Электроматериаловедение, лабораторный практикум, тесты (стр. 3 )

9. Повторно снять значения напряжений U2,U3,U4,U5 на элементах схемы с учетом пробоя изолятора и заполнить через разделительную черту от предыдущих значений напряжения таблицу 1.

10. Построить графики распределения напряжения на гирлянде изоляторов для заданных вариантов схемы замещения.

11. Определить наиболее нагруженные изоляторы гирлянды и рассчитать падение напряжения на конструкциях гирлянды для одной из воздушных линий напряжением 6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ.

12. По данным справочных таблиц 2 – 4 определить необходимое количество изоляторов для высоковольтной линии электропередачи на деревянных, металлических и железобетонных опорах в условиях чистой и загрязненной атмосферы.

Нормативными документами определены шесть степеней загрязнения атмосферы:

·  1 степень – особо чистые районы;

·  степень - земледельческие районы и промышленные районы (количество растворимых солей в почве меньше 0,5%);

·  3, 4, 5, 6 степени - определяются по уровню опасности загрязнений предприятиями, состояния почв и водоемов и расстояния воздушной линии электропередачи от источника загрязнения.

13. Выбираем изолятор, выдерживающий расчетное значение пробивного напряжения по таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики линейных изоляторов

Тип изолятора	Длина пути тока утечки, мм	Выдерживаемое напряжение, кВ импульсное 1,2В / 50Гц, не менее	Выдерживаемое напряжение, кВ, частотой 50 Гц под дождем, не менее	Масса, кг
ПС-40	185	70/70	30	1,7
ПС-40А	190	70/70	33	1,7
ПС-70Д	290	100/100	40	3,4
ПС-70В	295	100/100	40	3,4
ПС-70Е	303	100/100	40	3,4
ПСГ-70А	400	110/110	40	4,2
ПВГ-70Б	375	110/110	40	4,7
ПС-120Б	120	100/100	40	3,9
ПС-160Д	370	100/100	45	6,0
ПС-210В	370	100/100	45	7,1
ПФ-200А	420	125/125	50	9,8

Примечание. Буквы в типах изоляторов обозначают: П - подвесной; С - стеклянный; Ф - фарфоровый; Г - грязестойкий; цифры 40, 70, 120, 160, 200 и 210 – механическая разрушающая нагрузка, кН. А, Б, В, Г, Д - степени опасности загрязнений изоляторов выбросами промышленных предприятий и тепловых электростанций.

14. Выбираем количество изоляторов, по длине пути тока утечки, в условиях чистой и загрязненной атмосферы, используя таблицы 3 и 4.

Таблица 3 – Выбор изоляции для загрязнённых воздушных линий электропередачи

Напряжение, кВ	Длина пути утечки по категориям электрооборудования, см
	А	Б	В
35	70	105	140
110	190	280	390
150	260	390	535

Примечание. По степени опасности загрязнения атмосферы промышленные предприятия и тепловые электростанции разделяются на группы А, Б, В, Г, Д.

Таблица 4 - Количество изоляторов в гирляндах воздушных линий на деревянных, металлических и железобетонных опорах в условиях чистой атмосферы

Тип изолятора	Количество изоляторов, шт., при нормальном напряжении, кВ
35	110	150
ПС-40А
ПСГ-70А
ПС-70Д	3	8	10
ПФ-70В	3	7	9
ПС-120Б
ПФ-200А

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1  Наименование и цель работы.

2  Фамилию студента и номер учебной группы.

3  Эквивалентные схемы изолятора гирлянды высоковольтной воздушной линии электропередач и соответствующие векторные диаграммы токов и напряжений.

4  Анализ возможных механизмов потери электрической прочности диэлектрическими материалами конструкции линии электропередач.

5  Чертеж схемы конструкции гирлянды, состоящей из пяти изоляторов, электрическую схему замещения и зависимости распределения напряжения вдоль элементов гирлянды.

6  Описание лабораторной установки и ее электрической схемы.

7  Исследуемые электрические и другие характеристики и необходимые таблицы с результатами измерений и вычислений.

8  Расчетные формулы и экспериментальные данные, полученные при измерениях и вычислениях.

9  Обоснованные выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называют диэлектрическими потерями в изоляторе?

2. Какие механизмы превращения электрической энергии в тепловую наблюдаются при воздействии переменного напряжения на изоляторы гирлянды?

3. С каким расчетом выбрана схема замещения изоляторов гирлянды высоковольтной конструкции, эквивалентная конденсатору с диэлектриком?

4. Нарисуйте последовательную эквивалентную схему замещения одного изолятора гирлянды высоковольтной конструкции и соответствующие ей векторную диаграмму токов и напряжений.

5. Нарисуйте параллельную эквивалентную схему замещения одного изолятора гирлянды высоковольтной конструкции и соответствующие ей векторную диаграмму токов и напряжений.

6. Какое выражение для активной мощности, рассеиваемой в конструкции гирлянды изоляторов?

7. Чему равны диэлектрические потери в изоляторе, если потери в нем определяются только потерями от сквозной электропроводности в широком диапазоне частот?

8. Чему равны диэлектрические потери в изоляторе, если потери в нем обусловлены сопротивлениями соединительных проводов и электродов гирлянды изоляторов?

9. Какая зависимость определяет удельные диэлектрические потери в изоляторе гирлянды?

10. Какой параметр называют коэффициентом диэлектрических потерь изолятора?

11. К чему могут привести большие диэлектрические потери в изоляторе?

12.Что является разновидностью теплового пробоя и к чему этот вид пробоя может привести изоляторы из твердых пористых диэлектриков?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить методы измерения электрических сопротивлений линейных и пространственных полимеров применяемых в качестве диэлектрических материалов в электроустановках.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1  Изучить свойства линейных и пространственных полимеров применяемых в качестве электроизоляционных материалов электроустановок.

2  Изучить методы определения электрических сопротивлений полярных и неполярных материалов применяемых для изоляции изделий в электроустановках.

3  Изучить лабораторную установку, приборы и приспособления для определения электрических сопротивлений линейных полярных материалов электрооборудования.

4  Выполнить измерения и расчеты параметров электрических сопротивлений диэлектрических материалов электрических машин.

5  Провести анализ полученных экспериментальных данных и сделать выводы по лабораторной работе.

6  Ответить на вопросы по лабораторной работе.

7  Оформить и защитить отчет по лабораторной работе.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Линейные и пространственные полимеры.

В зависимости от пространственной структуры макромолекул полимеры делят на два основных типа - линейные и пространственные. Между свойствами линейных и пространственных полимеров имеются существенные различия.

Как правило, линейные полимеры сравнительно гибки и эластичны, большинство из них при умеренном повышении температуры легко размягчается и расплавляется. Пространственные полимеры обладают большой жесткостью, расплавление их происходит при высоких температурах, а многие из них до достижения температуры плавления разрушаются химически (сгорают, обугливаются). В связи с этими свойствами линейные полимеры в практике называют термопластичными материалами, а пространственные - термореактивными.

Благодаря слабому межмолекулярному взаимодействию линейные полимеры обладают способностью набухать и растворяться в подходящих по составу растворителях с образованием вязких растворов, из которых затем получают прочные пленки и волокна. Пространственные полимеры с трудом поддаются растворению, а значительная часть из них нерастворима. Типичными пространственными полимерами являются феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы, сильно вулканизированный каучук (эбонит).

Гибкость и химическая связь. Высокая гибкость линейных полимеров определяется двумя одинаково важными факторами - размером макромолекул и природой химической связи между атомами. Например, в полиэтилене, как и в других насыщенных углеводородах, каждый атом углерода образует четыре ковалентные связи, направленные к углам правильного тетраэдра.

Тепловые толчки не в состоянии вызвать движение всей макромолекулы в структуре полимера. Однако благодаря гибкости молекулярных цепей в тепловом движении могут участвовать отдельные участки макромолекулы, называемые сегментами. Чем меньше размер сегментов, способных к самостоятельному перемещению, тем больше гибкость макромолекулы. У линейных полимеров сегменты обычно состоят из нескольких десятков звеньев.

Структурные формы и физическое состояние полимеров. Макромолекулы могут быть регулярными и нерегулярными. Полимер построен регулярно, если соблюдается совершенный дальний порядок расположения звеньев по цепи. За счет сил межмолекулярного взаимодействия несколько соседних макромолекул могут организоваться в пачки (пучки параллельных молекул). Полимеры с гибкими макромолекулами регулярного строения обладают способностью образовывать кристаллическую фазу, которая характеризуется упорядоченным расположением молекул. Аморфные полимеры характеризуются отсутствием трехмерного дальнего порядка в расположении макромолекул.

Состав полимерных цепей. По химическому составу полимеры можно разделить на органические и элементоорганические. К органическим полимерам относят такие высокомолекулярные соединения, у которых главная цепь состоит из углерода или комбинации углерода с кислородом, азотом, серой и фосфором.

Электрические свойства. Строение макромолекул во многом определяет электрические свойства полимеров. Все химические связи углерода с другими элементами в той или иной степени полярны из-за различия электроотрицательностей атомов, участвующих в связи. Суммарный дипольный момент молекулы определяется векторной суммой дипольных моментов отдельных связей. Если молекула имеет симметричное строение, то дипольные моменты отдельных связей могут уравновешивать друг друга, благодаря чему суммарный дипольный момент равен нулю.

Вещества с несимметрично построенными звеньями полимерных молекул являются дипольными и обладают известной гигроскопичностью, невысокими или средними электрическими характеристиками. Высокомолекулярные углеводороды с симметрично построенными молекулами неполярные. Гигроскопичность их мала и поэтому высокомолекулярные углеводороды имеют малое значение тангенса угла диэлектрических потерь и низкую удельную проводимость.

Нагревостойкость. Большинство органических полимеров может длительно работать при температурах ниже 100°С. Выше этой температуры, как правило, происходит быстрое тепловое старение материала. Поэтому основной проблемой всегда было создание нагревостойких материалов при сохранении у них гибкости и эластичности. Такими материалами являются фторсодержащие полимеры, кремнийорганические соединения, полиимиды.

Линейные полимеры

Неполярные материалы. К ним относятся такие полимеры, у которых мономерные звенья макромолекул не обладают дипольным моментом. Из материалов этой группы важное техническое значение имеют полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен (таблица 1).

Полиэтилен, является продуктом полимеризации этилена в присутствии катализаторов. При полимеризации получают полиэтилены высокого, среднего и низкого давления, отличающиеся друг от друга степенью кристалличности и механической прочностью. Так, если предел прочности при растяжении первого равен в среднем 14МПа, то второго и третьего приблизительно 30МПа, относительные удлинения при разрыве соответственно 600 и 400%.

Полиэтилен обладает сравнительно большой эластичностью. Его отличает высокая стойкость к действию кислот и щелочей.

Таблица 1 – Основные свойства неполярных полимеров

№	Свойства	Полиэтилен	Полистирол	Фторопласт
1	Удельное объемное сопротивление, Ом м
2	Относительная диэлектрическая проницаемость	2,3-2,4	2,5-2,6	1,9-2,2
3	Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц	0,0002- 0,0005	0,0002- 0,0004	0,0002- 0,0003
4	Электрическая прочность, МВ/м	40-150	20-110	40-250
5	Нагревостойкость,	105-130	75-80	300

Полистирол получают из мономера стирола. Материал представляет собой легкую бесцветную синтетическую жидкость с характерным запахом. Стирол легко полимеризуется даже при хранении на холоде. В темноте и при отсутствии катализаторов он постепенно превращается в твердую, прозрачную и бесцветную, как стекло, массу. Для полистирола среднее значение степени полимеризации п может доходить до 6000. С целью предотвращения нежелательной самопроизвольной полимеризации стирола во время хранения к нему добавляют специальные вещества, замедляющие реакцию полимеризации. Такие вещества получили название ингибиторов.