ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

 

Цель работы. Исследовать величины удельных электрических сопротивлений диэлектриков различного состава и влажности.

Теоретические сведения.

Отличительным свойством диэлектриков, используемых в элек­троизоляционной технике, является очень слабая способность прово­дить электрический ток. Низкая электропроводность диэлектриков обусловлена тем, что при обычных условиях (ограниченной температу­ре и напряженности электрического поля) в них имеется весьма малое количество носителей заряда по сравнению с проводниками и полупро­водниками. По своему характеру электропроводность диэлектриков яв­ляется главным образом ионной.

Под действием приложенного постоянного напряжения через элек­трическую изоляцию проходит ток утечки, который состоит из объем­ного и поверхностного токов утечки. Объемный ток проходит через внутренние области изоляции и обусловлен величиной объемного со­противления электрической изоляции. Поверхностный ток утеч­ки проходит через поверхностные слои изоляции и обусловлен вели­чиной поверхностного сопротивления изоляции R_V. Понятие о по­верхностном сопротивлении вводят применительно к твердой изоляции, так как в результате воздействия внешних загрязнений, например, влаги, электропроводность наружных слоев изоляции может быть зна­чительно большей по сравнению с проводимостью внутренних областей. В таких случаях низкое значение электрического сопротивления изо­ляции определяется большим поверхностным током утечки.

Для оценки качества диэлектриков с точки зрения их способности, препятствовать прохождению через них электрического тока поль­зуются такими характеристиками как удельное объемное сопротивле­ние ρ _v и удельное поверхностное сопротивление ρ _s, которые являются величинами, обратными удельной объемной проводимости γ _v и удельной поверхностной проводимости γ _s.

При повышении температуры удельные сопротивления электроизо­ляционных материалов уменьшаются. У твердых диэлектриков это явле­ние объясняется главным образом увеличением числа носителей заряда при нагревании. Для ограниченного интервала температур (в пределах, встречающихся на практике) зависимость удельного объёмного сопро­тивления от температуры достаточно точно выражается формулой:

(1.1)

где ρ _Vt - удельное объемное сопротивление при температуре t;

ρ _V0 - удельное объемное сопротивление при температуре 0° С;

α - коэффициент, зависящий от природы материала, характеризующий скорость снижения сопротивления диэлектрика с ростом температуры.

Сопротивление диэлектриков в ряде случаев зависит также от величины приложенного напряжения, уменьшаясь при её возрастании. Зависимость эта обнаруживается при неплотном прилегании электро­дов к поверхности изоляции. Она может появиться у пористых мате­риалов в результате перераспределения влаги в капиллярах под дей­ствием приложенного напряжения, а также в случае образования объ­ёмных зарядов в диэлектрике, создающих электродвижущую силу высо­ковольтной поляризации. Следует отметить, что здесь имеются ввиду такие напряжения, величина которых далека от пробивного напряже­ния изоляции.

При определении удельных сопротивлений твердых диэлектриков чаще всего применяют плоские электроды. Образец присоединяют к ис­пытательной установке при помощи электродов, которые должны плотно прилегать к его поверхности. Широкое распространение получили элек­троды из алюминиевой (отожженной) или оловянной фольги толщиной 0, 01 - 0, 02 мм. Для улучшения контакта фольговые электроды прижи­маются грузом к образцу через мягкую резину или припрессовываются с нагревом. Очень часто применяют фольговые электроды, плотно при­тертые в поверхности образца на вазелине, на трансформаторном, конденсаторном или вазелиновом масле, на кремнийорганической жидкости.

Определение удельного объемного и удельного поверхностного сопротивлений производится обычно на одном и том же образце, снаб­женного тремя электродами. Форма и расположение этих электродов показаны на рисунке 1.1. Верхний дисковый электрод А имеет диаметр D, внутренний диаметр кольцевого электрода В d₂=d₁+ 4 мм. Таким об­разом, зазор между этими электродами составляет 2 мм. Нижний диско­вый электрод С имеет диаметр, примерно равный наружному диаметру кольцевого электрода. При измерении объемною сопротивления образца следует пропускать ток сквозь толщу образца между верхним и нижним дисковыми электродами А и С, а при измерении поверхностного сопро­тивления - через поверхностный слой образца, расположенный в коль­цевом зазоре между электродами А и В.

В принципе измерение этих сопротивлений образцов диэлектри­ков несложно, однако не практике далеко не всегда является делом, так как вследствие большой величины удельных сопротив­лений, особенно в случае высококачественных диэлектриков, в схеме протекают настолько слабые токи, что их измерение оказывается затруднительным.

Рисунок 1.1 – Схема расположения круглых электродов для измерения удельных сопротивлений плоского образца диэлектрика.

 

Удельные сопротивления диэлектриков принято определять при постоянном напряжении, для чего существуют различные методы. Испытания материалов с удельным объемным сопротивлением примерно до 10¹³ – 10¹⁵ Ом× см. обычно производят с помощью гальванометра спо­собами непосредственного отклонения, заряда конденсатора и сравне­ния. Для исследования диэлектриков с более высокими характеристиками чаще всего применяют ламповые. электрометры.

Устройство установки. Схемы для определения электрических со­противлений твердых диэлектриков показаны на рисунке 1.2. Здесь 1, 2, 3 – электроды; 4 – исследуемый образец диэлектрика; 5 – источник высокого напряжения; 6 – токоограничивающее сопротивление (не менее 1 МОм); 7 – шунт гальванометра; 8 – гальванометр.

Ток от источника высокого напряжения (ИВН) пропускается через толщу образца между нижним электродом 3 и верхним электродом 1 при измерении R_V и между электродами 1 и 2 при измерении R_S.

В первом случае охранным электродом служит электрод 2, во втором - электрод 3. Назначение охранных электродов в том, что они исклю­чают при измерении R_V влияние R_S и, наоборот, при измерении R_S - влияние R_V.

Шунт 7 служит для расширения пределов измерения гальваномет­ра 8. Различным положениям переключателя шунта соответствуют шунтовые числа 1/п. Шунтовое число показывает, какая доля тока, про­текающего через образец, ответвляется в гальванометр.

Резистор R, предназначен для ограничения тока в цепи при пробое образца во избежание повреждения гальванометра. Отсчёт по­казания гальванометра производят через 1 мин после замыкания цепи. Дело в том, что как объемное, так и поверхностное сопротивление образца при постоянном напряжении определяют по сквозному току утечки, обусловленному нейтрализацией электрических зарядов на электродах. Но в начале действия напряжения на сквозной ток накла­дывается постепенно спадающий до нуля ток абсорбции, обусловленный перемещением зарядов, не нейтрализующихся на электродах (в частно­сти, при замедленных видах поляризации). Обычно ток абсорбции зату­хает практически в пределах одной минуты. По этой причине, а также для получения сравнимых результатов при различных испытаниях усло­вились фиксировать ток при определении удельных сопротивлений диэлектриков ровно через одну минуту после подачи напряжения на обра­зец.

Задание на работу. Измерить R_V и R_S и рассчитать и ρ _v и ρ _s для различных электроизоляционных материалов (бумага, картон, гетинакс, текстолит и др.) по указанию преподавателя. Сравнить получен­ные результаты и объяснить, почему удельные электрические сопротив­ления указанных материалов отличаются друг от друга.

Порядок проведения работы:

1. Собрать схему для измерения удельного объемного электрического сопротивления ρ _v. (рисунок 1.2а).

2. Ручку шунта поставить в положение, соответствующее наименьшему (! ) шунтовому числу 1/n, чтобы гальванометр не вышел из строя вследствие чрезмерного увеличения силы тока.

3. Поместить в рабочую камеру собранную установку и закрыть двери.

4. Включить установку (ИВН), автотрансформатором установить нап­ряжение, на котором будет производиться замер удельного объемного сопротивления (V₂, рисунок 1.2а),

5. Включить автоматический выключатель ИВН, вращая рукоятку авто­трансформатора подать напряжение на образец диэлектрика, отметить замера.

6. Осторожно вывести шунт до получения удобного отсчитываемого отклонения гальванометра: следует отключить установку (! ), разрядить высоковольтную обмотку (! ), коснувшись заземленной штангой незаземленного вывода обмотки, и передвинуть ручку шунта.

7. Отметить отклонение гальванометра через 1 минуту после подачи напряжения на образец диэлектрика.

8. Подсчитать силу тока I_V, протекающего через гальванометр, по формуле:

(1.2)

где d - отклонение гальванометра, мм;

С_𝜕 - динамическая постоянная гальванометра, А/мм;

n - коэффициент шунтирования (правильная дробь 1/10000 - 1/100 и т.д.).

Такой ток будет протекать в образце. Этот ток является объемным током утечки, так как поверхностный ток утечки с электрода 3 не попадает на электрод 1, потому, что он будет собираться коль­цевым электродом 2, который способствует устранению краевого эф­фекта и тем самым созданию практически однородного электрического поля в образце между электродами 1 и 3.

9. По закону Ома подсчитать объемное электрическое сопротивление образца диэлектрика по формуле

(1.3)

10. Подсчитать удельное объемное электрическое сопротивление по формуле:

(1.4)

где h - толщина образца диэлектрика, см;

S - площадь электрода 1.

Следует заметить, что вольтметр измеряет не только напряже­ние на образце, но и напряжение на гальванометре с шунтом. Однако поскольку сопротивление этого участка цепи слишком мало по сравне­нию с сопротивлением образца, падением напряжения на нем могло пренебречь.

По этой причине потенциал электрода 1 практически равен потенци­алу заземленного электрода 3.

11. Результаты измерений занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Наимено­вание испыты­ваемого материала

С𝜕 , А/мм

d1, см

d2, см

d3, см

d4, см

Измерено

Вычислено

h, см

U, B

IV, A

IS, A

RV, Ом

RS, Ом

ρ v, Ом× см

ρ s, Ом× см

1.

2.

…

 

12. Собрать схему (рисунок 1.2б) для измерения удельного поверхност­ного электрического сопротивления ρ _s (его определяют в той же последовательности, что и удельное объемное электрическое сопротив­ление). Электрод 1 опять является измерительным, т.е. остается со­единенным с гальванометром, а электроды 2 и 3 поменялись местами: кольцевой электрод 2 стал высоковольтным, а электрод 3 - охранным. При этом гальванометр измеряет поверхностный ток в кольцевом зазо­ре между электродами 1 и 2, а объемный ток утечки, который мог бы также проходить от электрода 2 к электроду 1, отводится электродом 3 на " землю” и минует гальванометр.

13. Повторить операции, указанные в пунктах 2-7 настоящей работы.

14. Измерить силу тока I_S поверхностной утечки и напряжение U на электродах 1 и 2.

15. Подсчитать поверхностное сопротивление по формуле:

или (1.5)

16. Подсчитать величину удельного поверхностного электрического со­противления диэлектрика по формуле:

(1.6)

где S' - условное сечение электрода, см,

l - длина пути утечки, см.

Для электродов 1 и 2 длина пути утечки тока по поверхности диэлек­трика равна ширине зазора между электродами, то есть . Условное сечение S' в данном случае равно длине средней окружности диаметром . Величину условного сечения подсчитывают по фор­муле:

. (1.7)

Тогда удельное поверхностное сопротивление найдем по формуле:

 

(1.8)

17. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.2.

 

а)

 

б)

 

Рисунок 1.2 – Схемы для определения электрических со­противлений твердых диэлектриков.

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. G) определение путей эффективного вложения капитала, оценка степени рационального его использования
2. I этап. Определение стратегических целей компании и выбор структуры управления
3. I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРОБЛЕМЫ МЕТОДА
4. III. Определение посевных площадей и валовых сборов продукции
5. VII. Определение затрат и исчисление себестоимости продукции растениеводства
6. X. Определение суммы обеспечения при проведении исследования проб или образцов товаров, подробной технической документации или проведения экспертизы
7. Активные элементы электрических цепей
8. Анализ платежеспособности и финансовой устойчивости торговой организации, определение критериев неплатежеспособности
9. Анализ показателей качества и определение полиграфического исполнения изделия
10. Анализ электрических цепей постоянного тока методом контурных токов.
11. Б.1. Определение психофизиологии.
12. Безопасность работы при монтаже конструкций. Опасные зоны при подъеме грузов. Определение габаритов опасных зон.