AGH Wydz. EAiE	SKŁAD		GRUPY
		1.Wiewióra Marcin		4.Zdeb Wojciech
		2.Wróbel Artur		5.Tylek Ryszard
		3.Olchowy Daniel		6.Żylski Bartłomiej
LABORATORIUM MATERIAŁOZNASTWO ELEKTROTECHNICZNE			Semestr: III
Rok akademicki : 1998 / 99	Rok studiów: II		Grupa: 7
Kierunek: ELEKTROTECHNIKA			Zespół: C
Temat ćwiczenia : Pomiar przenikalności dielektrycznej i kąta stratności			Nr ćwiczenia : I-25
Data wykonania ćwiczenia :		Data zaliczenia sprawozdania :

CEL ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie przenikalności elektrycznej i współczynnika strat dielektrycznych w różnych materiałach elektroizolacyjnych stałych.

WSTĘP TEORETYCZNY:

Przenikalność elektryczna ε_r - stosunek pojemności C kondensatora, w którym przestrzeń między i wokół elektrod jest całkowicie zapełniona badanym materiałem elektroizolacyjnym, do pojemności elektrod C_g w ten sam sposób rozmieszczonych w próżni.

Przenikalność elektryczna suchego powietrza w normalnych warunkach atmosferycznych wynosi 1,00053 i dlatego przy określaniu przenikalności elektrycznej materiału zamiast pojemności międzyelektrodowej w próżni z wystarczającą dokładnością można stosować pojemność międzyelektrodową C_o w powietrzu.

Przenikalność elektryczna w próżni ε₀ = 8,854 ∗ 10^-12 [F∗m^-1]

Kąt strat dielektrycznych δ  kąt dopełniający do wartości , kąt przesunięcia fazowego między sinusoidalnym napięciem U , doprowadzonym do badanego materiału, a składową czynną prądu płynącego przez ten materiał

Do wyznaczania przenikalności można stosować różne układy pomiarowe, jak: wysokonapięciowy mostek Scheringa, mostek Giebego i Zicknera, mostek transformatorowy, mostek czteropojemnościowy, metoda rezonansowa określania równoległej rezystancji , metoda rezonansowa określania szerokości krzywej rezonansowej ( metoda rozstrojenia obwodu ) , metoda miernika dobroci , zależnie od częstotliwości i wymaganej dokładności pomiarów.

Stałą dielektryczną można wyznaczać dla ciał stałych, cieczy i gazów. W zależności od ośrodka stosuje się jeden z niżej podanych układów elektrod:

• elektroda mikrometryczna (ciała stałe)

• elektrody w kształcie płyt (ciecze)

• elektrody cylindryczne (ciecze)

• metoda dwóch cieczy - elektrody w kształcie płyt

SPIS PRZYRZĄDÓW :

SCHEMATY POMIAROWE :

Schemat pomiarowy do wyznaczania przenikalności elektrycznej i kąta stratności dielektryka i do wyznaczania rezystancji skrośnej.

TABELA WYNIKÓW:

MATERIAŁ	U	C	Cg	εr	tg δ	P	p	Rs	ρs	γa	a	d
		V	pF	pF	------	×10^-3	W	W/m^3	Ω	×10^9 [⋅m]	×10^-12 [1/⋅m]	mm	mm
PK	5	853	319	2,68	128	0,06⋅10^-6	0,255	4,06⋅10^8	6,63	150,8	50	0,12
PCV	5	104	23	4,55	89,2	0,038⋅10^-9	10,9⋅10^-6	6,5⋅10^11	719	1,39	50	0,77
PE1	5	70	33	2,12	26,4	2,94⋅10^-12	1,2⋅10^-6	8,5⋅10^12	13300	0,075	50	1,25
PE2	5	67,5	32,5	2,08	26	5⋅10^-12	2,02⋅10^-6	5⋅10^12	7750	0,13	50	1,27
EP	5	100	38	2,63	30,4	1⋅10^-12	0,48⋅10^-6	2,5⋅10^13	45840	0,022	50	1,07
SZKŁO	5	98,5	14	7,04	48	0,79⋅10^-9	134,8⋅10^-6	3,2⋅10^10	21	47,6	50	2,99

WZORY OBLICZENIOWE:

— współczynnik przenikalności elektrycznej:

— rezystywność materiału izolacyjnego:

R_S - rezystancja skrośna materiału izolacyjnego

S - przekrój czynny próbki ( a = 50 mm )

d - grubość próbki

— γ  konduktywność materiału izolacyjnego 1 / ρ_s

WNIOSKI :

W wyniku przeprowadzonych badań materiałów elektroizolacyjnych stwierdzamy, że największą przenikalność elektryczną posiada szkło , około 7 , a najmniejszą polietylen, około 2. Przy badaniu dwóch próbek polietylenowych zauważyliśmy, że wraz ze wzrostem grubości próbki maleje jej przenikalność elektryczna, co potwierdza założenia, że im cieńszy materiał umieszczony pomiędzy elektrodami tym większa pojemność takiego kondensatora, przy czym pojemność ta jest głównie zależna od rodzaju dielektryka.

Największą rezystywność skrośną posiada guma etylopropylenowa, natomiast najmniejszą papier kablowy.

Błąd pomiaru w tej metodzie wyznaczania przenikalności dielektrycznej i współczynnika kąta stratności jest niewielki, a jeśli już wystąpi to jest zwykle związany z błędem odczytu na skali przyrządu.

Układ pomiarowy dobiera się tak, aby uchyb graniczny był jak najmniejszy. Urządzenia pomiarowe też muszą spełniać określone warunki. Napięcie sinusoidalne generatora nie może zawierać więcej niż 5% harmonicznych, błąd określania częstotliwości nie może być większy od 1%, a wahania amplitudy napięcia nie większe niż 3%.

Elektrody pomiarowe także muszą spełniać określone wymogi. Rozróżniamy elektrody z pierścieniem ochronnym i bez pierścienia ochronnego. PN precyzują kształty elektrod i podają odpowiednie wzory do obliczeń.

Wyznaczyliśmy przenikalność dielektryczną , kąt strat dielektrycznych i rezystywność skrośną. Do pomiarów używaliśmy dwóch układów.

W pierwszym układzie w początkowej fazie ćwiczenia mierzyliśmy pojemność geometryczną kondensatora z dielektrykiem . Pozwoliło nam to wyznaczyć przenikalność dielektryczną względną. Kąt strat dielektrycznych odczytywaliśmy bezpośrednio z mostka pomiarowego.

Drugi układ służył do pomiaru rezystancji skrośnej, dzięki czemu wyznaczyliśmy rezystywność skrośna, konduktywność skrośną, moc strat dielektrycznych i stratność właściwą .

Pierwszy układ pomiarowy składał się z mostka pomiarowego, generatora napięcia przemiennego, kondensatora numer 1 do badania próbek materiału.

Kondensator do badania próbek to w zasadzie jest układ elektrod płaskich okrągłych o regulowanej odległości między nimi. Regulacja odległości zbudowana z użyciem śruby mikrometrycznej pozwoliła od razu na pomiar grubości próbki materiału. Elektrody miały średnicę 70 [mm].

Mostek pomiarowy po zrównoważeniu pozwalał nam odczytać pojemność kondensatora z próbką dielektryka, a następnie mierzyliśmy pojemność kondensatora o takich samych wymiarach geometrycznych, ale z powietrzem w roli dielektryka. Przez proste porównanie tych pojemności wyznaczyliśmy przenikalność względną badanego materiału. Jest to pewnego rodzaju uproszczenie gdyż należało by jeszcze uwzględnić fakt, że przenikalność powietrza nie jest równa 1, ale wynosi 1,00053. Błąd powstały z takiego postępowania jest pomijalnie mały.

---