Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

===============================================

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Конструкционные и электротехнические материалы

Материалы и элементы электронной техники

Методическое пособие

к лабораторным работам № 5 - 9

для студентов II курса

ЭМФ, РЭФ

Новосибирск

2010

В настоящем пособии дано краткое описание лабораторных работ по исследованию электрических и эксплуатационных свойств электроматериалов. Для каждой работы приведены краткие теоретические сведения об основных физических процессах, происходящих в исследуемых материалах, дано описание лабораторной установки, изложены методы испытаний и обработки экспериментальных данных, указаны требования к отчету. В конце описания каждой работы приведены контрольные вопросы для самоподготовки студентов.

Методическое пособие предназначено для студентов всех специальностей, выполняющих лабораторные работы по курсам “Радиоматериалы и компоненты”, “Электротехнические и конструкционные материалы” и “Материалы и элементы электронной техники”.

Составители: В.Н. Гаревский, к.т.н., доцент

И.Л. Новиков, к.т.н., доцент

Р.П.Дикарева, доцент

Т.С.Романова, ст.преподаватель

Рецензент Б.К. Богомолов, к.ф.-м.н., доцент

Работа подготовлена на кафедре

полупроводниковых приборов и микроэлектроники

_© Новосибирский государственный

технический университет, 2010 г.

Лабораторная работа №5

Исследование электрической прочности

ДИЭЛЕКТРИКОВ

1. Цель работы

Изучение электрической прочности газообразных и жидких диэлектриков:

1. Исследовать зависимость пробивного напряжения U_при электрической прочности Е_првоздуха от расстояния между электродами в однородном и неоднородном электрических полях.

2. Определить электрическую прочность трансформаторного масла одним из стандартных методов и дать заключение об его пригодности.

2. Теоретическое введение

2.1. Пробой газов

Под действием электрического поля заряженные частицы (электроны, отрицательные и положительные ионы газа) перемещаются в направлении поля или против него в зависимости от их знака и приобретают на длине свободного пробега дополнительную к тепловой энергию:

(1)

где Е– напряженность электрического поля;q – заряд частицы;λ- длина свободного пробега.

Если эта энергия становится равной или большей энергии ионизации газовых молекул W_и, то при столкновении с молекулой газа происходит ударная ионизация, т.е. расщепление молекулы на электрон и положительный ион. Освобожденный «вторичный» электрон под действием поля, в свою очередь, ионизует следующие молекулы газа, формируя, таким образом, электронную лавину.

Электронная лавина, достигая анода, интенсивно ионизует газ вблизи этого электрода, доводя его концентрацию до критической величины. Положительная ионная лавина начинает продвигаться от анода к катоду, насыщаясь электронами. Полученная плазма, достигая катода, производит генерацию свободных электронов из него. Эти новые носители заряда образуют устойчивый ток пробоя по проводящему плазменному каналу.

В однородном поле пробой газа наступает внезапно с образованием электрической искры, в неоднородном поле ему предшествует явление короны. Пробивное напряжение при однородном поле выше пробивного напряжения в неоднородном поле при прочих равных условиях. Кроме этого, пробивное напряжение и электрическая прочность газа зависят от рода тока, давления и химического состава газа.

2.2. Пробой жидких диэлектриков

Механизм пробоя и значение электрической прочности диэлектрических жидкостей зависят от степени их очистки.

На величине электрической прочности Е_пржидких диэлектриков весьма резко сказываются форма электродов и расстояние между ними. Поэтому измерение Е_прэлектротехнических масел проводят в стандартном пробойнике – керамическом сосуде с латунными электродами: диаметр 25 мм, радиус закругления краев 2.5 мм, расстояние между электродами 2.5 мм.

Поскольку на электрическую прочность жидкого диэлектрика существенно влияют газовые включения, подачу напряжения после заливки масла в пробойник можно производить, выждав некоторое время, чтобы пузырьки воздуха успели выйти из жидкости.

3. Описание экспериментальной установки

Измерение пробивного напряжения и определение электрической прочности воздуха при постоянном напряжении выполняется с помощью генератора постоянного напряжения ГНВ1-01 (см. рис. 1). Максимальное напряжение, подаваемое на диэлектрик, составляет 20 кВ.