Wydział: EAIiE |
MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE |
Rok II Gr. C |
Data wykonania 21.X.1998 |
Temat: Przenikalność elektryczna i współczynnik strat dielektrycznych materiałów izolacyjnych Ćw nr 1 |
T. Ściubisz M. Szlosek J.Stańczykiewicz K. Oko T. Sadowski |
Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest wykonanie pomiaru przenikalności elektrycznej oraz współczynnika strat dielektrycznych następujących materiałów: polietylen (PE), polvinit (PCV), guma etylenowo-propylenowa, papier kablowy, szkło.
Przenikalność elektryczna εr - stosunek pojemności Cx kondensatora, w którym przestrzeń między i wokół elektrod jest całkowicie zapełniona badanym materiałem elektroizolacyjnym do pojemności elektrod Co, 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 między elektrodowej w próżni można z wystarczającą dokładnością stosować pojemność miedzy elektrodową w powietrzu.
Przenikalność elektryczna próżni εo - przenikalność, która ma wartość równą 8,854 10-12 [Fm-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.
Współczynnik strat dielektrycznych tg δ - tangens kąta strat dielektrycznych.
Metody badań
Zasada pomiaru polega na zmierzeniu składowych szeregowego (CS, RS) lub równoległego (RP, CP) układu zastępczego kondensatora dielektrykiem ze stratami dielektrycznymi, stanowiącego badaną próbkę. Współczynnik strat dielektrycznych w podanych układach zastępczych wylicza się według wzoru:
.
Między składnikami szeregowego i równoległego układu zastępczego występują następujące zależności:
Przy obliczaniu przenikalności korzystamy ze wzoru:
Wykorzystana metoda pomiaru
Wyniki
Materiał |
U [V] |
C [pF] |
Cg [pF] |
εr
|
tg δ 10-3 |
P [μW] |
p [Wm-3] |
RS [Ω] |
ρS [Ωm] |
γ [(Ωm)-1] |
a [mm] |
|
PE (1) |
2,5 V |
69 |
32,5 |
2,1 |
2,5 |
33 |
0,447 |
0,093 |
6,2 1012 |
9,7 1012 |
1 10-13 |
1,255 |
PE (2) |
|
62 |
32 |
1,9 |
2,4 |
33,5 |
0,408 |
0,08 |
9 1012 |
13 1012 |
7,7 10-14 |
1,32 |
PCV |
|
105 |
24 |
4,4 |
5,3 |
100 |
2,06 |
0,311 |
6,8 1011 |
7,76 1011 |
1,3 10-12 |
1,72 |
Guma |
|
102 |
39 |
2,6 |
3,1 |
37 |
0,741 |
0,185 |
3 1013 |
5,66 1013 |
1,8 10-14 |
1,04 |
Papier |
|
900 |
385 |
2,3 |
2,5 |
140 |
24,74 |
67,67 |
4,1 108 |
8,5 106 |
1,2 10-07 |
0,095 |
Szkło |
|
100 |
13 |
7,7 |
8,7 |
55 |
1,08 |
0,094 |
5,5 1010 |
3,6 1010 |
2,8 10-11 |
2,98 |
Pomiar współczynnika strat dielektrycznych i przenikalności elektrycznej został przeprowadzony przy średnicy elektrod d1=70 mm, a pomiar rezystancji skrośnej przy średnicy d2=50 mm.
Przy obliczeniach posłużyliśmy się następującymi wzorami:
(1)
(2)
Wnioski
Porównując przenikalność elektryczną obliczoną ze wzoru (1) i (2) dochodzimy do wniosku, że wartości te są zbliżone.