15.3.2. Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь на низких частотах.

Образец диэлектрика с потерями может быть представлен в виде эквивалентной последовательной или параллельной схемы:

 

 

Независимо от выбора схемы сдвиг фазы j, ток I, напряжение U и диэлектрические потери P неизменны. Для последовательной схемы справедливы следующие соотношения:

tg d = w Cs Rs; P = I² Rs = U² w Cs tg d / ( 1 + tg² d)

 

Для параллельной схемы:

tg d = 1 / ( Rp w Cp); P = U² w Cp tg d.

При tg d << 0,1 :

Cs = Cp; Rs = Rp tg²d.

Емкость Cp в параллельной схеме обычно принимают за емкость Сx образца или изделия. Диэлектрическая проницаемость материала образца e_r может быть найдена как отношение емкости Cx при заданной конфигурации электродов и испытаемом материале в качестве диэлектрика к емкости С₀ тех же электродов без образца в вакууме:

e_r= Cx / C₀;

Величина tgd может быть определена по приведенным выше формулам.

Для определения tgd и e_r твердых материалов используют те же электроды, что и при определении удельных сопротивлений, за исключением электродов из порошка графита.

 

Методы и средства измерений емкости и tgd при низких частотах.

 

Применяют как прямые, так и косвенные методы. В основном используются мостовые схемы переменного тока, например:

Уравнения равновесия моста:

Cx = R1 C0 / R2; tg d = w R1 C1.

 

Определение диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь на высоких частотах имеет особенности, связанные с ростом влияния краевых эффектов, индуктивностью подводящих проводов и т.д. На частотах свыше 400 Гц выполняют измерения мостовым и резонансным методами.

 

Измерение температурного коэффициента емкости основано на измерении изменении частоты генератора при изменении температуры образца, включенного в качестве частотозадающей емкости.

 

15.3.3. Определение электрической прочности.

 

Под действием напряжения, приложенного к диэлектрику, в нем может произойти сквозной электрический разряд. Образование в диэлектрике проводящего плазменного канала под действием электрического поля называется электрическим пробоем. 

Минимальное напряжение, вызывающее электрический пробой, называют пробивным напряжением. 

От пробоя, сопровождающегося сквозным разрядом, следует отличать поверхностный пробой, при котором разряд не проникает в глубь материала, а распространяется по поверхности.

Стойкость материала к действию высокого напряжения характеризуют значением электрической прочности Епр, под которой понимают минимальную напряженность однородного электрического поля, приводящего к пробою.

Для однородного поля:

Eпр = Uпр / l.

Где Uпр - пробивное напряжение, В, t -толщина материала., м.

 

Получение однородного поля требует применения электродов специальной формы, на практике применяют электроды более простых форм: в виде дисков с закругленными краями, сферические и т.п. Поле получается неоднородным, что приводит к уменьшению пробивного напряжения, поэтому вводят поправочный коэффициент a > 1 :

Епр = a Uпр /l.

Значение этого коэффициента должно указываться в стандарте на материал. При использовании листовых образцов однородное поле получается только в средней части образца между электродами, у краев поле искажается. Для устранения краевого и поверхностного пробоев образец с электродами помещают в трансформаторное масло.

Электрическая прочность, определенная в результате испытаний, не является физической характеристикой материала, так как зависит от ряда факторов (температура, влажность, форма электродов и т.п.). Поэтому полученные результаты служат лишь для контроля качества и сравнения материалов между собой.

Образцы материалов должны иметь размеры, значительно превышающие размеры электродов, чтобы предотвратить возникновение поверхностного пробоя. Для слоистых материалов Епр определяется как в направлении вдоль слоев, так и в перпендикулярном поверхности.

Электроды могут применяться массивные металлические (сталь, медь, латунь), пленочные или графитовые. Во всех случаях необходимо обеспечить хороший контакт электрода с испытуемым образцом. Рабочие поверхности металлических электродов должны быть гладкими (параметр шероховатости Ra <=0.2 мкм).

Дляопределения Епр вдоль слоев твердогоматериала

  

Для получения поля, близкого к однородному, диаметр нижнего электрода должен не менее чем в 3 раза превышать диаметр верхнего электрода. Больший из электродов соединяется с заземленным выводом обмотки высоковольтного тр-ра.

Определение Епр жидких диэлектриков производят в специальных ячейках, представляющих собой сосуд, в стенку которого вмонтированы полусферические электроды.

 

Измерение при 50 Гц с помощью испытательных установок:    

Измерение Uпр производится также и при постоянном напряжении. В этом случае используют схемы с выпрямлением, с умножителями напряжения.

Измеряют Uпр и при импульсном напряжении. Различают грозовые импульсы и коммутационные импульсы. Коммутационные импульсы могут быть как апериодическими, так и колебательные.

В качестве источников импульсов используются специальные генераторы импульсных напряжений (ГИН).

 

Проведение испытаний.

В основном используют две технологии: испытания производят при плавном или ступенчатом повышении напряжения. В обоих случаях первоначально определяют Uпр при плавном повышении напряжении. Скорость должна быть такой, чтобы пробой происходил через 10 - 20 с после начала подъема.

Если испытания производят при ступенчатом повышении напряжения, то вначале устанавливается 40% от Uпр. После этого напряжение поднимают ступенями по 10%, выдерживая на каждой ступени напряжение в течении 20 с.

Материалы можно разделить на два вида - восстанавливающие свой свойства после пробоя, и не восстанавливающие. В любом случае число пробоев должно быть не менее 5. При испытании жидкостей недопустимо нахождение пузырьков в пространстве между электродами.