11936

Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков

Лабораторная работа

Физика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков Цель работы: проверить опытным путем значения диэлектрической проницаемости εr и тангенса угла диэлектрических потерь tg δ некоторых элект...

Русский

2013-04-14

85.5 KB

76 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков

Цель работы: проверить опытным путем значения диэлектрической проницаемости εr и тангенса угла диэлектрических потерь tg δ некоторых электроизоляционных материалов.

Основные теоретические положения

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь – важнейшие характеристики электроизоляционных материалов.

Диэлектрической проницаемостью (относительной) называют отношение абсолютной диэлектрической проницаемости вещества εa к электрической постоянной ε0:

,

где ε0 = 8,84·10-12, Ф/м .

Значение относительной диэлектрической проницаемости электроизоляционных материалов можно вычислить, сравнив емкости двух конденсаторов, одинаковых по форме и геометрическим размерам:

,

где Сх − емкость конденсатора с испытываемым диэлектриком;

С0 емкость конденсатора при тех же геометрических размерах, но в случае, когда испытуемый диэлектрик заменен вакуумом.

Значение εr исследуемого диэлектрика можно определить, измеряя дважды емкость разборного конденсатора, когда между обкладками данный диэлектрик (Сх) и когда между ними воздух (С0). Замена вакуума воздухом дает малую погрешность (сотые доли процента).

Используя для измерения плоские (пластинчатые) образцы и электроды, описанные в приложении, можно применить для вычисления формулу емкости плоского конденсатора:

,

где S − площадь образца электродов, см2;

h − толщина диэлектрика, см.

Если электроды имеют форму круга диаметром d, то, подставляя в предыдущую формулу , получаем:

,

где Сх − емкость образца, пФ;

d − диаметр измерительного электрода, см.

В работе применяют электроды в виде дисков. Диаметр измерительного электрода 50 мм. Соответственный высоковольтный электрод имеет размер 80 мм. Величина зазора между этими электродами равна 2 мм, ширина охранного электрода 10 мм.

Условия работы изоляции под напряжением переменного тока тяжелее, чем под напряжением постоянного тока при одинаковых величинах напряжения, т.е. когда Uпост = Uпер действующее значение). При напряжении переменного тока в изоляции возникают значительные потери энергии, которые называются диэлектрическими потерями.

При переменном токе через изоляцию протекает ток I (Рис.1), равный геометрической сумме токов: сквозной проводимости Iск, тока абсорбции Iабс и емкостного тока (тока смещения) Iсм, обусловленного геометрической емкостью Сг:

Р и с у н о к  1 − Векторная диаграмма токов в диэлектрике

Диэлектрические потери в электроизоляционном материале, работающим под переменном напряжением, пропорциональны квадрату напряжения, угловой частоте, емкости изоляции и тангенсу угла диэлектрических потерь и подсчитываются по формуле:

,

где Ра − мощность, теряемая в диэлектрике, Вт;

U − напряжение, В;

ω = 2πf− угловая частота (f – частота напряжения), Гц;

C − емкость, Ф;

tg δ − тангенс угла диэлектрических потерь.

Так как величины U, ω, C практически являются неизменными, то о потерях энергии в изоляции судят по величине тангенса угла диэлектрических потерь, которым обладает данный диэлектрик.

Тангенсом угла диэлектрических потерь называется отношение активной составляющей тока Iа, протекающего  через изоляцию при приложении к ней переменного напряжения, к его емкостной составляющей Iс:

.

Из векторной диаграммы (Рис.1.) видно, что активная составляющая полного тока Iа состоит из тока сквозной проводимости Iск и активной составляющей тока абсорбции . Емкостная составляющая тока Iс равна сумме тока смещения Iсм и емкостной составляющей тока абсорбции . Потери в изоляции создаются, как видно из диаграммы, в основном током абсорбции, активная составляющая , которого больше тока сквозной проводимости Iск.

Увлажнение и загрязнение изоляции вызывают увеличение активной составляющей тока Iа и вместе с тем увеличение тангенса угла диэлектрических потерь. Показатель tg δ очень чувствителен к изменению качества изоляции, поэтому измеряя его, контролируют состояние изоляции трансформаторов, конденсаторов, электрических машин, высоковольтных вводов и другого оборудования.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Для измерения относительной диэлектрической проницаемости εr и тангенса угла диэлектрических потерь tg δ используют цифровой автоматический мост переменного тока Р589. Схема и конструкция моста обеспечивают автоматический выбор пределов и полное уравновешивание схемы для трех режимов измерения, устанавливаемых с помощью переключателя вручную:

  •   режим «Поиск», обозначенный «C1»;
  •   режим «Повторные измерения» − «C1,…,Cn»;
  •   режим «Слежение» − «Cvar».

Мост обеспечивает следующие виды управления:

  •   ручной (с помощью кнопки);
  •   автоматический;
  •   внешний.

Вид запуска устанавливается переключателем вручную.

В основу построения цифрового автоматического моста Р589 положен принцип экстремального регулирования с применением метода параметрической модуляции.

ПОДГОТОВКА МОСТА К РАБОТЕ

Перед включением моста в сеть проверить наличие и  целостность предохранителя. Поставить переключатель «ЗАПУСК» в положение «РУЧНОЙ», переключатель «РОД РАБОТЫ» в положение «С1». Вставить вилку шнура питания в розетку питающей сети 220 В, включить мост под напряжение, установить рукоятку тумблера «СЕТЬ» в верхнее положение. Нажать на кнопку «ПУСК». После того, как загорятся цифровые лампы блока индикации, мост готов к работе.

При работе с мостом зажимы, обозначенные             , должны быть заземлены.

ВНИМАНИЕ! Не допускается подсоединять к зажимам «Сх» моста «землю». Следует учесть также, что на измеряемом объекте напряжение может достигать величины 80 В.

Не допускается при включенном мосте, работающем в режиме «Сvar», касаться оголенных проводников, соединяющих зажимы «Сх», с измеряемым объектом. Напряжение с измеряемого объекта не снимается на протяжении всего времени работы моста в режиме «Сvar».

ПОРЯДОК РАБОТЫ С МОСТОМ В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ИЗМЕРЕНИЯ

Измерение емкости и тангенса угла потерь может производиться в режимах:

«С1» − поиск;

«С1...Сn» − повторные измерения;

«Сvar» − слежение.

Для работы в режиме поиска мост будет готов после его подготовки к работе в соответствии с п.1. После подключения объекта измерения к зажимам «Сх» моста надо нажать кнопку пуска. Об окончании измерения будет свидетельствовать включение блока  индикации, после чего можно осуществлять отсчет. Для осуществления нового измерения надо снова нажать на кнопку пуска. Для работы в режиме автоматического запуска переключатель «ЗАПУСК» надо поставить в положение «АВТОМАТ». Необходимое время индикации устанавливается с помощью потенциометра, ось которого выведена на переднюю панель моста.

Для работы в режиме повторных измерений переключатель «РОД РАБОТЫ» надо установить в положение «С1...Сn». В остальном измерения производятся аналогично тому, как это делается в режиме «С1». Для работы в режиме  внешнего или автоматического запуска переключатель «ЗАПУСК» надо поставить в соответствующее положение.

Для работы в режиме слежения переключатель «РОД РАБОТЫ», надо установить в положение «Сvar», предварительно подключив к зажимам «Сх» измеряемый объект.  Переключатель «ЗАПУСК» должен обязательно находиться в положении «РУЧНОЙ». Мост уравновешивается и в дальнейшем любое изменение емкости или тангенса угла потерь измеряемого объекта автоматически “отслеживается”. Об окончательном уравновешивании моста можно судить по устойчивому отсчету или по изменению отсчета только в последнем (младшем) знаке отсчета. Режим «Сvar» удобен для контроля температурной нестабильности измеряемой емкости, для работы с емкостными датчиками.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Перед тем как начать работу на стенде следует произвести следующие операции:

а) открыть крышку моста и надежно соединить зажимы заземления, имеющиеся на передней панели, с контуром заземления;

б) собрать схему измерения, для этого присоединить провода 1 и 2 к электродам 5 и 6, а экраны проводов − к защитному кольцу;

в) установить образец диэлектрика,

2. Измерения на мосте производить в следующем порядке:

а) включить сетевое питание моста;

б) установить переключатель режима работы в положение «С1» − поиск;

в) нажать кнопку пуска.

Результаты измерений и вычислений записать в табл.1.

Т а б л и ц а  1

Наименование материала

Схема

измерения

И З М Е Р Е Н О

ВЫЧИСЛЕНО

Сх, мкФ

Св, мкФ

h, см

d, см

tg δ

εr

3. Оформить отчет, включив в него ответы на следующие вопросы:

Какое значение имеет величина  относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика для создания конденсаторов и кабелей высокого напряжения?

От чего зависят потери энергии (мощности) в изоляции и какое состояние изоляции увеличивает их?

Что понимают под  тангенсом угла диэлектрических потерь и о чем свидетельствует увеличение tg δ изоляции электротехнической установки?

В каких единицах измеряют емкость конденсатора и изоляции электроустановок?

PAGE   \* MERGEFORMAT 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17680. Порівняльна характеристика спектральних приладів 33.13 KB
  Порівняльна характеристика спектральних приладів. Порівняльні характеристики різних спектральних приладів наведені в таблиці. m порядок інтеріеренції; N Повне число штрихів ґратки; G=; Дисперсійна ділянка; R Роздільна здатність спектрального приладу; с
17681. Принцип голографічного запису оптичного поля 61.73 KB
  Принцип голографічного запису оптичного поля. Голографія – метод безлінзового отримання оптичних зображень шляхом фіксування та відтворення хвильового фронту. Зареєстрована інтерференційна картина називається голограмою. Для голографії необхідні джерела світла як
17682. Принцип Гюйгенса-Френеля. Побудова Гюйгенса 449.41 KB
  Принцип ГюйгенсаФренеля. Побудова Гюйгенса. За Гюйгенсом кожна точка хвильового фронту наприклад сферичної хвилі яка виходить з точкового джерела є джерелом вторинних хвиль. Базуючись на цьому Гюйгенс запропоновав метод геометричної побудови фронтів вторинних хв
17683. Принцип дії лазера інверсія населеностей 49.35 KB
  Принцип дії лазера: інверсія населеностей. Дія лазера базується на підсиленні світлового потоку середовищем через яке він проходить. Якщо привести систему атомів у нерівноважний стан достатньо сильно порушивши розподіл Больцмана то можна досягти зміни концентрації...
17684. Принцип Ферма. Закон заломлення 49.85 KB
  Принцип Ферма. Закон заломлення. Світло при поширенні з однієї точки в іншу вибирає шлях якому відповідає найменший час поширення. Припустимо що показник заломлення середи змінюється у просторі неперервно і достатньо повільно так що умови використання геометричної о
17685. Принципи дії поляризаторів двопроменезаломлюючі, відбиваючі, інтерференційні дихроїчні 323.4 KB
  Принципи дії поляризаторів: двопроменезаломлюючі відбиваючі інтерференційні дихроїчні. Поляризатори виділяють лінійну складову ел. маг. хвилі. Якість поляризатора визначається за степеню поляризації p=ImaxImin/ImaxImin. Двопроменезаломлюючі. Двоякопреломля...
17686. Роздільна здатність телескопу та мікроскопу 523.26 KB
  Роздільна здатність телескопу та мікроскопу. Границі роздільної здатності оптичних приладів. Роздільна здатність оптичних приладів обмежується дифракцією Фраунгофера на їх вхідній апертурі оскільки при цьому кожна точка об’єкта зображується дифракційною карти
17687. Розсіювання світла в мутних середовищах (αλ, α ~λ, αλ,) 88.38 KB
  Розсіювання світла в мутних середовищах. Мутне середовище – середовище в якому містяться завислі частинки. Розсіювання світла у мутному середовищі можна описати на основі теорії дифракції світла на діелектричних частинках. Розглянемо три випадки відн
17688. Розсіяння Мендельштама-Брілюена 25.17 KB
  Розсіяння МендельштамаБрілюена Розсіюванням Мандельштама Брілюена називають розсіювання оптичного випромінювання конденсованими середовищами твердими тілами і рідинами в результаті його взаємодії з власними пружними коливаннями цих середовищ. Воно супроводжує...