Практическая работа №1 "Определение удельного объемного и

Практическая работа №1
Определение удельного объемного и удельного поверхностного
сопротивления твердых диэлектриков.
Цель работы
 Научится определять удельное объемное
сопротивление диэлектриков расчетным путем.
и
удельное
поверхностное
Краткие теоретические сведения
По назначению электроизоляционные материалы не должны пропускать
электрический ток под действием приложенного напряжения. Однако идеальных
непроводников не существует, и все практически применяемые диэлектрики
обнаруживают свойства электропроводности. Электропроводность диэлектриков
объясняется наличием в них свободных ионов и электронов, которые могут
передвигаться под воздействием электрического поля.
Проводимость изоляции Gиз (См), определяется как отношение тока утечки
через изоляцию Iиз к величине приложенного постоянного напряжения :
Gиз= Iиз/U
Величина, обратная Gиз, называется сопротивлением изоляции Rиз
Rиз = 1/Gиз = U/Iиз
Различают объёмную проводимость изоляции Gv, численно определяющую
проводимость через толщу изоляции, и поверхностную проводимость изоляции
Gs, характеризующую наличие слоя повышенной электропроводности на
поверхности раздела твёрдой изоляции с окружающей газообразной или жидкой
средой; этот слой создаётся вследствие неизбежных загрязнений, увлажнения и
т.п. Для газообразных и жидких диэлектриков поверхностная проводимость
обычно не рассматривается
Соответственно вводятся понятия объёмного тока утечки Iv и поверхностного
тока утечки Iv, а также объёмного сопротивления изоляции Rv и поверхностного
сопротивления изоляции Rs
Для сравнительной оценки различных материалов в отношении их
электропроводности пользуются значениями удельных объёмного ρv и
поверхностного ρs сопротивлений
ρv= RvS/h ,
где Rv – объёмное сопротивление образца, Ом
S - площадь электрода, м2
h - толщина образца, м
ρs= Rsb/a ,
где
Rs – поверхностное сопротивление образца материала, Ом
b - длина электродов на поверхности диэлектрика, см
a - расстояние между электродами на поверхности диэлектрика, см.
3
Удельное сопротивление диэлектрика является параметром, определяющим
ток утечки в нем. Токи утечки в диэлектрике обуславливают потери мощности,
как и в проводнике: это так называемая мощность диэлектрических потерь при
постоянном токе, определяемая по формуле
Р = UIиз.
При подсчете диэлектрических потерь, ведущих к нагреву диэлектрика,
обычно учитывается только объемный ток утечки. Поверхностный ток утечки
создает потери мощности на поверхности. Рассеяние энергии происходит при
этом в основном в окружающую среду, на нагрев диэлектрика поверхностная
утечка в большинстве случаев не влияет.
Удельное сопротивление твердых диэлектриков зависит от многих факторов:
температуры, влажности, приложенного напряжения и напряженности
электрического поля.
При повышении температуры удельное сопротивление электроизоляционных
материалов, как правило, существенно уменьшается. Иными словами,
температурные коэффициенты удельных сопротивлений электроизоляционных
материалов отрицательны.
Присутствие даже малых количеств воды способно значительно уменьшить
удельное сопротивление диэлектриков. Это объясняется тем, что растворимые в
воде примеси диссоциируют на ионы; в некоторых случаях влияние увлажнения
может способствовать диссоциации молекул основного вещества диэлектрика.
Таким образом, условия работы электрической изоляции становятся более
тяжелыми при увлажнении.
С повышением приложенного к изоляции напряжения сопротивление
изоляции может уменьшаться. Зависимость Rиз от напряжения объясняется рядом
причин: образованием в изоляции объемных электрических зарядов, плохим
контактом между электродами и изоляцией; изменением под действием
электрического поля формы и размеров включений влаги и др.
Для повышения ρs диэлектриков применяют различны приемы: полировку
поверхности материала, промывку поверхности кипящей дистиллированной
водой, прогрев материала при достаточно высокой температуре, покрытие
поверхности лаками, глазурями и т.п.
Порядок выполнения работы:
1. Изучить краткие теоретические сведения.
2. Для заданного преподавателем варианта решить задачи, по определению
сопротивлений диэлектриков.
3. Ответить на контрольные вопросы.
Основные формулы:
Напряженность поля, при которой происходит пробой диэлектрика, называют
электрической прочностью диэлектрика Епр, а напряжение при пробое пробивным напряжением Uпр, причем
Eпр=Uпр/h
4
где h — толщина диэлектрика.
Емкость конденсатора зависит от геометрических размеров, формы, взаимного
расположения и расстояния между обкладками, а также от свойств диэлектрика.
Емкость плоского конденсатора
C=ε0εS/ h
где S — площадь пластины, м2; h — расстояние между пластинами, м.
Напряженность электрического поля плоского конденсатора
E=U/h
где U — напряжение, приложенное к зажимам конденсатора, В.
Удельное объёмное ρv сопротивление
ρv= RvS/h ,
где Rv – объёмное сопротивление диэлектрика, Ом; S - площадь пластины, м2
h - толщина диэлетрика, м
Удельное поверхностное ρs сопротивление
ρs= Rsp/h ,
где
Rs – поверхностное сопротивление, Ом; p – периметр пластины, между
которыми находится диэлектрик, м; h - толщина диэлектрика, м
Мощность,рассеиваемая в диэлектрике
P= ∙tgβ∙C∙U2
где
=2πf- угловая частота
Задачи.
1. Определите объёмный ток в диэлектрике плоского конденсатора при
постоянном напряжении 1000 В, если площадь каждой его пластины 50
см2, расстояние между ними 0,4 см, а в качестве диэлектрика
а)используется электрофарфор.
2. Определите мощность рассеиваемую в диэлектрике плоского
конденсатора, если площадь каждой его пластины 100 см2, расстояние
между ними 0.01 см , объёмный ток утечки 210-9 А, а в качестве
диэлектрика взят стеатит.
3. Определите удельное поверхностное сопротивление в диэлектрике
плоского конденсатора со сторонами пластины 1 см и 0.5 см толщиной
диэлектрика 3 мм, если к нему приложено напряжение 1000В, а
поверхностный ток утечки 210-10А.
4. Определите тангенс угла потерь диэлектрика конденсатора ёмкостью 40
пФ, к которому приложено напряжение 10 кВ частотой 400 Гц, а потери
мощности составляют 1 мВт.
5. Определите поверхностный ток утечки плоского конденсатора со
сторонами пластины 20 мм и 5 мм, толщиной диэлектрика 0.5 см, если к
нему приложено напряжение 1500В (S = 108 Ом)
6. Найдите потери мощности в диэлектрике конденсатора ёмкостью 100 пФ,
через который протекает ток 210-7 А частотой 400 Гц, сопротивление
диэлектрика 5108 Омм, а тангенс угла потерь 10-2 .
5
Контрольные вопросы
Чем объясняется электропроводность диэлектриков?
Что такое сквозной ток утечки?
Что такое сопротивление изоляции?
Почему у твердых диэлектриков различают объемное и поверхностное
электрические сопротивления?
5. Дайте определение объемного и поверхностного токов утечки?
6. В каких единицах измеряют удельное объемное и удельное поверхностное
электрические сопротивления?
7. По каким формулам можно вычислить удельное объемное и удельное
поверхностное электрические сопротивления?
1.
2.
3.
4.
6