Materiałoznawstwo elektryczne. Laboratorium

Wykonali:

Andrzej Kasprzycki

Konrad Bródka

Wojciech Czerepak

Ćw.2 Badanie odporności na łuk elektryczny materiałów

elektroizolacyjnych stałych.

Informacje o wybranych tworzywach termoplastycznych:

1. PCW

Własności podstawowe:

Rodzaj substancji: mieszanina jednorodna chlorku winylu [-CH₂-CHCL-]_n o różnym stopniu polimeryzacji, z domieszką do 70% plastyfikatorów (w mieszankach izolacyjnych zazwyczaj 25-35%), 1-4% stabilizatorów, 0,5-2% smarów oraz pigmentów i niekiedy napełniaczy.

Właściwości elektryczne:

W znacznym stopniu zależą od zawartości domieszek mogą być one różne dla tych samych wytworów różnych producentów ze względu na różne plastyfikatory, napełniacze i stabilizatory. Wytrzymałość dielektryczna czystego polichlorku winylu o grubości 0,2-1mm Kp=14-30kV_sk/mm dla grubości powyżej 1mm napięcie przebicia Kp=9-35 kV/mm. Warstwa grubszych niż 1mm występują zjawiska dodatkowe obniżające wytrzymałość. Wzrost temperatury oraz zawilgocenie powoduje spadek wytrzymałości dielektrycznej.

Czysty polichlorek winylu jest półprzezroczysty lub przezroczysty bezbarwny. Zawartość domieszek zmienia barwę i czyni materiał nie przezroczystym.

Własności chemiczne:

Jest on średnio stabilny chemicznie, pod działaniem światła słonecznego lub podwyższonej temperatury wydziela HCL, podlegając procesowi utlenianiania procesowi temu przeciwdziała dodatek stabilizatorów.

Polichlorek winylu jest odporny na działanie kwasów i zasad, alkoholi, olejów i większości rozpuszczalników. Chłonność po 24 godzinach zanurzenia w wodzie o temperaturze 20^oC:

PCW suspensyjnego 0,1-0,6%

PCW emulsyjnego 4,5-9% temperatura odkształcenia cieplnego 54-74⁰C

wytrzymałość na ściskanie 700-900 x10⁵N/m²

wytrzymałość na zginanie 700-1000 x10⁵N/m²

PCW oraz jego mieszaniny z innymi termoplastami są obecnie najbardziej rozpowszechnionymi tworzywami sztucznymi zastępujących w wielu dziedzinach gumę oraz tkaniny gumowe. W elektrotechnice jest powszechnie stosowany do izolacji niskonapięciowej na napięcia poniżej 10kV przewodów i kabli oraz na powłoki kabli ziemnych i o specjalnym wykonaniu kabli morskich.

2) Poliwęglany.

Rodzaj substancji: mieszanina jednorodna poliestrów kwasu węglowego (-O-CO-O-R-)_n przy czym R jest arylem o różnym stopniu polimeryzacji w praktyce rodnik R jest resztą dwu-(czery-hydroksyfenolu) - dwumetylometanu (dianu):

-C₆H₄-C(CH₃)₂-C₆H₄-.

Produkty handlowe zawierać mogą dodatki barwiące niekiedy włókna szklane jako nośnik (laminaty lub napełniacz) Maksymalna temperatura pracy bez obciążenia t=120-145^oC. Wytrzymałość na ściskanie 6,5x10⁷N/m².

Wytrzymałość dielektryczna K_p=350kV/cm ze wzrostem temperatury w zakresie 25-100^oC prawie nie zmienia się. Poliwęglany są najczęściej przezroczyste barwy jasnobursztynowej do lekko zielonkawej.

Własności chemiczne:

Poliwęglany są dość stabilne chemicznie prawie nie ulegają starzeniu, szkodliwy wpływ tlenu atmosferycznego daje się zaobserwować dopiero powyżej temperatury 120^oC. Dobrze odporne na działanie słabych kwasów, olejów roślinnych i mineralnych oraz alkoholi. Dłuższe przebywanie w wodzie nawet wrzącej nie powoduje pęcznienia poliwęglanów i nie pogarsza ich własności dielektrycznych.

Poliwęglany można poddawać obróbce skrawania klejenia, spawania oraz rozpuszczania. Zastosowania poliwęglanów wynikają głównie z doskonałych własności mechanicznych w szerokim zakresie pracy temperaturowej. Produkuje się z nich części mechaniczne zawory naczynia obudowy, lampy.

3) Teflon.

Teflon - mieszanina jednorodna polimerów czterofluoroetylenu (-CF₂-CF₂-)_n,

O różnym stopniu polimeryzacji, często z domieszką napełniaczy nieorganicznych (talku,

Szkła, kwarcu itp.).

Własności elektryczne i optyczne:

Policzterofluoroetylen wyróżnia się doskonałymi własnościami dielektrycznymi,

Prawie stałymi w dużym zakresie temp. i często, zależnymi w znacznym stopniu

od zawartości napełniaczy. wytrzymałość dielektryczna krótkotrwała k_p =19-60

KV/mm. Zanurzeni w oleju zwiększa wytrzymałość k_p 5-10-krotnie .folię o grubości d = 0,025 mm mają napięcie przebicia U_p= 2,8-3 kV. Wytrzymałość na działanie łuku wynosi około 700 s, a więc jest bardzo duża, przyczyną tego faktu jest że podczas rozkładu policzterofluoroetylenu wydzielają się substancje gazowe .Odporność na erozję jonizacyjną jest mniejsza niż dla innych polimerów ze względu na mikroporowatość powierzchni może być polepszona przez wprowadzenie napełniaczy. Barwa żółtawobiała podatność na barwienie średnie przezroczystość wykazują tylko cienkie warstwy.

Własności chemiczne.

Policzterofluoroetylen jest dość stabilny i odporny na działanie czynników chemicznych. W temperaturze 350^oC zaczyna się rozkładać z wydzielaniem toksycznego fluorowodoru (w obecności wilgoci); degradacja polimeru następuje w temperaturze 600-700^oC. Odporny na działanie kwasów nieorganicznych (nawet wody królewskiej lub gorącego kwasu azotowego), zasad (nawet wrzących) i roztworów soli. Ulega działaniu tylko stopionych metali alkalicznych (wydzielając węgiel i tworząc fluorki tych metali) oraz fluoru pod ciśnieniem. W niewielkim stopniu absorbuje chlor.

Woda w większości przypadków nie działa na policzterofluoroetylen w temperaturze powyżej 200^oC.

Schemat układu pomiarowego:

AT- autotransformator o napięciu 0÷220 V i prądzie nie mniejszym niż 10 A

TWN- transformator wysokiego napięcia 220÷15000V; 100mA

R₁₀-R₄₀ - oporniki suwakowe do regulacji prądu, około 500Ω każdy 1÷3 A R₀- opornik tłumiący, 15 kΩ; 24 W

L- cewka indukcyjna bezrdzeniowa około 2H

mA- miliamperomierz prądu przemiennego o zakresie 0÷50 mA

V₁- woltomierz napięcia zmiennego o zakresie 0÷250 V

V₂- woltomierz elektrostatyczny o zakresie do 15 kV

U- przekaźnik czasowy zabezpieczający otwieranie i zamykanie obwodu w czasie zgodnym z tablicą, o uchybie czasowym nie większym niż ± 0,5%

Stopnie wytrzymałości materiału na łuk elektryczny:

Stopień badania	Czas trwania przerwy łukowej [s]	Czas trwania Łuku [s]	Prąd łuku [mA]	Czas trwania stopnia [s]	Łączny czas pomiaru [s]
I	¾	¼	10	60	60
II	¾	¼	10	60	120
III	¼	¼	10	60	180
IV	-	ciągły	10	60	240
V	-	ciągły	20	60	300
VI	-	ciągły	30	60	360
VII	-	ciągły	40	60	420

Wyniki pomiarów:

Próbie łuku odporności poddaliśmy następujące materiały:

materiał	Czas przebicia próbki materiału			Stopień wytrzymałości	Sposób zniszczenia
Hydroceuloza	70s	71s	70s	II	Po 70s pali się
Teflon	240s	242s	242s	IV	Po 230s zaczy- na się topić
PCW	2,5s	3,5s	4s	I	Pali się
Ebonit	16s	16s	17s	I	Po 17s tworzy się ścieżka przewodząca
Polistyren	14s	14s	15s	I	Pali się
Tekstolit	12s	13s	12s	I	Po 12s tworzy się ścieżka przewodząca
Laminat	123s	123s	124s	III	Po 123s pali się

Wnioski i spostrzeżenia z przeprowadzonego ćwiczenia:

Na pierwszy rzut oka trudno określić jest odporność materiału na łuk elektryczny. Po przeprowadzeniu badań na wyżej wymienionych materiałach stwierdziliśmy, że każdy z nich przejawia różne własności elektroizolacyjne. Własności mechaniczne w żaden sposób nie wpływają na odporność materiału na działanie łuku elektrycznego. Najbardziej odpornym okazał się teflon, który przy 4 stopniu (łuk ciągły) został nadtopiony na głębokość około 2mm. Oznacza to, że materiał jest niepalny i nawet i tak wysoka temperatura w krótkim czasie nie powoduje większego zniszczenia. Najsłabszym materiałem pod względem wytrzymałości elektrycznej okazał się ebonit. Ten materiał w przeciwieństwie do teflonu jest łatwo palny ponieważ już po 2s po poddaniu go próbie wytrzymałości zapalił się tracąc własności izolatora. Na podstawie wyników badań mammy już informację jaki materiał można używać izolator w danych warunkach (chodzi o możliwość i wielkość wystąpienia łuku elektrycznego) i tak żywica melaminowa jest stosowana w wyłącznikach.

2

1

---