Электротехническое материаловедение

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ  
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ 

 
 
 
 

Лабораторный практикум 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

2017 

УДК 620.20:621.3 
ББК  31.23 

Э 45 

 

Рецензенты: 

доцент кафедры энергообеспечения предприятий ПГТУ,  

канд. техн. наук   В. Г. Соловьев; 

зав. кафедрой электромеханики МарГУ,  

канд. техн. наук, доцент С. В. Волков 

 
 

Печатается по решению  

редакционно-издательского центра ПГТУ 

 
 
 
 

Электротехническое 
материаловедение: 
лабораторный 

практикум / С. Я. Алибеков, Е. В. Алибекова, Н. Г. Крашенинникова, Г. П. Фетисов. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный 
технологический университет, 2017. – 84 с.  
ISBN 978-5-8158-1825-5 

 
Описаны наиболее значимые лабораторные работы по дисциплине 

«Электротехническое материаловедение». Определены цели работ, их содержание и методика проведения.  Представлены необходимые теоретические сведения о методах исследования, классификациях, маркировке, 
структуре и свойствах основных групп материалов. Приведены контрольные вопросы по каждой теме. 

Для студентов направлений подготовки бакалавров «Энергетика, 

энергетическое машиностроение и металообработка», «Металлургия, машиностроение и металообработка», «Транспортные средства», «Агроинженерния».  

 

УДК 620.20:621.3 

ББК  31.23 

 
ISBN 978-5-8158-1825-5 
© Алибеков С. Я., Алибекова Е. В.,  
Крашенинникова Н. Г., Фетисов Г. П., 2017  
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2017 

Э 45

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Лабораторные работы являются важнейшим элементом учеб
ного процесса, совершенствующим подготовку будущего бакалавра. Выполняя задания, студенты овладевают общими приемами 
научной деятельности, основными методами исследования материалов, учатся правильно оформлять результаты исследования и объяснять их. 

Настоящий лабораторный практикум по электротехническому 

материаловедению включает 10 лабораторных работ, в которых рассматриваются наиболее распространенные методы исследования, 
классификация, маркировка и свойства основных групп электроизоляционных материалов (трансформаторного масла, пластмасс, композиционных и полимерных материалов), а также виды их переработки. 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Материаловедением называют область знаний, устанавливаю
щую связь между составом, структурой и свойствами материалов, 
изучающую закономерности их изменения в условиях эксплуатации. 

Электротехническое материаловедение относится к числу осно
вополагающих учебных дисциплин для студентов электротехнического профиля. Каждый специалист, работающий в области электро- 
и радиотехники, должен знать перечень основных электротехнических материалов, диэлектриков, проводников, магнитных полупроводников и их характеристики.  

Научно-технический прогресс прежде всего связан с разработ
кой и использованием новых более современных материалов и требует от специалистов, работающих в разных областях техники, 
определенных знаний в области материаловедения, умения рационально использовать обширную номенклатуру материалов, их свойства для достижения необходимых эксплуатационных характеристик 
изделий. Специалист должен знать для каждого класса материалов 
перечень этих характеристик, единицы их измерения, а также как и 
почему они изменяются под действием температуры, влажности, 
давления, величины и частоты напряжения механической нагрузки. 

Энергетика является одной из наиболее быстро развивающихся 

областей техники. Надежность, чувствительность, избирательность, 
быстродействие, верхний и нижний пределы допустимых при эксплуатации температур, стойкость к ударам, вибрациям, ионизирующим излучениям, переходам напряжений и другие параметры приборов в конечном счете определяются не столько конструкцией или 
электрической схемой, сколько с использованными в них материалами.  

Качественный скачок в развитии электротехники возможен за 

счет использования новых материалов или новых физических принципов использования известных материалов.  

Подлинная революция в электротехнике происходит в настоя
щее время за счет использования нанотехнологий и разработки новых активных диэлектриков. 

Основные задачи изучения курса следующие: 
• сформировать понимание физико-химических превращений, 

протекающих в диэлектриках, проводниках, полупроводниках и 
магнитных материалах под действием электрического поля; 

• дать современное представление об основных видах диэлек
трических, проводниковых, полупроводниковых и магнитных материалов, эксплуатационных характеристиках и областях их применения; 

• привить навыки определения электрических, механических 

свойств, выбора материала с требуемым уровнем характеристик, 
вида и режима эксплуатации. 

Каждая работа сопровождается достаточно подробным изложе
нием теоретических положений, что позволит студентам полнее 
усвоить лекционный материал. Далее проводятся описание необходимого оборудования, порядок выполнения лабораторной работы, 
правила ее оформления, а также вопросы для самоконтроля. Работы 
проиллюстрированы необходимыми схемами и рисунками, написаны простым и доступным языком, содержат необходимые определения, термины и пояснения. 

Особенно ценно, что все лабораторные работы имеют приклад
ной, практический характер, нацелены на углубление интереса к выбранной специальности. Опыт, приобретенный студентами при проведении работ, будет весьма полезен в их будущей инженерной деятельности. 

Данный лабораторный практикум поможет студентам и специа
листам, работающим в области электротехники, глубже и полнее 
понять особенности современных электротехнических материалов, 
увидеть пути их совершенствования и создания принципиально новых материалов и технологий. 

Основное внимание уделено исследованию свойств материалов 

под воздействием внешних факторов: температуры, давления, влажности, приложенного напряжения и других. 

Описание лабораторных работ имеет единую структуру. В нача
ле каждой работы формулируется ее цель, затем приводится подробное изложение теоретического и справочного материала, необходимого для самостоятельной подготовки студентов к занятиям. 
Далее описывается порядок выполнения работы. В конце каждой 
работы даются контрольные вопросы для самопроверки знаний, которые призваны помочь студентам систематизировать и закрепить 
изучаемый материал, а также организовать самостоятельную работу 
по освоению изученного раздела дисциплины. 

Для наглядности излагаемый материал иллюстрируется необхо
димыми рисунками, диаграммами и таблицами. 

Перечень и содержание лабораторных работ соответствуют про
грамме курса для студентов энергетических направлений вузов.  

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ  

И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ В ЛАБОРАТОРИИ 

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 

 

При выполнении лабораторных работ по курсу «Электротехни
ческое материаловедение» используется как низкое, так и высокое 
напряжение выше 1000 В.  Поэтому студенты должны неукоснительно соблюдать правила техники безопасности, установленные 
для высоковольтных лабораторий.  

При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать 

определенные правила. 

• В лаборатории запрещается курить, принимать пищу. 
• При приготовлении и переливании растворов следует исполь
зовать перчатки и воронки, которые после употребления необходимо 
промыть холодной водой. 

• Растворы, случайно пролитые на полу или столе, нужно не
медленно удалить сухой тряпкой, а затем тряпкой, обильно смоченной водой, защитив руки резиновыми перчатками. 

• При попадании на руки раствор кислот или щелочей следует 

обильно промыть проточной водой, а при необходимости обратиться 
в медицинские учреждения. 

• Во избежание получения термических ожогов при работе с 

электропечами помещать образцы в рабочий объем печи можно 
только с помощью специальных зажимных устройств. 

• При неисправности электропроводки, розеток, появлении за
паха горящей изоляции, искрении в местах контактов пользоваться 
электроприборами ЗАПРЕЩАЕТСЯ. 

• 
Запрещается приступать к выполнению работ без разреше
ния преподавателя или учебного мастера. 

• 
Обо всех несчастных случаях, возникших при выполнении 

работ, необходимо немедленно сообщать преподавателю. 

К лабораторным занятиям допускаются студенты, прошедшие 

инструктаж по технике безопасности. В лаборатории электротехнических материалов используются установки для определения элек

трической прочности диэлектриков АИМ-90, АИМ-80, стенды для 
определения диэлектрической проницаемости и потерь энергии в 
диэлектриках, стенд для определения зависимости электропроводности проводниковых материалов от температуры, электрические 
печи сопротивления, а также водные и спиртовые растворы кислот и 
щелочей. 

Лабораторные работы выполняются бригадами в составе 2-3 

студентов в соответствии с графиком, составленным в начале семестра. Продолжительность каждой работы 2 часа. 

К каждой лабораторной работе студенты должны быть подго
товлены заблаговременно, самостоятельно знакомясь с соответствующими описаниями и рекомендованной литературой. Подготовка 
включает оформление заготовки протокола, содержащего перечень 
подлежащих выполнению измерений; предусмотренные заданием 
расчеты; формулы, необходимые для обработки результатов; таблицы, предназначенные для занесения в них результатов измерений. 

В процессе выполнения работы в протокол заносятся результа
ты измерений, математические операции для обработки результатов, 
предусмотренные заданием, графики полученных зависимостей и 
другая получаемая в ходе работе информация.  

Лабораторная работа 1 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ В МАСЛЕ 

 

Цель работы: ознакомиться с методом испытания жидких ди
электриков; определить пригодность испытываемой жидкости для 
применения в высоковольтных аппаратах путем сравнения опытных 
данных с характеристиками жидких диэлектриков, приведенных в 
ГОСТ 10577-78 «Нефтепродукты. Метод определения содержания 
механических примесей». 

Материалы, приборы и оборудование: проба чистого свежего 

трансформаторного масла; установка для определения шлака; установка для нагрева проб масла при определении в ней воды. 

 

Краткие теоретические сведения 

Из всех жидких электроизоляционных материалов наибольшее 

применение в электротехнике находят нефтяные масла. Это слабовязкие, практически неполярные жидкости. К ним относятся трансформаторное, конденсаторное и кабельное масла. По химическому 
составу они представляют собой смесь различных углеводородов 
парафинового, 
нафтенового, 
ароматического 
и 
нафтеново
ароматического рядов с небольшим (до 1 масс. %) содержанием 
присадок, улучшающих их стойкость.  Нефтяное трансформаторное 
масло получило наиболее широкое применение в высоковольтных 
аппаратах, трансформаторах, масляных выключателях, высоковольтных вводах. 

В трансформаторах нефтяное масло выполняет две основные 

функции: во-первых, заполняя поры волокнистой изоляции и промежутки между проводами обмоток, а также токопроводящими частями и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции; во-вторых, улучшает отвод теплоты, выделяемой за счет потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. 

В масляных выключателях трансформаторное масло способ
ствует еще быстрому гашению электрической дуги.  Его используют 

для пропитки волокнистой изоляции с целью повышения электроизоляционных свойств. Трансформаторное масло используют для 
получения конденсаторного масла путем глубокой электрической 
очистки, а также получения кабельного масла добавлением в него 
для повышения вязкости природных и искусственных смол. 

Чтобы получить трансформаторное масло, пригодное для при
менения, необходимо очистить масляный дистиллят, который остается после отгонки от нефти легких нефтепродуктов: бензина, керосина, лигроина. Дистиллят очищают серной кислотой, затем нейтрализуют щелочью, промывают водой и сушат при 75-85 °С, продувая 
через него воздух. Для очистки от примесей и механических загрязнений масла фильтруют через адсорбенты – вещества, имеющие 
сильно развитую поверхность. 

В соответствии с классификацией нефтяное трансформаторное 

масло подразделяется на свежее, чистое (сухое), эксплуатационное, 
регенерируемое и отработанное.  

 

Порядок выполнения работы 

 

1. Определение цвета масла 
По цвету масла ориентировочно судят о его качестве. Испыта
ния проводят так: масло фильтруют через два бумажных фильтра и 
заливают в пробирку. Пробу масла сравнивают с образцами масла 
различного цвета (качества), залив в 9 пробирок, расположенных по 
номерам от 1 до 9, или по цветной таблице, аналогичной набору образцов масла. Свежее масло соответствует цвету первых двух пробирок (№1 и №2), светло-жёлтое. 

 
2. Определение механических примесей 
Наличие механических примесей в масле определяется путем 

осмотра пробы масла в бутылке, простоявшей в спокойном состоянии при комнатной температуре не менее 1 часа, чтобы за это время 
все механические примеси, которые могут быть в масле, опустились