POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Świetlnej
LABORATORIUM Techniki Wysokich Napięć
Ćwiczenie nr 3 Temat ćwiczenia: Badanie przenikalności dielektrycznej i współczynnika strat dielektrycznych materiałów izolacyjnych stałych.
Data wykonania ćwiczenia: 11.04.2011r

1.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wykonanie pomiarów pojemności (C_x) i współczynnika strat dielektrycznych (tgδ_x) pięciu próbek w funkcji częstotliwości.

2.Tabele pomiarowe.

2.1.Próbka 1 –płytka bawełniano-fenolowa (tekstolit) C₀= 49,6 pF; h=1,4mm.

Lp	f	Cx	tgδx	ε’rz	ε’ur	Rr	Cr
	Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1.	20	376,0	0,2829	7,58	2,14	74849,61	376
2.	60	321,0	0,2171	6,47	1,41	38082,39	321
3.	120	297,3	0,1783	5,99	1,07	25033,00	297,3
4.	200	297,3	0,1543	5,99	0,92	17356,00	297,3
5.	500	283,6	0,1181	5,72	0,68	9508,55	283,6
6.	1000	264,6	0,0971	5,33	0,52	6197,71	264,6
7.	2000	313,8	0,0810	6,33	0,51	3132,37	313,8
8.	5000	312,5	0,0651	6,30	0,41	1565,45	312,5
9.	10000	311,0	0,0567	6,27	0,36	903,02	311
10.	20000	310,0	0,0503	6,25	0,31	510,60	310
11.	50000	219,4	0,0435	4,42	0,19	333,69	219,4
12.	100000	215,5	0,0383	4,34	0,17	192,93	215,5

2.2.Próbka 2 –płytka bawełniano-fenolowa (tekstolit) C₀= 77,1 pF; h=0,9mm.

Lp	f	Cx	tgδx	ε’rz	ε’ur	Rr	Cr
	Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1.	20	657,0	0,3333	8,52	2,84	36358,81	657
2.	60	538,0	0,2726	6,98	1,90	18095,93	538
3.	120	486,5	0,2300	6,31	1,45	11859,01	486,5
4.	200	457,6	0,2004	5,94	1,19	8682,14	457,6
5.	500	418,2	0,1552	5,42	0,84	4906,76	418,2
6.	1000	396,2	0,1277	5,14	0,66	3147,28	396,2
7.	2000	378,8	0,1058	4,91	0,52	1986,62	378,8
8.	5000	360,0	0,0838	4,67	0,39	1055,66	360
9.	10000	350,0	0,0716	4,54	0,33	635,42	350
10.	20000	340,0	0,0622	4,41	0,27	376,48	340
11.	50000	329,9	0,0524	4,28	0,22	184,23	329,9
12.	100000	323,0	0,0455	4,19	0,19	108,35	323

2.3.Próbka 3 –płytka celuloidowa C₀=69,4 pF; h=1mm.

Lp	f	Cx	tgδx	ε’rz	ε’ur	Rr	Cr
	Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1.	20	340,0	0,0150	4,90	0,07	1561134,01	340
2.	60	325,0	0,0970	4,68	0,45	84184,86	325
3.	120	318,8	0,0132	4,59	0,06	315331,14	318,8
4.	200	317,6	0,0117	4,58	0,05	214261,43	317,6
5.	500	315,9	0,0094	4,55	0,04	107248,91	315,9
6.	1000	314,8	0,0084	4,54	0,04	60218,00	314,8
7.	2000	313,8	0,0080	4,52	0,04	31715,20	313,8
8.	5000	312,5	0,0079	4,50	0,04	12900,10	312,5
9.	10000	311,0	0,0089	4,48	0,04	5752,94	311
10.	20000	310,0	0,0103	4,47	0,05	2493,51	310
11.	50000	308,2	0,0131	4,44	0,06	788,80	308,2
12.	100000	306,0	0,0150	4,41	0,07	346,92	306

2.4.Próbka 4 –płytka mikanitowa C₀=99,2 pF; h=0,7mm.

Lp	f	Cx	tgδx	ε’rz	ε’ur	Rr	Cr
	Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1.	20	385,0	0,0024	3,88	0,01	8616648,74	385
2.	60	370,0	0,0010	3,73	0,00	7172777,87	370
3.	120	364,0	0,0072	3,67	0,03	506320,17	364
4.	200	365,0	0,0048	3,68	0,02	454439,69	365
5.	500	363,0	0,0045	3,66	0,02	194962,56	363
6.	1000	362,0	0,0042	3,65	0,02	104732,75	362
7.	2000	361,0	0,0042	3,64	0,02	52511,43	361
8.	5000	360,0	0,0040	3,63	0,01	22116,07	360
9.	10000	359,0	0,0043	3,62	0,02	10315,20	359
10.	20000	359,0	0,0046	3,62	0,02	4821,23	359
11.	50000	357,5	0,0043	3,60	0,02	2071,70	357,5
12.	100000	356,5	0,0026	3,59	0,01	1717,94	356,5

2.5.Próbka 5 –płytka bakelitowo-papierowa (getinaks) C₀= 63,1 pF; h=1,2mm.

Lp	f	Cx	tgδx	ε’rz	ε’ur	Rr	Cr
	Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1.	20	343,0	0,1730	5,44	0,94	134174,55	343
2.	60	313,0	0,1220	4,96	0,61	69500,02	313
3.	120	300,7	0,0971	4,77	0,46	45447,13	300,7
4.	200	293,1	0,0818	4,65	0,38	33207,89	293,1
5.	500	282,8	0,0614	4,48	0,28	18340,98	282,8
6.	1000	276,8	0,0502	4,39	0,22	11459,63	276,8
7.	2000	271,9	0,0420	4,31	0,18	6971,91	271,9
8.	5000	266,5	0,0346	4,22	0,15	3453,80	266,5
9.	10000	263,0	0,0315	4,17	0,13	1922,09	263
10.	20000	259,0	0,0292	4,10	0,12	1052,76	259
11.	50000	255,3	0,0268	4,05	0,11	465,46	255,3
12.	100000	252,3	0,0243	4,00	0,10	259,73	252,3

3.Pryzkadowe obliczenia.

Przenikalność dielektryczna względna rzeczywista: $\varepsilon_{\text{rz}}^{'} = \frac{C_{x}}{C_{0}} = \frac{376 \times 10^{- 12}}{49,6 \times 10^{- 12}} = 7,58$ Przenikalność dielektryczna względna urojona: ε_ur^′ = ε_rz^′ × tgδ_x = 0, 76 × 0, 2829 = 2, 14 Pojemność kondensatora próżniowego o tych samych wymiarach: $C_{0} = \varepsilon_{0} \times \frac{\pi\left( d \right)^{2}}{4h} = \frac{1}{36\pi} \times 10^{- 11} \times \frac{\pi 10^{2}}{4 \times 0,14} = 49,6pF$ Przenikalność dielektryczna bezwzględna próżni: $\varepsilon_{0} = \frac{1}{36\pi} \times 10^{- 11}$ Pojemność dla schematu zastępczego równoległego RC: C_r = C_x Rezystancja dla schematu zastępczego równoległego RC: $R_{r} = \frac{1}{\omega C_{r}\text{tg}\delta_{x}} = \frac{1}{2 \times 3,14 \times 20 \times 376 \times 10^{- 12} \times 0,2829} = 74849,6k\mathrm{\Omega}$

4.Charakterystyki ε’_rz =f(f) oraz ε’_ur =f(f).

4.1.Próbka 1 –płytka bawełniano-fenolowa (tekstolit).

4.2.Próbka 2 –płytka bawełniano-fenolowa (tekstolit).

4.3.Próbka 3 –płytka celuloidowa.

4.4.Próbka 4 –płytka mikanitowa.

4.5.Próbka 5 –płytka bakelitowo-papierowa (getinaks).

5.Wnioski.

Celem ćwiczenia laboratoryjnego było wykonanie pomiaru pojemności C_x i współczynnika strat dielektrycznych tgδ_x pięciu próbek w funkcji częstotliwości. Próbkami tymi były dwie płytki bawełniano-fenolowe o różnych grubościach oraz płytka celulozowa, mikanitowa i bakelitowo-papierowa. Pojemność C_r dla schematu zastępczego równoległego RC jest równa pojemności C_x . Załączone charakterystyki pokazują ε’_rz i ε’_ur w funkcji częstotliwości.