Методические указания к выполнению лабораторных работ Иркутск 1997
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИРКУТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ Методические указания к выполнению лабораторных работ Иркутск 1997 УДК 621.3.027.3(076.5) Методические указания содержат описания 12 лабораторных работ по курсу «Электротехнические материалы и техника высоких напряже- ний», соответствующих рабочей программе дисциплины. Девять лабора- торных работ выполняются на высоковольтном оборудовании, две - на низковольтном и одна работа представляет собою компьютерное модели- рование разрядных процессов. Отдельными разделами рассмотрены пра- вила выполнения работ и правила безопасности при выполнении работ. Описание каждой работы включает в себя краткий теоретический матери- ал, экспериментальную часть и задания на измерения с контрольными во- просами. Методические указания предназначены для студентов специальности «Электроснабжение железнодорожного транспорта» дневного и заочного обучения и может быть использовано также студентами специальности «Электроподвижной состав» и «Автоматика, телемеханика и связь на ЖДТ». Ил. 32. Табл. 22. Библиогр. 12 назв. Составитель канд. техн. наук В.П. Закарюкин, доц. кафедры электро- снабжения железнодорожного транспорта Рецензент канд. техн. наук Л.И. Коверникова, ст. науч. сотрудник СЭИ СО РАН © Иркутский институт инженеров жел.-дор. транспорта 2 СОДЕРЖАНИЕ ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ.............................................. 5 ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 5 Лабораторная работа № 1 ..................................................................................................... 7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИЭЛЕКТРИКОВ .......................................................................... 7 1. Основные понятия и количественные характеристики ................................................ 7 2. Описание экспериментальной установки ...................................................................... 8 3. Задание на измерения..................................................................................................... 11 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 11 Лабораторная работа № 2 ................................................................................................... 12 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ВОЗДУХЕ В ОДНОРОДНЫХ И НЕОДНОРОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ ........................................................ 12 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 12 2. Описание экспериментальной установки .................................................................... 13 3. Задание на измерения..................................................................................................... 15 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 16 Лабораторная работа № 3 ................................................................................................... 16 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД ВДОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ДИЭЛЕКТРИКА ................................................................................................................... 16 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 16 2. Описание экспериментальной установки .................................................................... 17 3. Задание на измерения..................................................................................................... 18 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 19 Лабораторная работа № 4 ................................................................................................... 19 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА................................................................................................................................... 19 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 20 2. Описание экспериментальной установки .................................................................... 20 3. Задание на измерения..................................................................................................... 24 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 25 Лабораторная работа № 5 ................................................................................................... 25 СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКОВ..................................................................................... 25 1. Основные понятия и количественные характеристики........................................... 25 2. Исследование влияния продуктов разложения трансформаторного масла, образующихся при пробое, на его электрическую прочность....................................... 30 3. Задание на измерения..................................................................................................... 31 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 32 Лабораторная работа № 6 ................................................................................................... 33 ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ... 33 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 33 3. Задание на измерения..................................................................................................... 36 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 37 Лабораторная работа № 7 ................................................................................................... 37 3 ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ – ИЗМЕРЕНИЕ ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ....................... 37 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 37 2. Описание экспериментальной установки .................................................................... 39 3. Задание на измерения..................................................................................................... 45 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 45 Лабораторная работа № 8 ................................................................................................... 45 ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ – ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ЕМКОСТИ ИЗОЛЯЦИИ.............................. 45 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 45 2. Описание экспериментальной установки .................................................................... 48 3. Задание на измерения..................................................................................................... 51 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 51 Лабораторная работа № 9 ................................................................................................... 51 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ВДОЛЬ ГИРЛЯНДЫ ИЗОЛЯТОРОВ ......... 51 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 51 2. Описание экспериментальной установки .................................................................... 53 3. Задание на измерения..................................................................................................... 54 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 54 Лабораторная работа № 10 ................................................................................................. 55 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОЗАЩИТНЫХ СРЕДСТВ ............... 55 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 55 3. Задание на измерения..................................................................................................... 59 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 60 Лабораторная работа № 11 ................................................................................................. 60 ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ.......................................................... 60 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 60 2. Описание экспериментальных установок .................................................................... 62 3. Задание на измерения..................................................................................................... 70 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 71 Лабораторная работа № 12 ................................................................................................. 71 ФРАКТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПРОБОЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД................. 71 1. Основные понятия и количественные характеристики .............................................. 71 1.1. Развитие разряда в диэлектриках......................................................................... 72 1.2. Основы фрактального подхода.............................................................................. 73 1.3. Фрактальная модель роста разрядной структуры ............................................ 76 2. Описание программного обеспечения.......................................................................... 80 3. Задание на моделирование ............................................................................................ 83 4. Контрольные вопросы.................................................................................................... 85 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................................. 86 4 ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. До начала работы студенту необходимо уяснить цель и задачи ра- боты, разобраться в теоретическом материале, ознакомиться с лаборатор- ной установкой, с принципом действия, особенностями конструкции и ос- новными техническими характеристиками применяемых устройств, пред- ставить порядок выполнения и правила безопасности при выполнении ра- боты, ожидаемые результаты. 2. Перед началом работы бригада студентов, выполняющая лабора- торную работу, должна пройти собеседование по целям и задачам работы, ее основным теоретическим положениям, по устройству и принципу дей- ствия лабораторной установки, порядку выполнения работы и правилам безопасности. 3. Полученные в процессе выполнения работы результаты измерений и наблюдений заносятся в протокол или в заготовку отчета и представля- ются для проверки преподавателю. 4. По окончании лабораторной работы после проверки результатов преподавателем необходимо отключить питание всего оборудования и привести все коммутационные элементы в начальное положение в соот- ветствии с требованиями конкретной лабораторной работы. 5. Каждый студент готовит отчет по лабораторной работе, оформляя его на листах формата А4 в соответствии с требованиями стандартов. От- чет должен содержать титульный лист и основную часть, в которую входят задачи работы, электрические схемы установки, таблицы измерений и рас- четов, необходимые диаграммы и графики, выводы по работе. Отчет дол- жен быть сдан перед собеседованием по очередной работе. ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Выполнение лабораторных работ по дисциплине «Электротехни- ческие материалы и техника высоких напряжений» производится на высо- ковольтных испытательных установках с рабочими напряжениями вплоть до 100 кВ переменного напряжения, 120 кВ выпрямленного напряжения, 500 кВ импульсного напряжения. Работа на таких установках допускается только при строгом соблюдении правил техники безопасности и под на- блюдением преподавателя. 2. В начале лабораторного цикла студенты проходят вводный инст- руктаж по технике безопасности с оформлением в журнале инструктажа. В процессе допуска к каждой очередной работе проверяется знание правил безопасности при работе на конкретной установке. 3. Лабораторные работы выполняются бригадами студентов или 5 слушателей, число членов в которых должно быть не менее двух и не бо- лее восьми. Студенты, пропустившие лабораторную работу по любым причинам, к единоличному выполнению работ не допускаются. 4. Студенты должны заранее ознакомиться с описанием работы и устройством конкретной установки. В процессе подготовки необходимо четко представить себе опасность электрического тока на данной установ- ке и усвоить безопасные приемы работы. Перед началом работы препода- вателем производится проверка готовности членов бригады к работе. 5. После допуска бригады к лабораторной работе члены бригады должны убедиться в заземлении корпусов всего оборудования, заземляю- щих штанг и металлических ограждений и затем приступать к сборке схе- мы и подключению необходимых приборов. Включать схему под напря- жение после ее сборки, а также после каких-либо переключений без раз- решения преподавателя запрещается. 6. При наличии постоянного ограждения испытательного поля сбор- ка высоковольтной схемы производится при отключенной установке, от- крытых дверях ограждения и наложенной на высоковольтный вывод уста- новки заземляющей штанге. Блокировка двери ограждения препятствует подаче напряжения при открытой двери. 7. После получения разрешения на включение один из членов брига- ды проверяет установку регуляторов напряжения в нулевое положение и, громко предупредив: «ВКЛЮЧАЮ ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ!» – вклю- чает питание установки. Далее работа выполняется в соответствии с зада- нием на измерения и испытания. Открывать двери ограждения испыта- тельного поля при включенной установке запрещается. 8. При необходимости изменения схемы на огражденном испыта- тельном поле необходимо установить регуляторы напряжения в нулевое положение, обесточить установку и открыть двери ячейки. Надев диэлек- трические перчатки, взять заземляющую штангу до упорного кольца и на- ложить ее заземляющим концом на высоковольтный вывод установки. У генератора ГИН-500 заземляющей штангой касаются всех ступеней кон- денсаторов, а затем оставляют штангу на нижней ступени. 9. По окончании лабораторной работы все использовавшиеся прибо- ры и оборудование должны быть выключены и приведены в первоначаль- ное состояние, регуляторы напряжения установлены в нулевое положение. 10. При возникновении аварийных ситуаций следует немедленно от- ключить лабораторную установку и сообщить об этом преподавателю. В случае попадания кого-либо под напряжение нужно как можно быстрее отключить электропитание установки. При необходимости должны быть оказаны меры первой медицинской помощи; врач вызывается в любом случае поражения электрическим током. 6 Лабораторная работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИЭЛЕКТРИКОВ Цель работы – изучение характеристик диэлектриков и их смысла, изучение методов измерений удельных объемных и поверхностных сопро- тивлений, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектриче- ских потерь материалов, знакомство с порядками значений перечисленных параметров. 1. Основные понятия и количественные характеристики Перечисленные в цели работы характеристики – это характеристики, описывающие структуру, материал, в отличие от характеристик конкрет- ных предметов, но свою начальную историю они ведут от параметров от- дельных элементов. Так, удельное сопротивление опирается на понятие величины сопротивления резистора, то есть величины, определяемой от- ношением напряжения на зажимах резистора к току через его сечение, и описывающей нагрев резистора при протекании через него тока (ибо рези- стор только и должен уметь, что греться). Удельное сопротивление также характеризует нагрев материала, но – характеризует изнутри, не обращая внимания на внешнюю форму изделия. Разумеется, формулировка без внешней формы все равно не обходится: удельное объемное сопротивление вещества (в том числе и диэлектрика) – это сопротивление куба вещества с ребром 1 м, когда хорошо проводящие электроды приложены к двум про- тивоположным граням куба. Слово «объемное» применяется для диэлек- триков потому, что для них есть еще понятие удельного поверхностного сопротивления. Изделия из диэлектриков обладают столь большим элек- трическим сопротивлением, что для них весьма важным моментом являет- ся наличие загрязнения на поверхности изделия. Ток через это загрязнение может быть существенно больше тока через объем изделия, и для предска- зания его нагрева куда важнее знать характеристики грязи (влаги и других веществ) на поверхности. Удельное поверхностное сопротивление диэлек- трика (а точнее, изделия из диэлектрика, ибо здесь приходится напрямую говорить о внешней форме изделия) – это сопротивление квадрата любых размеров на поверхности диэлектрика, если металлические линейки- электроды приложены к противоположным сторонам квадрата. К сожалению, величина тока через образец диэлектрика при прило- жении к нему постоянного напряжения меняется во времени из-за явлений замедленной поляризации, поэтому измеряют ток сквозной проводимости, необходимый для получения сопротивления и удельного сопротивления, обычно через одну минуту после приложения напряжения. За это время 7 падающая со временем составляющая тока, называемая током абсорбции, уменьшается практически до нуля. Определение величины относительной диэлектрической проницае- мости ε |