Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy
w Bydgoszczy
Wydział Telekomunikacji i Elektrotechniki
Zakład Elektroenergetyki
Laboratorium Materiałów Elektrotechnicznych
Instrukcja do ćwiczenia
Badanie rezystywności materiałów przewodzących
i izolacyjnych
Opracował mgr in\
. Sebastian Zakrzewski
Bydgoszcz, 2006 r.
1. Wprowadzenie
Powłoki ekranujące są nakładane m.in. na powierzchnie izolacji
przewodów i na tuleje izolacyjne izolatorów przepustowych. Powłoki
ekranujące spełniają ró\
ne zadania. Na przykład symetryzują rozkład
potencjału zapobiegając powstawaniu w izolacji miejsc o natę\
eniu pola
elektrycznego znacznie większego od wartości średniej. Powłoki
ekranujÄ…ce wykonuje siÄ™ metodÄ… malowania powierzchni izolacji lakierami
przewodzÄ…cymi bÄ…dz
wcierania w te powierzchnie proszków
przewodzących. Przy produkcji kabli jest często stosowana metoda
natłaczania na powierzchnię izolacji warstwy materiału termoplastycznego
o rezystywnoÅ›ci 103-106 &!Å"cm. Tak maÅ‚Ä… wartość rezystywnoÅ›ci uzyskuje
się poprzez dodawanie proszków przewodzących do materiałów
termoplastycznych.
Rozró\
nia siÄ™ pojÄ™cia rezystywnoÅ›ci skroÅ›nej Ás i rezystywnoÅ›ci
powierzchniowej Áp:
- Ás oznacza rezystancjÄ™ przewodu o powierzchni przekroju
poprzecznego 1 cm2 i dÅ‚ugoÅ›ci 1 cm [&!Å"cm],
- Áp oznacza rezystancjÄ™ Å›cie\
ki o szerokości 1 cm2 i długości 1 cm
[&!].
Rezystywność powierzchniowa dobrze charakteryzuje jakość ekranu
wykonanego metodÄ… malowania lub wcierania proszku w powierzchniÄ™
izolacji.
2. Przebieg ćwiczenia
2.1. Układ pomiarowy
Schemat układu pomiarowego do wyznaczania rezystywności
skrośnej materiałów przewodzących i izolacyjnych w postaci elastycznych
2
arkuszy przedstawiono na rys. la, natomiast na rys. 1b przedstawiono
ukÅ‚ad pomiarowy do wyznaczania rezystywnoÅ›ci Áp ekranu na
powierzchni \
yły kabla elektroenergetycznego,
a)
Rys. 1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania: rezystywności skrośnej (a)
i rezystywności powierzchniowej (b):
E - zasilacz napięciowy,
R0 - rezystor ograniczający wartość prądu,
V - woltomierz,
G - nanoamperomierz,
1 - badana próbka płaska,
2 - elektroda napięciowa,
3 - elektroda pomiarowa,
4 - elektroda ochronna,
5 - badany odcinek kabla,
6, 7 - elektrody pomiarowe.
3
Badana próbka materiału o grubości d znajduje się na elektrodzie
napięciowej 2 i jest z góry dociśnięta ustawioną na niej cylindryczną
elektrodÄ… pomiarowÄ… 3. Koncentrycznie z elektrodÄ… 3 ustawia siÄ™ na
badanej próbce ochronną elektrodę 4. Jej podstawa ma kształt pierścienia.
Powierzchnie elektrod 2, 3 i 4 stykające się z badaną próbką są
wypolerowane. Gładkość stykających się powierzchni jak równie\

dostatecznie du\
y ciÄ™\
ar elektrod 3 i 4 ma zapewnić uzyskanie du\
ej
powierzchni styku elektrod z badaną próbką elastycznego materiału.
Miernik prądu G wskazuje wartość prądu skrośnego, który przepływa
od elektrody 2 do elektrody 3. Prąd płynący po powierzchni próbki 1 od
elektrody 2 przepływa przez elektrodę 4 i przewód ekranujący
bezpośrednio do ujemnego bieguna zasilacza E.
Prąd skrośny:
U - "U
s
g
Is =
(1)
Ás d
gdzie:
"Ug - spadek napięcia na galwanometrze G (zał. "Ug E"0),
S - pole powierzchni styku elektrody 3 z badaną próbką 1
S = 18.7 cm2,
d - grubość badanej próbki [cm].
Po odpowiednich podstawieniach i przekształceniu zale\
ności (1)
rezystywność badanego materiału mo\
na określić z zale\
ności (2):
U
Ás = 18.7 [&!cm]
(2)
Is Å" d
Natomiast wartość rezystywności powierzchniowej (dla badanej
powierzchni kabla) jest opisana następująco:
Ä„ Å"U Å"Ć
Á = [&!]
p (3)
I Å" L
p
4
gdzie:
Ć - średnica warstwy ekranującej [cm],
L - długość ekranu zawarta między wewnętrznymi krawędziami elektrod
6 i 7 [cm].
Stanowisko wyposa\
one jest w dwa komplety elektrod 2, 3 i 4. Drugi
komplet elektrod został umieszczony w skrzynce, w której znajduje się
grzejnik, wentylator i termometr (termopara). Ten zespół pomiarowy
umo\
liwia wyznaczenie zale\
ności rezystywności próbki od jej
temperatury.
2.2. Przygotowanie układu i pomiary rezystancji skrośnej
Powierzchnie robocze elektrod 2, 3 i 4 odtłuścić przy pomocy tamponu
zwil\
onego denaturatem. Komplet elektrod i próbkę materiału badanego
zestawić zgodnie z rys. la. Połączyć układ elektryczny. Gałki zasilacza
oznaczone nastawianie US i nastawianie UA ustawić w poło\
eniu
minimum. Dz
wignie przełączników oznaczone zakres US i zakres UA
ustawić w poło\
eniu dolnym. Badanie materiałów przewodzących nale\
y
wykonywać napięciem z zakresu 0 < U < 45 V (zaciski zasilacza oznaczone
0-45V), a badanie materiałów izolacyjnych napięciem z zakresu
0 < U < 400 V (zaciski zasilacza oznaczone 0-400 V).
Czynnością wstępną przy badaniu materiału izolacyjnego
jest rozładowanie "kondensatora" utworzonego z elementów 1, 2, 3 i 4. W tym
celu zwiera się przewody doprowadzone do zacisków woltomierza V od
strony badanego układu i włącza się odpowiedni zakres miernika G. Proces
rozładowania mo\
na uznać za dokonany je\
eli na zakresie 10 nA uzyska
się w stanie ustalonym wskazanie bliskie zeru. Następnie włącza się
miernik G na zakres 100 mA. Przewody od układu elektrod pomiarowych
przełącza się z powrotem do zacisków woltomierza V i po
5
włączeniu zasilacza podnosi się napięcie do odpowiedniej wartości.
Zwiększając czułość miernika G i korygując wartość napięcia U nale\
y
dÄ…\
yć do uzyskania wychylenia wskazówki miernika G na około 1/2 - 2/3
skali. Po uzyskaniu stanu ustalonego nale\
y odczytać wartości prądu I,
napięcia U i temperatury T oraz zapisać te wartości w kolumnach 6, 7 i 3
tabeli 1. W kolumnie 2 nale\
y podać nazwę i opis badanej próbki,
w kolumnie 4 oznaczenie, a w kolumnie 5 jej grubość zmierzoną suwmiarką.
Badanie zale\
ności rezystywności od temperatury materiału badanego
wymaga dokonania pomiarów prądów skrośnych przy ró\
nych temperaturach
próbki badanej. Ze względu na ograniczony czas trwania ćwiczenia
laboratoryjnego nale\
y je rozpocząć od pomiaru rezystywności próbki
wykonanego dla temperatury pokojowej. Po odnotowaniu wyników pomiaru
nale\
y włączyć grzejnik oraz układ pomiaru temperatury (przełączniki K2 i
K3). W czasie nagrzewania próbki nale\
y prowadzić pomiary pozostałych
próbek i w miarę mo\
liwości obserwować przyrosty temperatury próbki
nagrzewanej. Pomiary wartości prądu Is oraz napięcia U nale\
y powtórzyć po
osiągnięciu przez próbkę temperatury T2, której wartość poda prowadzący
ćwiczenie. Wyniki pomiarów nale\
y zapisać w tabeli 1. Przy wyznaczaniu
temperatury próbki na podstawie wskazań miliwoltomierza przyłączonego do
termopary nale\
y posłu\
yć się stablicowaną funkcją UT = f (T) umieszczoną w
tabeli 3 załącznika Z1.
2.3. Przygotowanie układu i pomiary rezystancji powierzchniowej
Na próbkę 5 ekranu izolacji \
yły kabla nało\
yć elektrody 6 i 7. Układ
pomiarowy połączyć zgodnie z rysunkiem lb wykorzystując zaciski 0-45V
zasilacza E. Przy zwartym mierniku G ustawić wartość napięcia U na około 15
V, a następnie przełączając zakres miernika G na coraz mniejsze wielkości
(zaczynając od zakresu 100 mA) i korygując wartość napięcia U nale\
y
6
dÄ…\
yć do uzyskania wychylenia wskazówki miernika G na około 1/2 - 2/3
skali. Odczytane wartości U, Ip i L zanotować w tabeli 2.
Tabela 1.
opis
Ás
Lp T oznacz d Is U R Áp Uwagi
próbki
- - °C - cm V
&! &!cm &!cm -
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tabela 2.
opis
Lp T oznacz L Ip U R Áp uwagi
Ć
próbki
- - °C - cm cm V -
µA &! &!
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2.4. Opracowanie wyników pomiarów
2.4.1. Na podstawie wyników pomiarów zapisanych w tabeli 1 nale\
y:
korzystajÄ…c z zale\
ności (2) obliczyć rezystancję skrośną ka\
dej badanej
próbki, a następnie uwzględniając rezystywności próbek wyciętych z tych
samych arkuszy wyznaczyć końcowy wynik pomiaru rezystywności -
Å›redniÄ… geometrycznÄ… Ás , której wartość nale\
y podać z dokładnością
jednocyfrową [3]. Wyniki obliczeń wpisać odpowiednio w kolumny 9 i 10
tabeli 1.
7
2.4.2. Porównać przeciętne wartości rezystywności uzyskane dla tych
samych materiałów w temperaturze otoczenia i temperaturze
podwy\
szonej.
Podać uwagi, wnioski i spostrze\
enia zwiÄ…zane z badanym zjawiskiem,
sposobem wykonywania pomiarów itp.
3. Literatura
[1] Celiński Z. - Materiałoznawstwo elektrotechniczne. Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej Warszawa 1998 r.
[2] Woynarowski Z., Sulikowski J., Augustyniak W. - Badania
materiałów elektroizolacyjnych. Politechnika Gdańska 1983 r.
[3] PN-7l/E-04405 - Materiały elektroizolacyjne stałe. Pomiary
elektrycznej oporności.
SÅ‚owniczek angielsko-polski:
resistivity - rezystywność
conducting material - materiał przewodzący
insulating material - materiał izolacyjny
shielding coating - powłoki ekranujące
voltage drop - spadek napięcia
volume resistance - rezystancja skrośna
8