Janusz Różański

Paweł Serwatko dn. 28.04.1994r.

Wojciech Skuba

Wojciech Sobczyk

Grzegorz Szalacha

Ć W I C Z E N I E 2

ELEKTROIZOLACYJNE TWORZYWA ORGANICZNE

BADANIE ODPORNOŚCI NA ŁUK ELEKTRYCZNY MATERIAŁÓW

ELEKTROIZOLACYJNYCH

I . Wprowadzenie

Stałe dielektryki organiczne są substancjami wielkocząsteczkowymi , w których rodniki organiczne są zazwyczaj powiązane wiązaniami kowalencyjnymi. Materiały techniczne są zwykle mieszaninami wielu związków o bardzo różnej masie cząsteczkowej , z wieloma dodatkowymi substancjami , modyfikującymi własności technologiczne i użytkowe. Dzięki temu uzyskuje się materiały o różnych własnościach cieplnych, mechanicznych i elektrycznych.

Materiały elektroizolacyjne organiczne można podzielić następująco :

dielektryki łatwo topliwe (parafina, wosk );

elastomery - tworzywa o małej odporności na działanie podwyższonych temperatur, przy czym charakteryzują się dużą elastycznością w zakresie temperatur otoczenia

termoplasty - przechodzące przy ogrzewaniu powyżej stu stopni Celsjusza w stan plastyczny nie tracąc własności po ponownym ochłodzeniu;

duroplasty - utwardzane w temperaturze otoczenia lub wyższej, lecz nie przechodzące w stan plastyczny po ponownym ogrzaniu.

II . Zestawienie porównawcze materiałów

1. Polichlorek winylu twardy : WINIDUR

Tworzywo sztywne, twarde o dobrych własnościach izolacyjnych ; odporne na działanie kwasów i zasad , a także większości rozpuszczalników poza chlorowa- nymi węglowodorami . Pod wpływem podwyższonej temperatury rozkłada się z wydzieleniem HCl. Ze względu na mięknienie temperatura pracy nie może prze- kraczać 50...60C. Jego własności można łatwo poprawić poprzez dodatki innych materiałów (igielit, azbest , estry kwasów organicznych ... ). Stosowany do produkcji rur przeznaczonych do agresywnych cieczy chemicznych , wanien do elektrolizy i trawienia, przewodów wentylacyjnych, części akumulatorów.

2. Poliwęglany : MAKROLON (NRD), BISTAN(POLSKA)

Tworzywa o bardzo dobrych własnościach mechanicznych utrzymujących się w szerokim zakresie temperatur, w szczególności posiadają dużą wytrzymałość na obciążenia dynamiczne.Odporność na pełzanie i stabilność wymiarową są większe niż dla większości innych tworzyw termoplastycznych. materiały te są odporne na działanie czynników atmosferycznych , oraz na starzenie się . Mają zastosowanie do wytwarzania włókien, folii, lakierów. Łatwe w przetwórstwie metodami wytłaczania lub odlewania ciśnieniowego.

3. Policzterofluoroetylen : TARFLEN , TEFLON

TARAFLEN polska nazwa handlowa TEFLONU.

Materiał ten cechuje bardzo duża odporność na działanie czynników chemi -

cznych. Jest odporny na działanie wszelkich kwasów (łącznie z wodą królewską), zasad oraz soli i nie pęcznieje w żadnym ze znanych rozpuszczalników. Wrażliwy jest jedynie na działanie stopionych metali alkalicznych. Temperatura pracy w obecności naprężeń rozciągających powinna wynosić -55...+250C. Wysoka cena i trudności kształtowania ograniczają zastosowanie teflonu w elektronice. Materiał ten służy do wykonywania podstawek elementów elektronowych, powłok izolacyjnych urządzeń w. cz. , a także izolatorów przepustowych.

III . Porównanie niektórych parametrów wymienionych materiałów

NAZWA	tg przy	f		Tmax.
		Hz	cm	C
	0,0070,02	5060	1013/ 20C
Winidur	0,0150,02	8001000	1010/100C	5070
	0,010,019	1000
Bistan	0,000150,01	100108	10152*1016	120145
Teflon	0,00050,0001	100109	pow.1018	200/275(1)

(1) - temp. pracy krótkotrwałej

Zależność tg od temperatury

Winidur 0,011 przy 20140 C

Bistan 0,0010,05 przy 10200 C

Teflon 0,00050,0007 przy 20100 C

IV. Badanie wytrzymałości materiału na łuk elektryczny

W ćwiczeniu została wykorzystana metoda badania odporności materiałów elektroizolacyjnych stałych na łuk elektryczny o małym natężeniu prądu przy wysokim napięciu w warunkach suchych i czystych. Metoda ta jest użyteczna przy wstępnym, szybkim określaniu rodzaju niszczenia jakiemu będzie ulegał materiał w pracy przy występowaniu prądów pełzających w warunkach zanieczyszczeń przewodzących. Powyższa metoda nie może służyć za podstawę do oceny względnej odporności materiału na działanie różnych rodzajów łuku (np. wysokiego napięcia i dużego prądu, niskiego napięcia i małego prądu czy też w warunkach mokrych i zanieczyszczonych. Metody tej nie stosuje się również do badania materiałów ceramicznych.

Przeprowadzenie badań tą metodą ma na celu sprawdzenie zdolności materiału do przeciwstawienia się działaniu łuku elektrycznego wyrażonej czasem jaki upłynął od pojawienia się pierwszego łuku aż do zniszczenia materiału w przestrzeni międzyelektrodowej.

Zniszczenie materiału jest to trwała utrata własności elektroizolacyjnych lub me-chanicznych próbki, która występuje w postaci :

a) ścieżki przewodzącej (S);

b) erozji (E);

c) topienia (T);

d) zapalenia się (P);

W nawiasach podane są oznaczenia poszczególnych zniszczeń.

Stopnie badania odporności na łuk to kolejne 1-o minutowe etapy o za-ostrzających się warunkach badania przez zmniejszenie przerw czasowych między łukami o jednakowym czasie trwania, a następnie przy łuku ciągłym przez wzrost prądu.

		Napięcie	12,5kV
Stopień badania	Czas	trwania	Prąd łuku	Czas trwania stopnia	Łączny czas pomiaru
	łuku	przerwy
	[s]	[s]	mA	[s]	[s]
I	1/4	7/4	10	60	60
II	1/4	3/4	10	60	120
III	1/4	1/4	10	60	180
IV	ciągły	-	10	60	240
V	ciągły	-	20	60	300
VI	ciągły	-	30	60	360
VII	ciągły	-	40	60	420

V. Przebieg badania

1. Uruchomić układ pomiarowy,

2. Wyczyścić i wysuszyć próbki materiałowe,

3. Umocować próbkę w urządzeniu pomiarowym,

4. Włączyć zasilanie,

5. Od chwili pojawienia się pierwszego łuku mierzyć czas na kolejnych stopniach do czasu w którym próbka ulegnie zniszczeniu,

6. Kolejne stopnie badania włączać co 60 s.

Schemat pomiarowy

W - wyłącznik główny

AT - autotransformator

V - woltomierz wyskalowany w kV

S - sekundomierz

ST - stycznik

TP - transformator probierczy

UP - urządzenie przerywające

R1 - rezystor ograniczający prąd łuku

L - cewka o indukcyjności 2H

mA - miliamperomierz

R - rezystor 15k

Pr - próbnik.

Tabela pomiarowa

	papier bakielitowy	szkło organiczne	polonit
czas uszkodzenia	11,5	71	183
	4,5	60	182
[s]	4,0	63	185
	4,0	63	182
	5,0	62	182
śr.czas/wart.min.	5,8/4,0	63,8/60	182,8/182
rodzaj uszkodzenia	S	PT	S

VI. WNIOSKI :

Wynikiem badania odporności na łuk elektryczny metodą wysokiego napięcia i małego prądu jest czas w sekundach liczony od początku badania do powstania ścieżki przewodzącej lub zapalenia się próbki. W przypadku erozji lub topnienia materiału wynikiem jest głębokość ubytku w milimetrach po 240 s. Określeniem tych wyników jest wartość średnia 10 pomiarów oraz wartość minimalna czasu dla pierwszego przypadku i średnia 10 pomiarów oraz wartość maksymalna głębokości.

W ćwiczeniu przebadane zostały trzy materiały : papier bakielitowy, szkło organiczne oraz polonit. Zniszczenie papieru bakielitowego polegało na powstaniu małej, czarnej ścieżki przewodzącej a polonitu na powstaniu ścieżki przewodzącej o zaczernionych brzegach. Natomiast zniszenie szkła organicznego polegało na paleniu i topieniu się w wyniku czego część międzyelektrodowa próbki odkształciła się. Największą odpornością na łuk elektryczny wykazał się polonit, prawie dwukrotnie mniejszą odporność miało szkło organiczne papier bakielitowy osiągną pod tym względem najgorszy wynik .

W ćwiczeniu przedstawione zostało również porównanie trzech materiałów elektroizolacyjnych : PCW, Teflonu, Bistanu. Na podstawie parametrów przedstawionych w pierwszej tabeli można stwierdzić, że najlepsze parametry elektroizolacyjne posiada teflon. Jego rezystywność przewyższa o kilka rzędów wielkości rezystywności PCW i bistanu. Ponad to wykazuje się małą stratnością w stosunkowo dużym zakresie temperatury i częstotliwości. Jego wadą jest natomiast wysoki koszt wytwarzania oraz trudność w obróbce kształtowej. Pozostałe dwa materiały cechują gorsze parametry elektroizolacyjne ale są to materiały łatwe do obróbki kształtowej oraz mają mniejsze koszty wytwarzania co sprawia, że są one stosowane bardziej powszechnie niż teflon.

---