Izdelava naprave za testiranje natezne trdnosti izolacije vodnikov

Strmšek, Jan (avtor), Begeš, Gaber (mentor)

Diplomsko delo obravnava načrtovanje, izvedbo in validacijo merilnega sistema za mehanski preizkus natezne trdnosti in razteznosti izolacijskih materialov električnih vodnikov, skladno z zahtevami standarda IEC 61010–031:2022. Razvita naprava je zasnovana za testiranje skladnosti izolacije s predpisanimi mehanskimi lastnostmi, tako v začetnem stanju kot po pospešenem staranju. Testna oprema vključuje krmilni sistem, ki temelji na odprtokodni platformi Arduino Uno, ki izvaja PID regulacijo hitrosti linearnega pomika, poleg tega pa vključuje digitalni dinamometer za merjenje sile in Hall senzorje za zajem podatkov o pomiku ter hitrosti. Mehanski del naprave je izdelan iz modularnih aluminijastih (Bosch) profilov, ki omogočajo visoko togost ter enostavno prilagodljivost sistema. Merilni sistem je bil validiran s primerjalnimi preizkusi, izvedenimi na referenčni napravi Zwick Z100 v partnerskem podjetju. Preizkus je vključeval dve vrsti vzorcev: v nepostaranem in v umetno postarano obdelanem stanju. Vzorci preizkušani z lastno napravo in referenčno napravo pa so bili enaki. Izračunane mediane natezne trdnosti in razteznosti so se med napravo, razvito v okviru diplomske naloge, in referenčnim sistemom razlikovale za manj kot 3 %. Ta primerjava potrjuje ustrezno merilno točnost naprave in kaže na nizke sistematične pogreške, ki ne presegajo dopustnih toleranc standarda. Poleg tega je bila potrjena tudi ponovljivost meritev, saj so standardni odkloni znotraj posameznih serij ostali nizki. Na podlagi dobljenih rezultatov lahko zaključimo, da naprava izpolnjuje zahteve standarda glede merjenja natezne trdnosti (≥ 7 N/mm²) in raztezka (≥ 100 % za), hkrati pa predstavlja cenovno ugodno in tehnično primerno rešitev za osnovne potrebe mehanskega testiranja izolacijskih materialov v raziskovalnem in razvojnem okolju.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: natezna trdnost, izolacija vodnikov, PID regulacija, Arduino, IEC 61010–031, validacija, dinamometer, Hall senzor, testiranje materialov
• Vrsta gradiva: Diplomsko delo/naloga
• Organizacija: FE - Fakulteta za elektrotehniko
• Leto izida: 2025
• PID: 20.500.12556/RUL-176090
• Datum objave v RUL: 21.11.2025

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Production of a device for testing the tensile strength of conductor insulation

Izvleček

This thesis presents the design, development, and validation of a mechanical test system for determining the tensile strength and elongation of insulation materials used in electrical conductors, in accordance with the IEC 61010–031 standard. The developed test device is intended to evaluate the compliance of insulation materials with prescribed mechanical properties, both in their original condition and after accelerated thermal ageing. The control system is based on the open-source Arduino Uno platform, which performs PID regulation of the linear displacement speed. The setup also includes a digital force gauge for tensile force measurement and Hall sensors for displacement and speed detection. The mechanical structure is built from modular Bosch aluminum profiles, ensuring structural rigidity and configurability. The measurement system was validated by comparison testing with a reference tensile testing machine (Zwick Z100) in a partner company. Two types of insulated conductors were tested (aged and unaged). The calculated medians of tensile strength and elongation deviated by less than 3% between the developed system and the reference device. This confirms the measurement accuracy of the developed system and indicates that systematic errors remain within acceptable limits. The tests also demonstrated good repeatability, with low standard deviations across repeated measurements. Based on the results, it is concluded that the developed device complies with the standard’s requirements for tensile strength (≥ 7 N/mm²) and elongation (≥ 100%). Additionally, it offers a cost-effective and technically suitable solution for the mechanical testing of insulation materials in research and development environments.

• Ključne besede: tensile strength, insulation, Arduino, PID control, IEC 61010–031, force measurement, Hall sensor, material testing, validation