Зміст звіту

1. Назва і мета роботи.

2. Опис виконання лабораторної роботи із зображенням схеми дослідного обладнання.

3. Результати досліджень з визначення індексу в’язкості моторної оливи аналітичним методом та за допомогою номограми і висновки про можливість її використання у двигунах.

Питання для самоконтролю

1. Охарактеризувати вплив в’язкості моторної оливи на роботу двигуна.

2. Як змінюється в’язкість моторних олив залежно від температури? Що впливає на цю залежність?

3. Як оцінюються в’язкісно-температурні властивості моторних олив?

4. Що називається індексом в’язкості?

5. Зобразіть аналітичний вираз для визначення індексу в’язкості і розшифруйте його складові.

6. Які моторні оливи називають загущеними? Назвіть марку.

7. Навести приклад позначення моторних олив за вітчизняною класифікацією і за міжнародною класифікацією (SAE, АРІ, АСЕА) та розшифрувати його.

8. Що необхідно для визначення індексу в’язкості моторної оливи за номограмою?

Рекомендована література: [1, с. 125-128]; [3, с. 111-114].

Лабораторна робота №10

ОЦІНКА ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЕЛЕКТРОІЗОЛЯЦІЙНИХ ОЛИВ

Мета роботи. Ознайомитись з методикою оцінки електроізоляційних властивостей олив.

Завдання. Визначити тангенс кута діелектричних втрат, діелектричну проникливість і напругу пробою при частоті 50 Гц., питомий об’ємний електричний опір при напрузі постійного струму.

Загальні відомості

Електроізоляційні оливи – це рідкі діелектрики, призначені для ізоляції і відведення теплоти від струмопровідних частин, а також для швидкого гасіння дуги, яка виникає у магнітних вимикачах. До цієї групи належать трансформаторні, конденсаторні, кабельні оливи та для електричних вимикачів (додаток Ж). Всі вони, крім кабельних, – малов’язкі глибоко очищені рідини з добрими низькотемпературними властивостями.

До основних електричних характеристик електроізоляційних олив належать: тангенс кута діелектричних втрат tg і діелектрична проникливість _r при частоті 50 Гц; питомий об’ємний електричний опір _v при напрузі постійного струму; напруга пробою U_пр при частоті 50 Гц.

Важливим показником якості електроізоляційних олив є тангенс кута діелектричних втрат tg, який характеризує ступінь чистоти олив, наявність в них різноманітних забруднень. Визначення tg дозволяє виявити найменші забруднення, які не піддаються визначенню хімічними методами.

Електричну міцність олив визначають за напругою пробою, яка характеризує ізоляційні властивості олив. Цей показник залежно від галузі застосування складає 150...210 кВт/см (для частоти струму 50 Гц і температури 20 С).

Методика виконання роботи

Для визначення тангенса кута діелектричних втрат та діелектричної проникливості використовують вимірювальні комірки різних типів (плоску або циліндричну дво- або тризатискного типу). На рис. 10.1 представлено плоскі вимірювальні комірки двозатискного та тризатискного типу. До конструкції комірок ставиться ряд вимог. Вони повинні бути зручні для розбирання і очистки; електроди повинні зберігати своє початкове положення один відносно одного; матеріал виготовлення повинен витримувати необхідну температуру, бути корозійностійким, не чинити каталітичний вплив на досліджуваний продукт і не адсорбувати його.

Обов’язковими розмірами у конструкції комірки є: зазор між вимірювальним і високовольтним електродами, який повинен бути рівний 20,1 мм; зазор між вимірювальним і охоронним електродом – 20,1 мм. Електроди комірки повинні мати контактні затискачі, які забезпечують надійне з’єднання з відповідними елементами схеми.

Вимірювальна установка містить джерело (генератор) напруги, вимірювальний пристрій та індикатор. Джерело напруги повинно забезпечувати отримання практично синусоїдальної кривої напруги (коефіцієнт амплітуди в межах 1,341,48; коливання напруги не більше 1%; зміна частоти не більше 0,5%). Чутливість нульового індикатора повинна бути не менше 1 мкВ на одну поділку. Установка повинна забезпечувати вимірювання ємності від 2010^-12 до 100010^-12 Ф, вимірювання тангенса кута діелектричних втрат – від 0,0001 до 1,0. Напруженість електричного поля повинна становити 1 МВм^-13%.

Перед проведенням дослідів комірка повинна бути повністю демонтована і всі її деталі двічі промиті розчинником (петролейний ефір, толуол і ін.). Після цього деталі комірки обполіскують ацетоном, промивають мильним розчином і кип’ятять у 5%-ому розчині фосфату натрію з дистильованою водою. Потім деталі кип’ятять у дистильованій воді протягом 1 год і висушують при температурі 105–110 С впродовж 60...90 хв.

Збирають комірку, користуючись бавовняними або капроновими рукавицями. Зібрану комірку приєднують до вимірювального кола установки і визначають ємність порожньої комірки (С₀). Разом з цим визначають тангенс кута діелектричних втрат порожньої комірки. При температурі 15...35 С для двозатискних комірок виміряне значення tg₀ не повинно перевищувати 0,0003, для тризатискних – 0,0001. На основі цих значень оцінюють чистоту ізоляційних прокладок комірки. У випадку невиконання вказаних умов комірку слід знову промити.

Перед проведенням вимірювань комірку заповнюють досліджуваною оливою (50 мл). Не здійснюючи вимірювань, рідину виливають з комірки і повторно заповнюють комірку до позначки. Під час випробування високов’язких олив, наприклад С-220, їх попередньо нагрівають до температури 40...60 С.

Заповнену вимірювальну комірку встановлюють у попередньо нагрітий до температури випробування термостат, приєднують до електричного кола і після досягнення коміркою заданої температури проводять вимірювання. Тангенс кута діелектричних втрат та діелектричну проникливість визначають при температурі, вибраній з ряду: 15...35 (стосовно tg лише для малов’язких рідин); 50; 70; 90 (100); 110 і далі до 250 С через кожні 20 С.

Під час визначення tg і _r для в’язких рідин чисту комірку нагрівають до температури, яка на 5...10 С перевищує задану температуру, і заповнюють порцією попередньо нагрітої досліджуваної рідини. Потім комірку промивають рідиною і витримують їх разом впродовж 20 хв при заданій температурі, після чого проводять вимірювання тангенса кута діелектричних втрат та діелектричної проникливості.

Розбіжність між результатами двох вимірювань не повинні перевищувати: під час визначення тангенса кута діелектричних втрат – 15% від значення більшого результату; під час вимірювання діелектричної проникливості – 5% від значення більшого результату.

Остаточно тангенс кута діелектричних втрат і діелектричну проникливість визначають за формулами, представленими у табл. 10.1.

Таблиця 10.1.

Розрахункові формули для визначення тангенса кута діелектричних втрат

і діелектричної проникливості

Тип вимірювальної комірки	Формула для розрахунку
	tg	r
Тризатискна комірка tg1  0,1 tg1  0,1	tg1
Двозатискна комірка tg1  0,1 tg1  0,1

де С₀, tg₀ – відповідно виміряні ємність (Ф) і тангенс кута діелектричних втрат порожньої вимірювальної комірки; С₁, tg₁ – відповідно виміряні ємність (Ф) і кут діелектричних втрат вимірювальної комірки, заповненої досліджуваним діелектриком; С_п – паразитна ємність комірки (Ф), зумовлена наявністю твердих електроізоляційних прокладок, порожнин, ємності провідників і т.д.,

, (10.1)

де С_к – ємність вимірювальної комірки, заповненої рідиною з відомим значенням _к (калібрувальною рідиною) і tg_к  0,01, Ф.

За результат визначення тангенса кута діелектричних втрат приймають менше з двох визначених значень. За результат визначення діелектричної проникливості приймають середнє арифметичне проникливості двох порцій однієї проби.

Під час визначення питомого об’ємного електричного опору до вимірювального обладнання ставиться ряд вимог: напруга повинна бути сталою, стабільність якої повинна бути не менше 1% при струмові не більше 1 мА; у випадку використання випрямлячів струму пульсація не повинна перевищувати 1,0%.

Спочатку зібрану підготовлену комірку приєднують до вимірювального кола і перевіряють чистоту прокладок комірки, вимірюючи опір порожньої комірки. Значення цього опору повинно бути не менше як на один-два порядки вищим, ніж опір комірки, заповненої досліджуваною оливою.

Під час визначення питомого об’ємного електричного опору напруженість поля повинна становити 0,25 МВм^-1; позитивний потенціал повинен бути на зовнішньому електроді. Час витримки взірця під напругою – 1 хв.

Розбіжність між результатами двох вимірювань не повинна перевищувати 35% від більшого виміряного значення опору.

Питомий об’ємний електричний опір _v (Омм) визначають за формулою:

, (10.2)

де R_v – виміряне значення об’ємного електричного опору, Ом;

С₀ – ємність порожньої комірки, Ф.

За результат визначення приймають більше з двох визначених значень.

Для визначення напруги пробою електроізоляційних олив використовують установку АИМ-90 (рис. 10.2). Джерелом живлення служить випробувальний трансформатор 4 (рис. 10.2, а) з регулятором напруги, який забезпечує отримання на електродах вимірювальної комірки 6 синусоїдальної напруги (коефіцієнт напруги повинен бути від 1,34 до 1,48).

До трансформатора ставиться ряд вимог: середня напруга пробою рідких матеріалів повинна складати не менше 15% значення номінальної напруги трансформатора; потужність трансформатора повинна бути достатньою, щоб забезпечувати пробій при струмові не менше 20 мА у всьому діапазоні використовуваних для випробувань напруг, що перевищують 15 кВ. Захист трансформатора від перевантажень, зумовлених струмами короткого замикання, та зменшення розкладання рідкого матеріалу у момент пробою, здійснюється автоматичним вимикачем, час спрацювання якого не перевищує 0,02 с, а також включенням струмообмежувального опору 5, значення якого вибирають з розрахунку 0,2...1 Ом на 1 В високої напруги випробувального трансформатора.

Швидкість зміни напруги під час випробувань повинна бути 2 кВ/с20%. Напругу вимірюють амплітудним вольтметром 3, який приєднують до обмотки низької напруги випробувального трансформатора; клас точності вольтметра – не нижче 1,5.

Посуд для рідини 1 (рис. 10.2, в) вимірювальної комірки виготовляють з матеріалу, який не чинить вплив на оливу (електроізоляційні скло, пластмаса, кварц). Форма посуду забезпечує відстань між стінками і електродами 2 більшу, ніж 12 мм. Верхній край посуду знаходиться приблизно на відстані 40 мм від горизонтальної площини, яка проходить через центр електродів. Глибина занурення електродів у рідкий матеріал – не менша 15 мм. Зазор між електродами складає 2,50,05 мм.

Перед проведенням дослідів вимірювальну комірку промивають гасом і петролейним ефіром. Поверхню електродів періодично полірують, після чого промивають розчинниками.

Після цього комірку обполіскують досліджуваною рідиною та заповнюють новою порцією оливи для випробувань. Для випробувань беруть 300 мл досліджуваного матеріалу, обережно вливаючи його у вимірювальну комірку і слідкуючи, щоб струмінь рідини стікав по стінкам і не утворювались бульбашки повітря. Випробування проводять при температурі 15...35 С.

Через 10 хв після заповнення комірки через досліджуваний взірець пропускають електричний струм, плавно збільшуючи напругу до пробою, і фіксують її значення. Для однієї заповненої комірки проводять шість послідовних пробоїв з інтервалом у 5 хв. Після кожного пробою за допомогою скляної палички рідину між електродами обережно перемішують для видалення продуктів розкладання з міжелектродного простору. У випадку випробування високо в’язких матеріалів кожен наступний пробій проводять з окремою порцією рідини, взятої з тієї ж проби.

Після проведених вимірювань визначають середнє арифметичне значення напруги пробою, середню арифметичну похибку середнього арифметичного та коефіцієнт варіації. Якщо значення коефіцієнта варіації перевищує 20%, проводять ще одне заповнення вимірювальної комірки порцією рідини, проводять ще шість визначень напруги пробою, збільшуючи число дослідів до 12.

Якщо підсумковий коефіцієнт варіації перевищує 20%, якість діелектрика слід вважати незадовільною.