1. Cel i zakres ćwiczenia:

Cel: Badanie wytrzymałości elektrycznej różnych materiałów.

Zakres: Pomiar napięcia przebicia dla papieru kablowego, oraz oleju transformatorowego.

2. Opis sposobu wykonania ćwiczenia:

Pomiar napięcia przebicia oleju transformatorowego wykonujemy wg normy PN-77/E-04408, za pomocą iskiernika kulistego zasilanego napięciem przemiennym o częstotliwości 50 Hz. Elektrody umieszczamy w naczyniu porcelanowym czystym i suchym, a następnie ostrożnie wlewamy olej tak aby nie tworzyły się pęcherzyki powietrza. Czekamy 10 minut aby olej się ustał i dokonujemy pomiaru. Po pomiarze mieszamy olej plastikową bagietką, czekamy 5 minut i dokonujemy kolejnego pomiaru. W sumie wykonujemy 6 pomiarów.

Pomiar wytrzymałości elektrycznej papieru kablowego wykonujemy wg normy PN-IEC 243-1, za pomocą elektrod walcowych o zaokrąglonych brzegach i niejednakowych średnicach umieszczonych współosiowo. Jedna elektroda podłączona jest do transformatora probierczego wysokiego napięcia o przekładni 220V/30kV, a druga uziemiona. Pomiaru dokonujemy dla próbki złożonej z 5 warstw papieru, który wcześniej mierzymy grubościomierzem w taki sposób, że jedną warstwę papieru mierzymy grubościomierzem w 10 miejscach i obliczamy średnią z pomiaru. Na jednej próbce wykonujemy 5 przebić, tak aby mniejsza elektroda nie pokrywała już przebitych miejsc. Tak samo postępujemy przy pomiarze papieru nasączonego olejem, z tą różnicą, że drugą próbkę za pomocą pęsety zanurzamy w oleju transformatorowym i pomiar wykonujemy w naczyniu z olejem.

3. Spis przyrządów:

-transformator wysokiego napięcia

-plastikowa bagietka

-pęseta

-grubościomierz

-woltomierz

-elektrody walcowe i kuliste

-naczynie porcelanowe

4. Schematy układów pomiarowych:

1. Układ do pomiaru napięcia przebicia oleju transformatorowego:

Rys.1. Iskiernik kulisty: 1-doprowadzenie napięcia probierczego, 2-naczynie pomiarowe, 3-układ elektrod pomiarowych

2. Układ do pomiaru napięcia przebicia papieru kablowego i papieru kablowego nasączonego olejem transformatorowym:

Rys.2. Układ elektrod walcowych o niejednakowych średnicach.

3. Schemat układu probierczego zasilającego układy pomiarowe:

Rys. 3. Schemat ideowy układu probierczego aparatu do pomiaru wytrzymałości elektrycznej: W-wyłącznik, B- blokada, L_K- lampka sygnalizacyjna, AT- autotransformator, W_s- wyłącznik samoczynny, TWN- transformator wysokiego napięcia, R_z- opornik ograniczający, E- elektrody pomiarowe.

5. Warunki środowiskowe:

temperatura [C]	wilgotność [%]	ciśnienie [hPa]
23	54	1003

6. Stabelaryzowane wyniki pomiarów:

olej transformatorowy
Lp.
1
2
3
4
5
6
Upi = wartość napięcia przebicia, Up = wartość średnia napięcia przebicia oleju, s = średnie odchylenie standardowe, V = względne odchylenie standardowe

Lp.	papier kablowy suchy
	g [mm]
1	0,14
2	0,13
3	0,12
4	0,14
5	0,11
6	0,12
7	0,12
8	0,12
9	0,13
10	0,12
g = grubość j warstwy papieru, gsr = wartość średnia grubości jednej warstwy papieru

Lp.	papier suchy		$$\frac{E_{\text{pn}}}{E_{\text{ps}}}$$
	m [-]	Ui [V]	vtr [-]
1	5	32	220 V / 30 kV
2		31
3		33
4		32
5		31
Lp.	papier nasycony olejem
	m [-]	Ui [V]	vtr [-]
1	5	128	220 V / 30 kV
2		126
3		122
4		122
5		134
Ui = wartość napięcia zmierzonego po stronie pierwotnej transformatora wysokiego napięcia, vsr = przekładnia zwojowa transformatora wysokiego napięcia, Upi = napięcie przebicia papieru kablowego, m = liczba warstw papieru, Eps ,  Epn = wytrzymałość elektryczna papieru suchego/nasyconego olejem, $\frac{E_{\text{pn}}}{E_{\text{ps}}}$ = krotność wzrostu wytrzymałości papieru kablowego po jego nasyceniu olejem

7. Przykładowe obliczenia:

a) średnie napięcie przebicia:

$$U_{p} = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}U_{\text{pi}}$$

$U_{p} = \frac{1}{6} \bullet \left( 67 + 32 + 32 + 51 + 31 + 20 \right) = 38,83\ \ \lbrack\text{kV}$]

b) średnie odchylenie standardowe:

$$S = \sqrt{\frac{\sum_{i = 1}^{n}{(U_{\text{pi}} - U_{p})}^{2}}{n - 1}}$$

$$\mathbf{S} = \sqrt{\frac{\left( 67 - 38,83 \right)^{2}\lbrack kV\rbrack + \left( 32 - 38,83 \right)^{2}\lbrack kV\rbrack + \left( 32 - 38,83 \right)^{2}\lbrack kV\rbrack + \left( 51 - 38,83 \right)^{2}\lbrack kV\rbrack + \left( 31 - 38,83 \right)^{2}\lbrack kV\rbrack + {(20 - 38,83)}^{2}\lbrack kV\rbrack}{5}}\ $$

=$\sqrt{\frac{793,5489 + 46,6489 + 46,6489 + 148,1089 + 61,3089 + 354,8689}{5}\ }$=$\ \sqrt{290,22668} \approx$17,03 [kV]

c) względne odchylenie standardowe:

$$V = \frac{s}{U_{p}} \bullet 100\%$$

V=$\frac{17,03\ \lbrack kV\rbrack}{38,83\ \lbrack kV\rbrack}*100\% =$ 44%

d) wytrzymałość elektryczna

$$E_{\text{ps}\left( \text{pn} \right)} = \frac{U_{sr}}{\text{mg}}$$

$E = \frac{4,36\ \lbrack kV\rbrack}{5*0,125\ \lbrack mm\rbrack}$ = 6,98

8. Wnioski:

Doświadczenia przebiegły pomyślnie. W oparciu o wyniki i obliczenia grupa dochodzi do wniosku iż są prawdopodobne. Ponadto:
1) Test wytrzymałości elektrycznej oleju wypadł negatywnie. Rozrzut wyników wskazuje na niezadawalającą jednorodność substancji (rozbieżność pomiarów powyżej 20%).
2) Papier kablowy zanurzony w oleju znacząco zwiększa swoją wytrzymałość elektryczną w porównaniu do próbki o tej samej grubości, w otoczeniu samego powietrza.
3) Napięcie powodujące wyładowanie może różnić się diametralnie w zależności od otoczenia badanego obiektu.