Лабораторная работа № 1 электропроводность диэлектриков

Цель работы — освоение методики измерения удельных объемных и удельных поверхностных сопротивлений твердых электроизоляционных материалов (ЭИМ).

Общие сведения. Электропроводностью ЭИМ называют способность материала проводить электрический ток. Протекание тока проводимости связано с наличием в ЭИМ небольшого количества свободных электрических зарядов, носителями которых являются ионы примесей, ионы самого диэлектрика, а у некоторых материалов — свободные электроны. У газообразных и жидких ЭИМ свободные заряды распределены в объеме вещества. У твердых же диэлектриков некоторая часть зарядов — ионов адсорбирована на поверхности. Поэтому электроизоляционные материалы в газообразном и жидком агрегатном состоянии характеризуются только объемной электропроводностью, а твердые вещества – объемной и поверхностной электропроводностью.

П од действием электрического поля на ЭИМ, в нем возникают токи объемной — , и поверхностной — утечки (рис. 1). Для количественной оценки электропроводности материала введены понятия удельного объемного ρ_v и удельного поверхностного ρ_s сопротивлений.

Удельное объемное сопротивление равно сопротивлению куба с ребром, равным единице длины, мысленно вырезанного из ЭИМ так, что ток проходит только через две противоположные грани этого куба. Объемная электропроводность диэлектрика определяется структурой вещества и нарушениями этой структуры (наличием примесей и дефектов в виде пор, микротрещин). Она зависит от температуры и других физических факторов.

Рис.1 Пути утечки токов

Поверхностная электропроводность представляет собою электропроводность весьма тонкого слоя газа или жидкости, окружающего твердый электроизоляционный материал. Число адсорбированных на поверхности диэлектрика ионов зависит от влажности окружающей среды, от структурного строения диэлектрика и физических свойств его поверхности.

Удельное поверхностное сопротивление равно сопротивлению квадрата любых размеров, мысленно выделенного на поверхности ЭИМ так, чтобы ток проходил через две противоположные стороны квадрата.

Удельное поверхностное сопротивление тем выше, чем меньше полярность диэлектрика, чем чище его поверхность и лучше отполирована.

Обозначим через — объемное сопротивление образца материала, через R_s— поверхностное сопротивление

(1)

где U — напряжение, приложенное к образцу;

— соответственно токи, протекающие сквозь образец и по его поверхности.

Если площадь электродов, наложенных на образец, равна S, см², а толщина материала — d, см, то

(2)

Если наложить на поверхность изоляционного материала параллельно два электрода длиною см и разделить их на расстояние , см, то

(3)

Для измерения величин ρ_v и ρ_s применяют образцы ЭИМ, отвечающие требованиям стандартов и электроды соответствующей формы. Сторона квадрата плоского образца 50— 100 мм, толщина 0,5 - 2,0 мм. В [1] приведены рекомендуемые формы и размеры электродов плоских образцов материалов. Описаны различные методы определения величин ρ_v и ρ_s среди которых метод непосредственного отклонения, метод сравнения и метод заряда конденсатора.

Электроизоляционные материалы, используемые для электротягового оборудования, характеризуются величинами . Поэтому такие сопротивления можно измерить методом непосредственного отклонения с помощью зеркального баллистического гальванометра с динамической постоянной по току . Постоянное напряжение, подводимое к образцу ЭИМ, необходимо выдержать в течение 1 мин с целью исключения влияния токов поляризации и абсорбции, после чего произвести измерение. Величина напряжения должна обеспечивать напряженность электрического поля Е в образце не менее 500 В/мм.

Программа работы

1. Определить постоянную гальванометра по току —

2. Определить удельное объемное сопротивление нескольких образцов листовых твердых материалов.

3. Определить удельное поверхностное сопротивление тех же образцов.

4. Сравнить результаты измерений и с данными, приводимыми в справочной литературе [2].

Указания к выполнению работы

I. Для градуировки гальванометра по току собрать схему (рис. 2,а). Подобрать сопротивления так, чтобы при изменении напряжения от 0 до 100 В отклонения гальванометра составляли бы не менее одной четверти шкалы. Затем измерить отклонение при трех достаточно сильно разнящихся значений напряжения и определить среднее значение постоянной гальванометра по току , А/мм. Для расчета использовать формулу

II. Измерение удельного объемного и поверхностного сопротивлений производится при высоком напряжении. Поэтому, выполняя опыт, необходимо строго соблюдать все требования, предусмотренные правилами техники безопасности.

Для измерения удельного объемного сопротивления собрать схему рис. 2,б. Испытуемый образец укладывается на плоский электрод Э1 и плотно прижимается к нему вторым электродом Э2, выполненным в виде цилиндрической гири.

Рис.2. Схемы для градуирования гальванометра и измерений

сопротивлений ЭИМ

Для исключения протекания поверхностного тока через гальванометр и его шунт на поверхность испытуемого образца накладывается охранное кольцо ОК, соединенное с зажимом «земля».

С помощью добиваются, чтобы отклонение при изменении напряжения U от 0 до 1000 В было удобным для измерения. Измерить для двух значений напряжения U = 800 и 1000 В. Каждое измерение повторяется при положительной и отрицательной полярности электрода Э1. Действительное значение отклонения при данном напряжении находится как среднее арифметическое

Ток сквозь электроизоляционный материал вычислить по формуле

(4)

Величину удельного объемного сопротивления рассчитать по выражению (2).

III. Для измерения удельного поверхностного сопротивления собрать схему рис. 2в. Порядок работы аналогичен описанному выше. Ток рассчитать по формуле (4), а удельное поверхностное сопротивление ρ_s по формуле (3).

Все полученные данные свести в таблицу 1.

Таблица 1

Наименование ЭИМ		Ом	мм	А		А	Ом	Данные из справочника		Примечание
										= А/мм = Ом = = см = см = см b= см