Зависимость e и tg d от температуры

У материалов с нейтральными молекулами зависимость диэлектрической проницаемости от температуры определяется, главным образом, изменением числа поляризуемых молекул в единице объема вещества вследствие его температурного расширения.

В случае перехода вещества под влиянием температуры в жидкое или газообразное состояние его диэлектрическая проницаемость уменьшается скачкообразно, что схематически показано на рис. 4.

У диэлектриков с дипольными молекулами зависимость от температуры проявляется значительно резче и характеризуется наличием максимума (рис.5).

Зависимость изменения tg d от температуры для дипольной жидкости приведена на рис. 6.

Максимум объясняется таким состоянием вязкости вещества, при котором полярные молекулы приобретают возможность совершать поворот на 180° под действием приложенного переменного напряжения, а следовательно, производить максимальную работу, преобразуя затрачиваемую при этом мощность в тепло. Уменьшение после перехода через максимум объясняется дальнейшим снижением вязкости жидкости, а следовательно, и уменьшением количества энергии, затрачиваемой на ориентацию диполей.

Дальнейшее увеличение tg d происходит за счет роста электропроводности жидкости вследствие повышения температуры.

Зависимость e и tg d от напряжения

Диэлектрическая проницаемость большинства диэлектриков слабо зависит от величины приложенного напряжения.

Рис. 6. Зависимость изменения tg d от температуры

для дипольной жидкости.

Зависимость tg d от величины приложенного напряжения представляет весьма большой интерес, так как дает возможность контроля качества изоляционных материалов и конструкций.

В диэлектриках однородного строения в области напряжений, при которых tg d остается неизменным, потери пропорциональны квадрату приложенного напряжения. В тех же случаях, когда с изменением напряжения значение tg d может увеличиваться, потери будут пропорциональны произведению U² · tg d, т.е. могут определяться значительно большим числом.

Зависимость tg d = f (U) носит название кривой ионизации.

Описание лабораторной установки

Для определения e и tg d при измерениях на переменном напряжении низкой частоты широкое распространение получили мостовые методы.

Схема моста переменного тока представлена на рис.7

Мост уравновешивается подбором параметров плеч Y₃ и Y₄ при включении в первое плечо исследуемого образца диэлектрика и во второе плечо образцового конденсатора. Плечи имеют следующие параметры: Y₁ =  · tg_x + j · C_x - полная проводимость исследуемого образца;

Y₂ = j · C₀ - емкостная проводимость постоянного образцового конденсатора;

C₀ = 95,6 нФ;

Y₃ = 1/R₃ – активная проводимость декадного магазина сопротивления;

Y₄ = 1/R₄ + j · C₄ – полная проводимость параллельно соединенных постоянного сопротивления R₄ = 3183 Ом и регулируемой емкости.

Y₁ Y₃  C_x · tg_x + j · C_x 1 R₄

= (1) или = · (2)

Y₂ Y₄ j · C_x R₃ j ·R₄ C₄

позволяет получить комплексную проводимость,

Y₁ = Y_х =  C_x · tg_x + j · C_x =

R₄ 1 R₄ 1

 C₀ · · ·  · R₄ · C₄ + j · C₀ · ·

R₃ ² · R₄² · C₄² R₃ 1+ ² · R₄² · C₄²

а из сравнения вещественной и мнимой частей определить численное значение емкости и тангенса угла диэлектрических испытуемого образца, выразив через показания моста при его равновесии:

tg_x =  · R₄ · C₄ = 314· 3183· C₄ = 10⁶· C₄ ; (3)

R₄ 1 R₄ 1 R₄

C _x = C₀ · · = C₀ · · = C₀ · (4)

R₃ 1+² · R₄² · C₄² R₃ 1+ tg²  R₃

В настоящей работе рассматривается метод измерения tg и С_Х на высоковольтном мосте переменного тока Р 595, предназначенного для работы на частоте 50 Гц. Мост включен по перевернутой схеме, т.е. один из электродов образца заземлен. Принципиальная схема моста приведена на рис.8.

Высокое напряжение от трансформатора , в обмотку низшего напряжения которого включен лабораторный АТ, подводится к диагонали CD. К зажимам АВ подключен индикатор нуля, состоящий из транзисторного усилителя и стрелочного прибора.

Низковольтная часть моста состоит из магазинов сопротивлений и емкостей, подбором которых достигается уравновешивание плечей моста.

При равновесии удовлетворяется соотношение (1) и (2). Тангенс угла диэлектрических потерь отсчитывается непосредственно на лицевой панели моста. Емкость вычисляется.

Относительная диэлектрическая проницаемость может быть определена следующим образом:

где S – площадь электрода, см² ,

d – толщина диэлектрика между электродами, см

C_х – емкость конденсатора, пФ

ε₀ = 8,854 · 10^-12 – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м.

Испытуемый образец помещается в высоковольтную камеру, которая снабжена блокировкой, исключающей подачу высокого напряжения при открытой дверце.

Для снятия зависимостей tg δ и ε от температуры в работе используется вакуумный сушильный шкаф, в который помещается образец.