ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Цель работы. Определять диэлектрическую проницаемость и угол диэлектрических потерь электроизоляционных материалов различного состава.

Теоретические сведения. Относительная диэлектрическая прони­цаемость ε является одной из важнейших характеристик электроизоляционных материалов. Её величина определяет значение ёмкости об­разца материала либо электроизоляционной конструкции (изолятора, конденсатора, кабеля и других). Определив относи­тельную диэлектрическую проницаемость и умножив её на электричес­кую постоянную ε ₀ = 8, 66× 10^-12 Ф/м, получаем абсолютную диэлек­трическую проницаемость материала

(2.1)

где ε – диэлектрическая проницаемость. Величину емкости С плоского конденсатора, можно выразить через абсолютную диэлектрическую проницаемость.

(2.2)

где S – площадь одной металлической обкладки, см²;

h­ – толщина диэлектрика, см. формулу (2.2) можно переписать в виде:

(2.3)

Из выражения (2.3) следует, что диэлектрическая проницаемость - величина, определяющая способность материала образовывать электри­ческую ёмкость. Наименьшей диэлектрической проницаемостью обладает вакуум (ε = 1), диэлектрическая проницаемость воздуха ε = 1, 00058. Большими значениями диэлектрической проницаемости обладают жидкие и твердые диэлектрики, у которых ε =2-9.

У некоторых твердых диэлектриков, называемых сегнетоэлектри ками, диэлектрическая проницаемость при комнатной температуре до­ с тигает очень больших значений (ε = 1500 - 7500). Это позволяет изготавливать из них электрические конденсаторы очень малых разме­ров.

Под диэлектрическими потерями понимают обычно величину мод­ности, рассеиваемой в электрической изоляции, находящейся в пере­менном электрическом поле. Применяемые электроизоляционные материалы в неодинаковой степени способны к подобному рассеиванию. Толь­ко идеальный диэлектрикможет образовать электрическую изоляцию, через которую под действием переменного напряжения будет прохо­дить чисто реактивный, емкостный ток. В изоляции же из реальных материалов ток I, наряду с ёмкостной составляющей I_c, будет иметь и активную составляющую I_a, которая и определяет величину диэлектрических потерь: P =U I_a. Поэтому вектор тока опе­режает вектор напряжения U на угол φ < 90° (см. рис. 2.1). Угол δ, дополняющий угол до 90°, называется углом диэлектрических потерь, потому что чем больше этот угол, тем больше составляющая I_а и, следовательно, диэлектрические потери Р. Диэлектрические потеря Р (Вт) в образце электроизоляционного материала или в изоля­ции какой-либо конструкции с ёмкостью С(Ф) при действующем значе­нии переменного синусоидального напряжения U (В) и круговой частоте ω (сек^-1) вычисляются по формуле:

(2.4)

Отсюда следует, что потери определяются величиной тангенса угла диэлектрических потерь tg δ, являющегося поэтому важной ха­рактеристикой как диэлектриков, так и изоляции конструкций, в осо­бенности работающих при высоких напряжениях и частоте и тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость диэ­лектриков зависит от различных факторов, например, частоты (f) приложенного напряжения, температуры диэлектрика и т.д. Ярко выраженная зависимость tg δ от величины приложенного напряжения наблюдается у изоляции, содержащей газовые включения при доста­точном их объёме.

Устройство установки. В комплекс установки (рисунок 2.2) входят: мост переменного тока 1; индикатор нуля переменного тока 2; портативный генератор сигналов синусоидальной фор­мы с диапазоном частот от 20 Гц до 200 кГц. Каждая установка представлена отдельным блоком, которые соединяются соединительными ка­белями. Есть специальный кабель для подсоединения исследуемого об­разца (ИО). Диапазоны измерения моста по емкости (С) от 0, 01 до 100 мкФ, по последовательной проводимости G₁ от 10^-4 см до 10 см, по параллельной проводимости G₂ от 10^-4 см до 1 см. Уравновеши­вание моста по проводимости и емкости производится вручную по по­казателям внешнего нульиндикатора (2), входящего в комплект моста.

Определение ε и tg δ исследуемых материалов путем измерения их электрических параметров основано на представлении об эквивалентности электрическим процессам и двойному электрическому слою таких электрических величин, как емкость и сопротивление (прово­димость).

Конструктивно мост выполнен в виде настольного лабораторного прибора, снабженного ручками для переноски, На передней пане­ли моста расположены переключатели декад магазинов последователь­ной (G₁), параллельной (G₂) проводимости и емкости (С), с по­мощью которых производится уравновешивание измерительной цепи моста. Отсчёт показаний к размерности производится по цифровым табло, расположенными над органами управления магазинов. Исследуемый образец при помощи кабеля подключается к мосту. В левом верхнем углу расположен стрелочный прибор «mV» для контроля амплитуды напряжения переменного тока на объекте и ручка потенциометра «U объекта» для предустановки требуемой амплитуды. Слева от магазина параллельной проводимости (G₂) расположен верти­кальный ряд переключателей «Схема замещения». В левом нижнем углу расположен переключатель «Поддиапазоны I, II, III, IV».

На задней стенке слева направо располагаются тумблер вклю­чения сети «сеть 220 В 50 ГЦ», вывод сетевого шнура, предохранитель «IA», высокочастотный разъём «Генератор» для подключения генератора, «Вход X» для подачи напряжения на развертку луча нульиндикатора по оси «X», высокочастотный разъем «ВПЭ» для подключе­нии вспомогательного поляризующего электрода исследуемого образ­ца и ввод входного кабеля.

Нульиндикатор переменного тока - избирательный, электроннолучевой предназначен для применения в качестве указателя равновесия в мостовых, компенсационных и других измерительных схемах.

Нульиндикатор имеет дав канала X и У, по каналу У нульиндикатор имеет симметричный и несимметричный относительно корпуса нульиндикатора вход.

Рабочий диапазон частот канала У от 20 Гц до 200 кГц.

Погрешность шкалы частоты настройки не более ± 5% от установ­ленного значения частоты. На лицевую панель нульиндикатора выведены следующие органы индикации, контроля и управления.

а) переключатель чувствительности с соответствующими пределами чувствительности «мин», «-90 кВ», «-60 кВ», «-30 кВ», «макс» - для регулировки чувствительности нульиндикатора,

б) тумблер для переключения вида амплитудной характеристики «лин» - линейная и «лог» - логарифмическая,

в) тумблер для включения фильтра 50 Гц «Фильтр 50 Hz»;

г) кнопочный переключатель для включения необходимого поддиапазо­не частот " Поддиапазоны";

д) ручка " Настройка" для плавкой настройки индикатора на частоту в данном поддиапазоне;

е) ручка усиления по каналу X " усиление X";

ж) ручка для регулировки яркости электронно-лучевой трубки " Яркость"

з) ручка фокусировки луча электронно-лучевой трубки " Фокус";

и) тумблер включения сетевого питания " сеть" и индикаторная лампоч­ка включения сетевого питания;

к) экран электронно-лучевой трубки с миллиметровой сеткой и съёмной линзой в оправе, служащей для увеличения изображения и затемне­ния экрана;

л) шкала со стрелочным указателем для указания частоты.

Рисунок 2.1 – Векторная диаграмма диэлектрика с потерями.

 

 

Рисунок 2.2 – Схема соединений приборов лабораторной установки.

Порядок выполнения работы

1) Выбрать требуемую частоту измерений и установить её на генера­торе.

2) Установить выходное напряжение генератора 2, 5 В по стрелочному индикатору генератора.

3) «Установить переключатель " Поляризация" “т А", размещенный на задней стенке моста, в положение " 5".

4) Убедиться, что переключатель " 3" или " 4" находится в соответ­ствии со схемой измерения (четырехэлектродная или трехэлек­тродная).

5) Ознакомиться с техническим описанием и инструкцией по эксплуа­тации нульиндикатора и установить на нем требуемую частоту.

6) Перевести переключатель " Чувствительность" нульиндикатора в по­ложение, при котором вертикальная полуось эллипса или размах вертикального отклонения составит 5 - 6 мм на его экране при положении тумблера чувствительность " ЛОГ". Добиться ручкой " Настройка" максимального отклонения.

7) Не работать на частотах, кратных 50 Гц (25, 50, 100, 150 и 200 Гц), так как влияние гармоник и субгармоник питающей сети переменного тока снижает чувствительность нульиндикатора (на­водка). Поэтому для уменьшения уровня помех работать следует в экранированных помещениях и пользоваться фильтром, встроенным в нульиндикатор. Фильтр включается Тумблером " Фильтр 50Hz, вкл".

8) При подаче на вход " X" нульиндикатора напряжения переменного тока, совпадающего о частотой питания измерительной цепи моста, на экране электронно-лучевой трубки нульиндикатора будет наблюдаться эллипс. При соответствующем навыке возможно различить направление уравновешивания по активной и реактивной составляющей исследуе­мого образца.

9) Выбрать требуемую схему замещения нажатием одной из кнопок переключателя " Схема замещения" моста.

10) Нажать кнопку переключения " Поддиапазоны", соответствующую поддиапазону и установить на старшей декаде: C₁ - " 9"

С₂ - " 1", остальные знаки - знаки отсчёта могут находиться в произвольном положении.

11) Подключить объект измерения и установить по индикатору моста " U объекта” с помощью ручки установки требуемое напряжение пе­ременного тока. В дальнейшем это напряжение будет поддержи­ваться на заданном уровне автоматически.

Внимание! При переключении поддиапазонов измерения или схем замещения следует отключать источник поляризующего напряжения и один из электродов ИО.

12) Выбрать требуемый поддиапазон измерений поочередньм нажатием кнопок переключателя " Поддиапазоны”, начиная с положения 1 до 1У.

13) Произвести уравновешивание измерительной цепи моста вращением ручек управления магазинов, включенных в соответствии с требу­емой схемой замещения, и, следя за размером вертикальной полуоси эллипса по электронно -лучевой трубке нульиндикатора, которая в случае правильного направления уравновешивания будет уменьшаться, вращать ручки управления магазинов до превращения эллипса в гори­зонтальную или наклонную линию.

14) По мере приближения к равновесию следует увеличивать чувстви­тельность ну ль индикатора с помощью переключателя " Чувствитель­ность".

15) При работе на пределе максимальной чувствительности нульинди­катора переключатель «лин – лог» перевести в положение «Лин» при окончательном уравновешивании измерительной цели моста.

16) При измерении по последовательно-параллельной схеме замещения следует пользоваться методом последовательного приближения на частотах питания измерительной цепи отличающихся друг от друга в 100 и более раз.

17) Выбрать частоту питания измерительной цепи и уравновесить мост декадами G₁ и С при выключенных декадах ряда G₂. Получив отчет, определить tg δ ₁ по формуле:

, (2.5)

где ω = 2π f, f - частота, Гц;

С - определенная емкость;

G₁ - определённая проводимость;

Значение полученного тангенса должно находиться в пределах 0, 1 ≤ tg δ ≤ 20. Если tg δ ₁ меньше 0, 1 – нужно уменьшить частоту пи­тания измерительной цепи, если больше – увеличить, до получения требуемого значений.

18) Уменьшить частоту питания измерительной цепи в 100 раз и уравновесить мост декадами ряда С и G₂, не изменяя набора, полученного в процессе уравновешивания по пункту 17.

После получения отсчета определить tg δ ₂ по формуле:

. (2.6)

Значение полученного тангенса угла потерь не должно выходить из предела 0, 1 ≤ tg δ ≤ 20. Если tg δ меньше 0, 1 - сле­дует увеличить частоту питания измерительной цепи моста, если больше - уменьшить до получения требуемого значения (от 0, 1 до 20).

19) Повторить операцию уравновешивания согласно пункту 17; поль­зуясь декадами ряда G₁ и С не изменяя набора G₂, получен­ного в процессе уравновешивания но пункту 18.

20) Повторить операцию уравновешивания согласно пункту 18 и произвести отсчёт рядов.

21) Указанные в пунктах 17 и 18 действия повторять более 3-х раз не имеет смысла, так как это не приводит и увеличению точнос­ти измерений.

22) Диэлектрическую проницаемость вычислять, исходя из формулы:

. (2.7)

 

23) По результатам измерений заполнить таблицу 2.1

 

Таблица 2.1

Материалы:
t, 0C	ε	tg δ		f, Гц	ε	tg δ

 

и построить графики зависимостей: ε = F(t); ε = Ф(t); tg δ = ψ (t); tg δ = φ (t).

 

⇐ 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. Анализ платежеспособности и финансовой устойчивости торговой организации, определение критериев неплатежеспособности
8. Анализ показателей качества и определение полиграфического исполнения изделия
9. Б.1. Определение психофизиологии.
10. Безопасность работы при монтаже конструкций. Опасные зоны при подъеме грузов. Определение габаритов опасных зон.
11. БОЛЕЗНЬ И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ВЕЛИКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА, А ТАКЖЕ ВОЕННЫЙ СОВЕТ ДУГЛАСА СО СВОИМ СОРАТНИКОМ
12. ВЗВЕШИВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ТЕЛА