałem stałym przestrzeni między elektrodami. W takim przypadku

przy krawędzi elektrod występuje inny niepoŜądany materiał (np.

powietrze) o małej przenikalności.

JeŜeli napięcie przyłoŜone do układu elektrod jest dostatecznie duŜe

to w powietrzu między elektrodą i materiałem izolacyjnym stałym powstaje

wyładowanie samodzielne. Wyładowania te mogą być uwaŜane za

niezupełne dopóki materiał izolacyjny stały wytrzymuje pełne napięcie.

Jednak elektrony pochodzące z wyładowań samodzielnych w powietrzu

mogą przenikać do materiału izolacyjnego stałego i przyśpieszać

elektryczny mechanizm przebicia. MoŜe takŜe występować nagrzewanie

materiału stałego przez wyładowanie niezupełne i wynikający z tego udział

tych wyładowań w cieplnym mechanizmie przebicia. Szkodliwe

oddziaływanie chemiczne produktów wyładowań moŜe teŜ przyśpieszyć

mechanizm starzenia.

JeŜeli dwa (lub więcej) materiały izolacyjne pracują w taki sposób,

Ŝe ich powierzchnie graniczne są prostopadłe do linii pola elektrycznego,

to jest to układ warstwowy o szeregowej współpracy dielektryków (rys.

1).

Rys. 1. Uwarstwienie dielektryków prostopadle do linii sił pola elektrycznego:

k, h - elektrody płaskie,

a, b - dielektryki o przenikalności elektrycznej E a i E b ,

K a , K b - natęŜenie pola elektrycznego w dielektrykach a i b.

NatęŜenie pola elektrycznego K a i K b z obu stron kaŜdej

powierzchni granicznej jest odwrotnie proporcjonalne do przenikalności

elektrycznej E a i E b uŜytych materiałów:

(2)

Z zaleŜności (2) wynika, iŜ materiał o mniejszej wartości

przenikalności dielektrycznej jest silniej napręŜony.

Odpowiednią grubość izolacji często uzyskuje się przez nałoŜenie

wielu warstw bibułki, ceratki, miki lub innych materiałów, które następnie

nasyca się syciwem, olejeni lub lakierem izolacyjnym. W przypadku, gdy

np. izolacja papierowo-olejowa jest niedostatecznie nasycona olejem, to

natęŜenie pola elektrycznego K 1 w szczelinie powietrznej jest E 2 r razy

większe od natęŜenia pola elektrycznego K 2 w dielektryku stałym:

(3)

= E

r ×

gdzie: E 2 r - przenikalność elektryczna względna materiału izolacyjnego

stałego.

Przy często spotykanych wartościach 3 £ E 2 r £ 8 łatwo powstają

wyładowania samodzielne w szczelinach powietrznych.

2. Przebieg Ćwiczenia

2.1. Układ pomiarowy

Rys. 2. Schemat połączeń układu pomiarowego.

Al, A2 - elektrody do badań materiałów warstwowych,

- badana próbka,

- naczynie napełnione olejem,

- komora wysokiego napięcia,

- transformator probierczy,

- autotransformator regulujący,

- woltomierz,

- rezystor ograniczający,

- rezystor bocznikujący,

- przekaźnik nadprądowy zabezpieczenia prądowo zwarciowego,

- przełącznik czułości zabezpieczenia,

- stycznik główny,

- łącznik krańcowy,

Pl, P2

- przyciski załączania i wyłączania układu,

- uziemiacz.

2.2. Przygotowanie próbek

Próbki powinny być złoŜone z m prostokątnych arkuszy (warstw)

papieru o krótszym boku g > 10 cm. Składanie naleŜy wykonać w stanie

zanurzenia tych arkuszy w oleju.

Do badania papieru nie zanurzonego w oleju naleŜy wykorzystać

elektrodę Al (górną) umytą w rozpuszczalniku i dokładnie wysuszoną,

natomiast na elektrodzie A2 naleŜy połoŜyć dodatkową płytkę naleŜącą do

wyposaŜenia stanowiska.

Za grubość d a badanego papieru naleŜy przyjąć średnią arytmetyczną

z pięciu pomiarów grubości papieru wykonanych przy pomocy śruby

mikrometrycznej.

2.3. Sposób wykonania pomiarów

Próbkę izolacji przygotowaną zgodnie z 2.2. umieścić między

elektrodami Al i A2 po czym wyznaczyć napięcie przebicia U pm . W ten

sposób przebadać pięć próbek złoŜonych z tej samej liczby m arkuszy.

Odczytane z woltomierza V napięcia U v (odpowiadające napięciom U pm 1 ,

U pm 2 ..... U pm 5 ) wpisać w kolumnę 7 tabeli. Pomiary wykonać dla próbek izolacji

złoŜonych z 1 , 2 . . . m . . . n arkuszy papieru. Za n naleŜy uznać największą

liczbę arkuszy w próbce przy której jeszcze udaje się uzyskać przebicie

próbki podnosząc napięcie między elektrodami Al i A2 do wartości

30 kV (lub do innej podanej przez prowadzącego ćwiczenie).

Wytrzymałość

skrośna

próbki

moŜe

okazać

się

większa

wytrzymałości powierzchniowej. W takim przypadku kanał wyładowania

zupełnego rozwija się po powierzchni próbki.

Podczas badania próbek nie zanurzonych w oleju naleŜy za n przyjąć taką

samą liczbę jak dla próbki w oleju. Wartość napięcia probierczego naleŜy

podnosić w sposób ciągły od zera do napięcia przebicia, które powinno

być osiągnięte w czasie 10 do 20 sekund od chwili rozpoczęcia pomiaru.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: