Sprawozdanie z ćwiczenia 3

Temat: Badanie Współczynnika strat i przenikalności elektrycznej dielektryków za pomocą mostka Scheringa.

       W ćwiczeniu zapoznaliśmy się z metodą pomiaru przenikalności i stratności dielektryków mostkiem Scheringa.

       Dielektryki są to: ciała stałe, ciekłe i lotne, które w swojej strukturze nie zawierają ładunków swobodnych. Ulegają one zjawisku polaryzacji, które polega na sprężystym przemieszczeniu się ładunków elektrycznych pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego. Możemy wyróżnić trzy rodzaje polaryzacji :

-         elektronową

-          jonową

-          dipolową

       Mechanizm makroskopowy polaryzacji polega na zbieraniu się ładunków swobodnych na niedoskonałościach siatki krystalicznej (mikropęknięcia, granice ziaren, zanieczyszczenia).

       W dielektryku, w którym nie ma swobodnych elektronów nie występuje przewodzenie elektronowe jak w metalach. W materiałach izolacyjnych przewodzenie jest związane z ruchem jonów. Pod wpływem przyłożonego z zewnątrz napięcia ładunki te tworzą bardzo niewielki prąd zwany prądem upływu, którego wartość jest zależna od temperatury. Straty w dielektryku wywołane są polaryzacją i prądami upływu.

       Przenikalność elektryczna εr- jest to stosunek pojemności Cx kondensatora z dielektrykiem między okładzinami do pojemności kondensatora powietrznego C0 :

       Przenikalność dielektryczna suchego powietrza w warunkach normalnych wynosi 1.00053 i dlatego przy wyznaczaniu przenikalności elektrycznej materiału zamiast pojemności między elektrodami w próżni można z wystarczającą dokładnością stosować pojemność międzyelektrodową C0 w powietrzu.

  ε0- przenikalność elektryczna próżni wynosi:

       Kąt strat dielektryków δ –to kąt dopełniający do π/2 kąt przesunięcia fazowego miedzy sinusoidalnym napięciem doprowadzonym do badanego materiału a składową czynną prądu płynącego przez ten materiał.

     Wykres wskazowy (PN-86/E –04403-1):

Współczynnik stratności elektrycznej tg δ –tangens kąta strat dielektrycznych.

       Metoda pomiaru:

Pomiaru dokonano za pomocą wysokonapięciowego mostka Scheringa (15 –1kHz), którego układ elektryczny przedstawia poniższy rysunek:

Schemat układu elektrod wraz z umieszczoną pomiędzy nimi próbką:

Wykonanie ćwiczenia:

-         wyzerować wskaźniki napięcia

-         umieścić próbkę między elektrodami kondensatora

-         włączyć zasilanie o napięciu wysokości 2kv

-         regulując na przemian pokrętłami zmieniającymi wartość R3 i C4 doprowadzić mostek do stanu równowagi

-         zwiększyć czułość przyrządu i ponownie doprowadzić mostek do równowagi

-         równoważenie mostka prowadzi się do takiej czułości, przy której pomiar rezystancji R3 i pojemności kondensatora C4 z dokładnością równą połowie dopuszczalnego błędu powoduje zaistnienie jak najmniejszego napięcia (tak aby mostek był w równowadze)

-         po zrównoważeniu mostka odczytać wartość R3 i C4 oraz obliczyć tg δ i Cx

-         powyższe czynności powtórzyć dla innych próbek.

Wyniki pomiarów:

a) Próbka nr 1 - Porcelana elektrotechniczna z grupy 110

h = 5,59 mm

R3 = 3293,6 Ω

tg δ = 0,0247

C0 ≈ 8,462 pF

Cx ≈ 51,6 pF

ε = 6,1

b) Próbka nr 2 - Polichlorek winylu twardy-widnur

h = 1,98 mm

R3 = 2135 Ω

tgδ = 0,006

C0≈ 23,9 pF

Cx≈ 33,5 pF

ε = 1,4

c) Próbka nr 3 - Żywica melaminowoaldechydowa  [droplast]

h = 4,12 mm

R3 = 1901 Ω

tgδ = 0,0405

C0≈ 11,4 pF

&...