Методические указания к лабораторным работам по курсу «электротехнические материалы» для студентов ІІ курса дневной и заочной форм обучения специальностей 090. 603, 090. 605, 0922. 02 (стр. 1 из 9)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
К печати разрешаю
Первый проректор
Г.В.Стадник
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ»
для студентов ІІ курса дневной
и заочной форм обучения
специальностей 7.090.603, 7.090.605, 7.0922.02
Рассмотрено кафедрой
Протокол №1 от 20.08.2001г.
Харьков 2001
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электротехнические материалы» для студентов ІІ курса дневной и заочной форм обучения специальностей 7.090.603, 7.090.605, 7.0922.02/ Сост. Е.Д.Дьяков, - Харьков: ХГАГХ, 2001, - 48с.
Составитель: ДЬЯКОВ Евгений Дмитриевич
Ответственный за выпуск В.Ф.Рой
Редактор Н.З. Алябьев
План 2001, поз.252
_____________________________________________________________
Подп. к печ. . Формат 60х84 1/16. Бумага офисная
Печать офсетная. Усл. печ. л. 3, 02.. Уч.-изд.л. 2,78. Зак. №
Тираж 100 экз. Цена договорная
_____________________________________________________________
ХГАГХ. 61002, Харьков, ул. Революции, 12.
Сектор оперативной полиграфии ИВЦ ХГАГХ
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
1.1. Цель работы
Изучить методики определений объемного и удельного поверхностного сопротивлений и провести экспериментальные исследования зависимости данных параметров от внешних факторов для различных образцов твердых диэлектриков.
1.2.Общие положения
Следует знать, что все практически применяемые электроизоляционные материалы под действием приложенного постоянного напряжения пропускают некоторый (обычно весьма незначительный) ток, называемый током утечки. Данный ток можно представить в виде двух составляющих.
Переменная составляющая, изменяющаяся во времени по экспоненциальному закону, называется током абсорбции и обусловлена процессами поляризации, происходящими в диэлектрике.
Постоянная составляющая тока утечки называется сквозным током диэлектрика и, в свою очередь, может быть представлена в виде двух составляющих: поверхностного и объемного токов.
Поверхностный ток обусловлен наличием тонкого электропроводящего слоя влаги с растворенными в нем веществами, образующегося вследствие соприкосновения образца с окружающей средой.
Объемный ток представляет собой ток, протекающий непосредственно через объем диэлектрика.
Этим двум составляющим соответствуют два сопротивления: поверхностное электрическое сопротивление диэлектрика RS и объемное электрическое сопротивление диэлектрика RV. Величины, обратные объемному и поверхностному сопротивлениям, называются соответственно объемной и поверхностной проводимостью.
Объемное и поверхностное сопротивления зависят как от материала диэлектрика, так и от его геометрических размеров.
Для сравнения качества различных диэлектриков пользуются величинами удельных сопротивлений.
Удельное объёмное сопротивление
в системе СИ численно равно сопротивлению куба материала с ребром в один метр, измеренному при постоянном напряжении, когда ток проходит от одной грани куба к другой.Для образца с постоянным поперечным сечением, равным площади электродов, удельное объемное сопротивление определяется по формуле
(1.1)где Rv - объемное сопротивление образца диэлектрика, Ом;
S – площадь измерительного электрода, м2 ;
h - толщина диэлектрика, м.
Удельное поверхностное сопротивление
численно равно сопротивлению плоского участка поверхности твердого диэлектрика в форме квадрата, измеренному при постоянном напряжении, когда ток проходит от одной грани квадрата к другой.Для участка диэлектрика расположенного между параллельными друг другу электродами, удельное поверхностное сопротивление определяется по формуле
, (1.2)где Rs –поверхностное сопротивление образца диэлектрика, Ом;
b - длина электрода, м;
a - расстояние между электродами, м.
При использовании для измерения Rs электродов в виде двух коаксиальных цилиндров формула для определения
имеет вид
, (1.3)где Rs – поверхностное сопротивление образца диэлектрика, Ом;
D – внутренний диаметр кольцевого электрода, м;
d - диаметр измерительного электрода, м.
Под влиянием различных внешних факторов величины удельных сопротивлений могут существенно изменятся. Так, при повышении температуры удельное объемное сопротивление твердых и жидких диэлектриков, как правило, уменьшается по экспоненциальному закону
(1.4)где
- удельное объемное сопротивление при температуре окружающей среды, Ом×м;a - температурный коэффициент удельного сопротивления, °С-1;
t - температура °С.
Уменьшение сопротивления диэлектриков при их нагревании обусловлено ослаблением молекулярных связей и уменьшением вязкости вещества. Кроме того, вследствие температурной диссоциации молекул увеличивается концентрация ионов и растет их подвижность.
Однако, в некоторых случаях с увеличением температуры сопротивление диэлектрика в определенном диапазоне температур может возрастать. Данное явление наблюдается, например, для электроизоляционных смол при их полимеризации и связанном с этим процессом значительным повышением вязкости.
Существенное влияние на величину сопротивления оказывает влажность окружающей среды в связи с тем, что большинство диэлектриков способны поглощать влагу из воздуха, содержащего водяные пары. Наличие влаги в диэлектрике резко уменьшает его сопротивление, так как вода способствует диссоциации на ионы молекул самого вещества и, кроме того, имеющиеся в воде примеси также диссоциируют на ионы.
При нагреве до высоких температур диэлектрики, содержащие воду, теряют ее, в результате чего их сопротивление увеличивается.
На величину сопротивления диэлектрика влияет также значение приложенного напряжения. При увеличении напряжения сопротивление диэлектриков, как правило, уменьшается. Исключение составляет высококачественные диэлектрики, у которых сопротивление при увеличении напряжения остается практически неизменным. Причинами уменьшения сопротивления могут являться возникновение объемных зарядов в диэлектрике, перераспределения влаги в порах диэлектрика или возникновение дополнительной электропроводности в результате вырывания электронов силами поля из частиц диэлектрика.
1.3.Приборы и оборудование
Для определения сопротивления образца диэлектрика применяют прямой или косвенный метод измерения. Прямой метод измерения основан на использовании приборов, которые позволяют производить отсчет измеряемого сопротивления непосредственно по шкале прибора. В качестве таких приборов могут быть использованы электронные омметры (мегаомметры, тераоометры) или мосты постоянного тока следующих марок: Е6-13А, ЕК6-7, Е6-14, Е6-17, Ф4101, Р4053, Р4060, Р4056.
При косвенных измерения значение сопротивления определяют расчетным путем по результатам измерения тока, протекающего в образце при фиксированном напряжении, или измеряя падение напряжения на образце при известном токе в нем. Для измерения тока и напряжений применяют чувствительные магнитоэлектрические или электростатические приборы с электронными или фотогальванометрическими усилителями.
В лабораторной работе для испытаний материалов используется метод непосредственного измерения электрического сопротивления.
Определение сопротивлений производится на плоских образцах электроизоляционных материалов. Для испытаний используется система из трех электродов: измерительного, напряжения (высоковольтного) и охранного. Два электрода имеют цилиндрическую форму, третий выполнен в виде кольца. В зависимости от измеряемой величины одни и те же электроды могут выполнять различные функции.
На рис. 1.1 показаны схемы подключения измеряемых образцов для определения сопротивлений: объемного (рис. 1.1,а), и поверхностного (рис. 1.1,б). Схемы содержат: высоковольтный электрод 1; образец диэлектрика 2; охранное кольцо 3; измерительный электрод 4.
Применение для измерений системы из трех электродов позволяет разделить объемные и поверхностные токи. В схеме (рис. 1.1,а) заземление охранного электрода позволяет исключить влияние поверхностного тока на результат измерения. Аналогичным образом заземление высоковольтного электрода в схеме (рис. 1.1,б) исключает влияние на результат измерения объемного тока. Электроды расположены в термошкафу, который снабжен защитной блокировкой. Температура внутри шкафа измеряется термометром.
а)
б)
Рис.1.1. Схемы измерения сопротивления диэлектриков
1.4.Порядок выполнения работы
1. Собрать схему для определения объемного сопротивления в соответствии с рис. 1.1,а. Штекер «Э» прибора Е6-17 должен быть заземлен.
2. В присутствии преподавателя включить питание измерительного прибора. Продолжительность времени установления рабочего режима прибора 15 мин.
3. Измерить и записать в табл. 1.1 параметры охранного кольца, измерительного электрода и исследуемых образцов диэлектриков.
Таблица 1.1