ЭЭдв-21-3 ЭТМ ЛР1 Молдир Айтенова. Отчет по лабораторной работе 1 На тему Определение тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости диэлектриков Выполнил Айтенова Молдир Жансериковна Группа ээдв213
 Скачать 0.76 Mb.
|
|
Некоммерческое акционерное общество «АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ имени Гумарбека Даукеева Кафедра Электротехники ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ по образовательной программе В – Электроэнергетика ОТЧЕТ по лабораторной работе №1 На тему Определение тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости диэлектриков Выполнил Айтенова Молдир Жансериковна Группа ЭЭдв-21-3 (Ф.И.О. студента) Принял Преподаватель, Ауелова Асем Бейбытовна ученая степень, звание, Ф.И.О.) _____________ ________________ «____» г. оценка) подпись) Алматы 2021 1 Лабораторная работа №1. Определение тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости диэлектриков. Цель работы - изучение явлений поляризации и диэлектрических потерь в диэлектрике, находящемся в электрическом поле - определение ε и tgδ для твердых изоляционных материалов. 1.1 Теоретическое введение Диэлектрическая проницаемость ε и tg угла диэлектрических потерь tg δ является важнейшей характеристикой диэлектриков, так как характеризует ε количественно определяет свойство диэлектрика поляризоваться и образовывать электрическую емкость tg δ величина мощности, теряемой в диэлектрике. Однако в связи стем, что tg δ не дает количественного определения величины рассеиваемой мощности в диэлектрике, для вычисления последней обычно пользуются формулами общих (Р) или удельных (р) потерь где U - напряжение, В w - угловая частота, с Сх - емкость образца диэлектрика, ФЕ- напряженность электрического поля, В/м; d -угол диэлектрических потерь (угол, дополняющий до 90°, угол сдвига фаз между током и напряжением. Наиболее широко применяемые на практике методы определения e и tg δ дают возможность непосредственно измерять и рассчитывать, зная форму и геометрические размеры образца диэлектрика, величины Сх и e. Зависимости ε от температуры для электрорадиоматериалов, предназначенных для работы в электрических и температурных полях, особенно для полярных, являются достаточно важными характеристиками этих материалов. 1.2 Принципиальная схема высоковольтного моста. Рассмотрим порядок измерения tgδ и Сх на высоковольтном мосте, представленном на рисунке 1.1, дающий возможность определить величины этих характеристик при частотах порядка 25―600 Гц. Рисунок 1.1 - Принципиальная схема высоковольтного моста Работа на мосте переменного тока сводится к подбору регулируемого сопротивления R3 и емкости С, при которых нуль индикатор G будет показывать нуль. При достигнутом равновесии моста искомая величина емкости Сх вычисляется по формуле где Сэ ― емкость образцового (воздушного) конденсатора, пФ (указана на конденсаторе. По величине емкости Сх и известным величинами подсчитывают диэлектрическую проницаемость электроизоляционного материала где h - толщина образцам- площадь обкладок конденсатора сданным диэлектриком, м e 0 =8.85×10-12, Ф/м ― электрическая постоянная. tg δ при достигнутом равновесии моста численно равен величине регулируемой емкости С моста, те Испытуемый диэлектрик или конденсатор Сх соединяется в схему моста с образцовым конденсатором Сэ, емкость которого равна 100 ± 10 пФ и тангенс угла не превышает 5×10-5, магазином сопротивления R3 и магазином емкости Св точках А, В, С, Д. Питание моста подведено к точкам Си Дот повысительного трансформатора типа НОМ ― 10. Плечо R3 представляет собой безреактивное сопротивление на х) Ом. Сопротивление R4 включено параллельно емкости С, состоит из двух разных безреактивных сопротивлений, соединенных между собой последовательно. Величина R4 составляет 10000 𝜋 = 3183 Ом 1.3 Описание установки 1.3.1 Мост переменного тока автоматический с цифровым отсчетом Р (в дальнейшем мост) является быстродействующим универсальным измерителем параметров комплексного сопротивления на частоте 1000 Гц и предназначен для измерения - емкости / Си тангенса угла потерь / tg 𝛿/; - индуктивности / L / и сопротивления потерь / Rn /; - активного сопротивления / RL / и остаточной индуктивности / L0 /; - активного сопротивления / RC / и постоянной времени / С /. 1.3.2 Диапазон измерений моста - по Сот пф до 100 мкФ, при tg 𝛿 от 0 до 0,5; - по L от 1 мкГн до 10 Гн, при пот до 40 кОм при tg 𝛿 ≤0,5; - по RL, RC от 0,1 Ом до 1 Мом, при остаточной индуктивности от 0 до 0,1 Гни с, где τ= 𝐿 𝑅 для RL от 0,1 Ом до 100 кОм и постоянной времени / τ = RC / от 0 до 1∙10-5 с для Сот Ом до 1 Мом. 1.3.3 Эквивалентная схема замещения при измерении Си последовательная, при измерении С – параллельная. 1.3.4 Максимальное время уравновешения с учетом времени выбора поддиапазона измерения не превышает 0,3 с. 1.3.5 Схема и конструкция моста обеспечивают автоматический выбор диапазонов измерения и полное уравновешивание моста при следующих видах запуска - ручной, осуществляемый кнопкой запуска - автоматический, с регулируемым временем цикла в пределах 1-10 с ручкой время индикации - вид запуска устанавливается нажатием соответствующей кнопки переключателя запуск. 1.3.6 При нормальных условиях эксплуатации допускается непрерывная работа моста в течение 8 ч с момента его включения без снижения его технических характеристик. Рекомендуемый перерыв между непрерывной работой 1 ч. 1.3.7 Питание моста осуществляется от сети переменного тока напряжением 220±22 В частоты 50±1 Гц. 1.3.8 Потребляемая мостом мощность при нормальном напряжении сети не превышает 200 ВА. 1.4 Рабочее задание 1.4.1 Проверьте наличие и целостность предохранителя перед включением моста в сеть. 1.4.2 Установите переключатель запуск в нужное положение нажатием кнопки «ручн»-для ручного запуска «внешн»-для внешнего запуска. Установить переключатель в положение «автом» допускается после осуществления ручного запуска. При установке переключателя вида запуск в положение «внешн» подсоедините к гнезду внешнего запуска посредством кабеля источник запускающих импульсов. При установке переключателя в положение «ручн» запуск моста производите нажатием кнопки. При установке переключателя, а в положение «автом» запуск должен осуществляться автоматически от внутреннего источника запускающих импульсов, а длительность цикла работы прибора время измерения и время индикации результатов измерения регулируйте поворотом ручки время индикации. 1.4.3 Установите переключатель измерение в положение, соответствующее характеру комплексного сопротивления измеряемого объекта, нажатием кнопки С - емкостной характер комплексного сопротивления «L» - индуктивный характер комплексного сопротивления «RL» - активное сопротивление с индуктивной составляющей С - активное сопротивление с емкостной составляющей и постоянной времени τ = RC. 1.4.4 Заземлите зажим «┴». 1.4.5 Подсоедините к штепсельным разъемам «ZX» с учетом маркировки кабель для соединения измеряемого объекта. 1.4.6 Подсоедините измеряемый объект к зажимам кабеля. Рисунок 1.2 - Схема электрическая подключения моста переменного тока Р 1.4.7 Вставьте вилку шнура питания в розетку сети 220 В и включите тумблер сеть, как показано стрелкой. 1.4.8 Запустите подготовленный к работе мост в соответствии с п. 1.4.9 Считывайте результаты измерения на табло отсчетного устройства, а при необходимости автоматической фиксации результатов измерения посредством печатающего устройства, подключите последнее к выходным разъемам моста Ш и Ш, расположенным на задней стенке прибора, согласно схеме подключения. Схема подключения представлена на рисунке 1.2. 1.4.10 По формулам (1.3, 1.4,1.5,1.1) определить Сх, ε, tgδ, Р. 1.4.11 Пои сделать выводы о качестве изоляционных материалов и возможности их применения в конденсаторах, электрических машинах, проводах и кабелях. Расчет лабораторной работы Таблица 1. Данные Напряжение сети В Ток А Частота ƒ 1000 Гц Площадь конденсатора см = м Размер диэлектриков мм ε 0 ― электрическая постоянная 8,854*10 -12 Ф/м ω 2πƒ=6280 Гц Таблица 2. Диэлектрик С, Ф R, Ом d, мм Стеклотексталит 7*10 -10 3.2 1.2 Поливинилхлорид 4*10 -10 2.8 4 ДВП 1.9*10 -10 7.5 3.2 Оргстекло По формулам (1.3, 1.4,1.5,1.1) определить Сх, ε, tgδ, Р. 𝑪 𝐗 = ε 0 ∗ 𝑆 𝑑 Таблица 3 Вид диэлектрика Расчет С х Стеклотексталит 8,854 ∗ 10 −12 ∗ 0,079 0,0012 = 5,83 ∗ Поливинилхлорид 8,854 ∗ 10 −12 ∗ 0,079 0,004 = 1,75 ∗ 10 −10 ДВП 8,854 ∗ 10 −12 ∗ 0,079 0,0032 = 2,19 ∗ Оргстекло Таблица 4 Вид диэлектрика Расчет ε, диэлектрической проницаемости Стеклотексталит 7 ∗ 10 −10 5,83 ∗ 10 −10 = 1.2 Поливинилхлорид 4 ∗ 10 −10 1,75 ∗ 10 −10 = 2.3 ДВП 1.9 ∗ 10 −10 2,19 ∗ 10 −10 = 0.87 Оргстекло Таблица 5 Вид диэлектрика Расчет tgδ, угла диэлектрических потерь Стеклотексталит 3.2 1 6280 ∗ 7 ∗ 10 −10 = 1.4 ∗ Поливинилхлорид 2.8 1 6280 ∗ 4 ∗ 10 −10 = 7.03 ∗ 10 −5 ДВП 7.5 1 6280 ∗ 1.9 ∗ 10 −10 = 8.95 ∗ Оргстекло Таблица 6 Вид диэлектрика Расчет Р, общих потерь Стеклотексталит 220 2 *6280* ( 5,83 ∗ 10 −10 )*(1.4 ∗ 10 −4 )= Поливинилхлорид 220 2 *6280* ( 1,75 ∗ 10 −10 )*(7.03 ∗ 10 −5 )= 3.7394*10 -6 ДВП 220 2 *6280* ( 2,19 ∗ 10 −10 )*(8.95 ∗ 10 −5 )= Оргстекло Вывод Целью данной лабораторной работы состоялась в том, чтобы мы изучили явлений поляризации и диэлектрических потерь в диэлектрике, находящемся в электрическом поле и определили ε и tg δ для твердых изоляционных материалов. Цель лабораторной работы было достигнута и расчеты для определения ε и tg δ (таблицы 4 и 5), были проведены. Для это мы взяли 4 типа диэлектриков Стеклотексталит, Поливинилхлорид, ДВП, Оргстекло. Чей меньше угол диэлектрических потерь δ, тем выше диэлектрические свойства изоляционного материала, таким образом мы выяснили что из 4 диэлектриков которые были взяты для эксперимента наибольшим изоляционными свойством обладает Поливинилхлорида наименьшим изоляционными свойством обладает Оргстекло Контрольные вопросы 1.5.1 Что характеризует 𝜀 и tgd? Диэлектрическая проницаемость ε и tg угла диэлектрических потерь tg δ является важнейшей характеристикой диэлектриков, так как характеризует ε количественно определяет свойство диэлектрика поляризоваться и образовывать электрическую емкость tg δ величина мощности, теряемой в диэлектрике. 1.5.2 Какой метод использован при измерении 𝜀 и tgδ у диэлектриков Диэлектрические измерения, измерения величин, характеризующих свойства диэлектриков в постоянном и переменном электрических полях. К ним относятся измерения диэлектрической проницаемости ε в постоянных и переменных полях и tgδ угол диэлектрических потерь. В случае твёрдых диэлектриков измерение часто сводятся к измерению ёмкости С плоского электрического конденсатора, между пластинами которого помещён исследуемый диэлектрик. 1.5.3 В каком пределе находится величина ε для технических диэлектриков Значение проницаемости, обычно лежит в диапазоне 1—100, но для сегнетоэлектриков составляет десятки и сотни тысяч. В твердых телах возможны все виды поляризации и диапазон изменения 𝜀 составляет от 2,0 до 10 6 1.5.4 Единицы измерения 𝜀, tgδ, Р. ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала, измеряется в фарадах, делённых на метр tgδ - величина мощности, теряемой в диэлектрике, на практике tgδ измеряют в процентах. Р- полные диэлектрические потери в участке изоляции емкостью С при приложении напряжения U (действующее значение) с циклической частотой, измеряется в Ваттах. 1.5.5 Какая кривая выражает зависимость e = Т) для полярных диэлектриков С ростом температуры приводит к уменьшению диэлектрической проницаемости. 1.5.6 До какого максимального напряжения можно снимать 𝜀 и tgδ? Как правило, профилактический контроль изоляции электрооборудования по tgδ производится при испытательном напряжении 10 кВ. Однако, из этого правила имеется исключение. При контроле изоляции некоторых видов электрооборудования производят измерения tgδ при нескольких значениях напряжения. Максимальное значение напряжения может достигать полуторократного рабочего напряжения (раб. 1.5.7 Как можно рассчитать диэлектрическую проницаемость Для плоского конденсатора с круглыми электродами величина диэлектрической проницаемости рассчитывается по формуле где ε 0 = 8.85 10-12 Ф/м – электрическая постоянная Cx- емкость конденсатора в фарадах (Ф = 1*10 12 пФ h -толщина диэлектрикам- площадь измерительного электрода образцам |