2.4 Опрацювання результатів вимірювань

1. Розрахувати , ε, tgδ.

2. Результати обчислень записати в таблицю 2.1.

3. Побудувати в логарифмічному масштабі частотні залежності C_x(f), ε(f), tgδ(f).

2.5 Контрольні запитання

1. Яке явище називається поляризацією діелектрика?

2. Які види поляризації мають місце в діелектриках?

3. Як характеризують здатність діелектрика поляризуватися?

4. Від яких факторів залежить діелектрична проникність?

5. Які причини виникнення діелектричних втрат?

6. Які параметри характеризують діелектричні втрати?

7. Який зв'язок між добротністю коливального контуру і тангенсом кута діелектричних втрат при резонансному методі їх визначення?

Лабораторна робота № 3 дослідження діелектричних втрат та визначення діелектричної проникності електроізоляційних матеріалів при високій напрузі промислової частоти

Мета роботи

Вивчити методику вимірювання ємності та тангенса кута діелектричних втрат електроізоляційних матеріалів при високій напрузі промислової частоти за допомогою моста та дослідити їх залежності від значення прикладеної напруги.

3.1 Основні теоретичні відомості

Діелектрична проникність та діелектричні втрати є важливими характеристиками електроізоляційних матеріалів.

Абсолютна діелектрична проникність – це скалярна величина, що визначається відношенням електричного зміщення до напруженості електричного поля

. (3.1)

Відносна діелектрична проникність рівна відношенню до електричної постійної :

, (3.2)

де Ф/м – абсолютна діелектрична проникність вакууму.

При дії зовнішнього електричного поля в ізоляції виникають втрати електричної енергії, які перетворюються в теплову енергію. При цьому енергія, що поглинається за одиницю часу (потужність) називається діелектричними втратами .

Для кількісної оцінки діелектричних втрат користуються питомими втратами

, (3.3)

де – об'єм діелектрика.

Для оцінки діелектричних втрат при змінній напрузі використовують кут діелектричних втрат δ або tgδ. Кутом діелектричних втрат називають кут, що доповнює до 90° кут фазового зсуву між напругою та струмом в конденсаторі з даним діелектриком.

Зразок діелектрика з втратами можна представити у вигляді еквівалентної послідовної (рисунок 3.1,а) або паралельної (рисунок 3.1,б) схем, векторні діаграми яких наведені на рисунку 3.1. Не залежно від вибору .еквівалентної схеми (схеми заміщення) ряд параметрів, що їх характеризують, залишаються незмінними. До них належать зсув фази між струмом в нерозгалуженій частині кола та напругою всього кола, значення струму та напруги , діелектричні втрати .

Із векторних діаграм отримуємо для послідовної схеми заміщення наступні співвідношення:

(3.4)

для паралельної схеми:

(3.5)

Рисунок 3.1 – Послідовна (а) та паралельна (б) схеми заміщення та векторні діаграми напруг і струмів діелектрика з втратами

З даних виразів можна одержати наступні співвідношення між параметрами еквівалентних схем:

, (3.6)

. (3.7)

Якщо , то дані співвідношення спрощуються:

(3.8)

Ємність в еквівалентній паралельній схемі приймають за ємність електричної ізоляції зразка.

Діелектричну проникність досліджуваного матеріалу обчислюють, попередньо вимірявши ємність зразка . Діелектрична проникність визначається як відношення ємності досліджуваного матеріалу при заданій конфігурації електродів до ємності тих же електродів без зразка (у вакуумі).

. (3.9)

Тангенс кута діелектричних втрат можна визначити прямими ви­мірюваннями або за результатами опосередкованих вимірювань, використовуючи формули (3.4) або (3.5).

Втрати в діелектрику можна характеризувати фазовим кутом або коефіцієнтом потужності , оскільки .

Коефіцієнтом потужності діелектрика називають відношення потужності до добутку діючих значень напруги та струму .

При коефіцієнт потужності відрізняється від тангенса кута діелектричних втрат менше, ніж на 0,5 %.

Коефіцієнт потужності зв'язаний з тангенсом кута діелектричних втрат співвідношеннями:

, (3.10)

. (3.11)

Коефіцієнтом втрат діелектрика називають добуток діелектричної проникності на тангенс кута діелектричних втрат:

. (3.12)

Для вимірювань і на частоті 50 Гц застосовують як прямі, так і опосередковані вимірювання.