POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA
Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Świetlnej LABORATORIUM
Grupa 12A, zespół 2
Materiałoznawstwa
1. Przemysław Janicki
2. Tomasz Kozieł
Ćwiczenie nr 6
3. Wojciech Kosmala
Temat ćwiczenia:
4. Paweł Herman
Badanie odporności materiałów elektroizolacyjnych na łuk elektryczny.
Data wykonania ćwiczenia
Data oddania sprawozdania
Ocena i podpis
8 marca 2012
1. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia było sprawdzenie działania łuku elektrycznego na dostępne w laboratorium materiały elektroizolacyjne zadane przez prowadzącego w celu sprawdzenia ich odporności na tego typu zjawiska w warunkach kontrolowanych.
2.Wyniki pomiarów i obliczeń:
Rodzaj Próbki
Wyniki pomiarów czasu τ do powstania
τśr
τmin
τpor
ścieżki przewodzącej w sekundach
---
1
2
3
4
5
s
s
%
szklano-silikonowa
181
181
182
182
183
181,8
181
0,44
szklano-epoksydowa
84
20
22
24
19
33,8
19
43,7
bakelitowo-papierowa
8
8
8
8
8
8
8
0
Przykłady obliczeń (tu dla próbki szklano-silikonowej): 181+181+182+182+183 909
181,8−181
τ =
=
=181,8 s
τ
=
∗100 o=0,44 o
śr
5
5
por
181,8
3. Opracowanie wyników pomiarów:
Po badaniu na powierzchni próbki między miejscami przyłożenia elektrod w każdym z badanych przypadków powstała czarna węglowa ścieżka przewodząca o kształcie zbliżonym do elipsy. W czasie badania łuk elektryczny przeskakiwał dokładnie nad tym miejscem, będą stopniowo coraz krótszym w miarę powstawania ścieżki, aż to chwili, gdy prąd zaczynał przepływać przez węglową ścieżkę co kończyło badanie. Łuk tworzy ścieżki przewodzące wytrącając węgiel z materiału na jego w procesie spalania (skutek działania wysokiej temperatury), o czym świadczył siwy dymek unoszący się nad próbką w trakcie badania.
(Wyniki badań wg. normy dla ścieżki przewodzącej czas średni/czas minimalny – rodzaj uszkodzeń dla ścieżki przewodzącej oznaczenie S)
H – próbka szklano-silikonowa (181,8/181 - S) B – próbka szklano-epoksydowa (33,8/19 - S)
E – próbka bakelitowo-papierowa (8/8 - S)
Najbardziej odporna w czasie badania okazała się próbka szklano-silikonowa z czasem odporności na łuk powyżej 180 sekund. Następna w tej kolejności jest próbka szklano-epoksydowa, której średni czas odporności wyniósł 33,8 sekund. Należy jednak uwzględnić fakt, że pierwsza próba trwała ponad 80
sekund, a następne tylko około 20 sekund. Spowodowane to było nagrzanie się próbki i elektrod, ponieważ ze względu na ograniczony czas nie można było czekać na prawidłowe schłodzenie się i materiału i elektrod. Zapomniano o tym w trakcie badania i uznano za błąd, dlatego tez w załączonym oryginale protokołu badania widać w miejscu zapisanych wyników skreślenia. Najmniej odporna z zadanych próbek okazała się płytka bakelitowo-papierowa. Co interesujące wyniki tej próby były bardzo równe, za każdym razem czas badania wyniósł 8 sekund. Uzyskane wyniki badań pokrywają się z klasami izolacji dla tych materiałów podanej w tabeli w skrypcie na stronie 88, której fragment zamieszczony jest powyżej.
Odczuwalny wpływ na wyniki badania miały warunki w jakich zostały one przeprowadzone. Na czas trwałości uzyskany przez próbki miała wpływ temperatura płytki z każdą kolejną próbą wyższa.
Podobnie jak wyższa temperatura elektrod w kolejnych próbach. Elektrody w chwili rozpoczęcia badania były pokryte sadzą i nie zostały one oczyszczone przed, w trakcie, ani po badaniach, co też zapewne miało wpływ na otrzymane wyniki. Idealnym byłoby, gdyby do każdego badania mieć osobną próbkę, a nie zmieniać tylko miejsce na płytce (wpływ nagrzania płytki), oraz na dwa komplety elektrod, gdy w czasie próby używana jest jedna para druga może zostać ostudzona i oczyszczona. Przemieszczanie próbki powinno odbywać się w rękawiczkach w celu zachowania jej czystości, a sama próbka do badania powinna przed nim zostać wygładzona i oczyszczona w odpowiednich warunkach.
4. WNIOSKI:
Badanie odporności dzieli się na etapy trwające po 60 sekund każdy kolejny etap wiąże się ze wzrostem intensywności łuku do uzyskania jego ciągłości. W badaniu pierwszego materiały (próbka szklano-silikonowa) zniszczenie następowało zaraz po przejściu badania na czwarty stopień (180-ta sekunda), czyli w momencie, gdy łuk stawał się ciągły. Zgodnie z teorią, że zniszczenie występuje najczęściej w chwili zwiększenia intensywności łuku. Kolejne próby były nieznacznie dłuższe od pierwszej, co nasuwa wniosek, że na czas ich wytrzymałości może silniej wpływać większe pokrycie
elektrod szadzą (wydłużenie czasu) niż rozgrzanie próbki (skrócenie czasu). Odrzucamy hipotezę, że w przypadku tego materiału większa jego temperatura zwiększałaby jego odporność w tym badaniu. Jednak mimo to w związku z odpornością mało zależną od temperatury (lub jeśli odpornością większa przy większej temperaturze) mógłby być on zastosowany w lokacjach ciepłych takich jak Kalifornia. W
przypadku drugiego materiału pierwsza próba była długa, z powodu ustawiania jeszcze chłodnej próbki pod ciepłymi elektrodami (ciepłymi po badaniu pierwszego materiału). Jednak w kolejnych próbach była ona już ciepła co spowodowało w przybliżeniu równość wyników, z czego można wywnioskować, że w przypadku tego materiału (płytka szklano-epoksydowa) bardzo duży wpływ na spadek odporności na łuk ma wzrost temperatury. Zatem materiał ten nie powinien być wykorzystywany na izolację do urządzeń mających za zadanie pracować w miejscach/warunkach o podwyższonej temperaturze, jak na przykład pustynie, czy tropiki. Korzystne byłoby użycie go w miejscach takich jak stacje polarne, gdzie ze względu na to spełniłby znakomicie zadanie izolowania. Najmniejszą odporność w badaniu uzyskała próbka trzecia (bakelitowo-papierowa), korzystając z wiedzy teoretycznej: powstawaniu łuku sprzyjają zanieczyszczenia i wilgoć. Można stwierdzić, że korzystnym byłoby stosowanie go w miejscach NIE
sprzyjających powstawaniu łuku (czystych i suchych), mogłyby to być na przykład laboratoria elektryczne, lub na elementach znajdujących się we wnętrzu komputerów stacjonarnych (pracują w suchych miejscach, chodź bardzo kurzą się w środku).
Dymek unoszący się w postaci smug nad łukiem w czasie badań świadczy o żarzeniu (wysokiej temperaturze) w miejscu działania łuku, czego konsekwencją jest powstanie węglowej ścieżki przewodzącej utożsamianej ze zniszczeniem (niezdolnością do dalszego pełnienia pracy, czy kontynuacji badania). Wpływ na wyniki miały warunki ich przeprowadzania odmienne od teoretycznych, ze względu na ograniczony czas i koszty. Ograniczono ilość prób do zaledwie pięciu, a nie sugerowanych dwudziestu, użyto kilkukrotnie tej samej płytki, nie chłodzono materiału i elektrod, oraz nie czyszczono elektrod.
Jednak wyniki zdają się być jednoznaczne i pokrywają się z tymi idealnymi, dla zadanych materiałów.
Wynika z tego, że warunki prób nie muszą być tak idealnie jak te teoretyczne, ponieważ materiały izolacyjne w czasie ich eksploatacji rzadko pracują w dogodnych dla siebie warunkach.