Методические указания к выполнению лабораторных работ по теоретической электротехнике

Лабораторные по электротехнике
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ УТРОИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ
ЧАСТИЧНЫЕ ЕМКОСТИ В СИСТЕМЕ ПРОВОДНИКОВ
Доказать закон Ома с помощью эксперимента
 

Лабораторная работа 21

ЧАСТИЧНЫЕ ЕМКОСТИ В СИСТЕМЕ ПРОВОДНИКОВ

Цель работы – экспериментальное определение коэффициентов электростатической индукции и частичных емкостей трехжильного кабеля со свинцовой оболочкой.

1. Пояснения к работе

В системе проводников, расположенных вблизи проводящей поверхности, их заряды могут быть выражены через потенциалы с помощью коэффициентов электростатической индукции на основании уравнений:

 (1.1)

Однако заряды проводников иногда удобней выражать через разности потенциалов между ними с помощью частичных емкостей:

 (1.2)

Коэффициенты электростатической индукции и частичные емкости  могут быть определены экспериментально на основании измерений, вытекающих из уравнений (1.1) и (1.2).

В данной работе исследуется система проводников, представляющая собой трехжильный кабель с заземленной свинцовой оболочкой (рис. 21.1).

Собственные и взаимные коэффициенты электростатической индукции   и  измеряются с помощью схемы (рис. 21.2).

Собственный коэффициент электростатической индукции  согласно уравнениям (1.1) определяется отношением заряда -го проводника к потенциалу этого же проводника, если все остальные проводники, кроме -го, соединены с землей (их потенциалы равны нулю), а -й проводник заряжается от источника ЭДС до потенциала , т.е.

 (1.3)


Взаимный коэффициент электростатической индукции  определяется отношением заряда -го проводника к потенциалу -го проводника при тех же условиях.

 (1.4)

Следует иметь в виду, что все взаимные коэффициенты электростатической индукции отрицательны.

Взаимные частичные емкости равны взятым с обратным знаком соответствующим взаимным коэффициентам электростатической индукции

 (1.5)

Собственная частичная емкость  -го проводника равна алгебраической сумме всех коэффициентов электростатической индукции, имеющих индекс

 (1.6)

Собственные частичные емкости измеряются с помощью схемы рис. 23.3.

Согласно уравнениям (1.3) собственная частичная емкость -го проводника определяется отношением заряда данного проводника к его потенциалу, если все проводники системы (кабеля) соединены между собой () и заряжены с помощью источника ЭДС до потенциала   относительно земли:

 (1.7)

2. Порядок выполнения работы

2.1. Собрать схему рис.21.3 и с её помощью определить цену деления гальванометра (измерителя заряда), для чего использовать конденсатор известной емкости, соизмеримый с частичными емкостями кабеля
(порядка 2 мкФ), а источник ЭДС 10-15 В.

После зарядки конденсатора (через защитное сопротивление r) следует произвести его разряд через гальванометр Г.

Цена деления гальванометра :

 (2.1)

где - емкость конденсатора, Ф;

 - напряжение на обкладках конденсатора, В;

 - число делений, на которые отклонится стрелка гальванометра.

2.2. Собрать схему рис.21.2 и определить собственный коэффициент электростатической индукции . С этой целью при включенном рубильнике Р переключатель П поставить в положение I. Проводник 1 при этом заряжается до потенциала источника. Перебросив переключатель П в положение II, разрядить проводник 1 через гальванометр, что позволит, фиксируя отброс гальванометра (измерителя заряда), вычислить заряд проводника 1.

Поменяв местами проводники, подсоединенные к зажимам переключателя II, 1,2 и 4,5, аналогично определить коэффициент .

Таким образом, переключая проводники, подсоединенные к зажимам 1-6 переключателя II, измерить все собственные и взаимные коэффициенты электростатической индукции.

Каждый коэффициент измерить трижды.

Результаты измерений занести в табл. 21.1.

Таблица 21.1

Собственные и взаимные коэффициенты электростатической индукции трехжильного кабеля

Коэффициенты электростатической индукции

Отклонение гальванометра

Значение коэффициентов , мкФ

n1

n2

n3

nср

2.3. Вычислить значение всех коэффициентов  по формуле:

 (2.2)

2.4. Собрать схему рис. 21.4 для определения собственных частичных емкостей.


Поставить переключатель П в положение I и зарядить все проводники до напряжения источника. Затем, перебросив переключатель П в положение II, разрядить проводники, при этом проводник 1 будет разряжаться через гальванометр, что позволит вычислить его заряд и частичную емкость .

Поменяв местами проводники, подключенные к зажимам 1 и 2 щитка кабеля, снова перебрасываем переключатель П в положение I (заряд), а затем в положение II (разряд), при этом гальванометр измерит заряд второй жилы, что позволит рассчитать частичную емкость .

По сравнению с исходной схемой (рис.21.3) меняем местами проводники, подключенные к зажимам 1 и 3 щитка кабеля и снова перебрасываем переключатель П в положение I (заряд), а затем в положение II (разряд). При этом гальванометр измерит заряд третьего проводника, что позволит рассчитать частичную емкость .

Собственную частичную емкость измерить трижды.

Данные измерений занести в табл. 21.2.

Вычислить собственные частичные емкости по формуле:

 (2.3)

2.5. По найденным значениям коэффициентов электростатической индукции  (табл. 21.1) вычислить взаимные (1.5) и собственные (1.6) частичные емкости и занести их в табл.21.3.

Таблица 21.2

Экспериментальные значения собственных частичных емкостей трехжильного кабеля

Частичные емкости

Отклонение гальванометра

Экспериментальные значения частичных емкостей , мкФ

n1

n2

n3

nср

Таблица 21.3

Расчетные значения частичных емкостей трехжильного кабеля

, мкФ

, мкФ

, мкФ

, мкФ

, мкФ

, мкФ

Примечание

2.6. Сравнить результаты экспериментального и расчетного определения собственных частичных емкостей.

2.7. Вычислить рабочую емкость кабеля, приходящуюся на одну фазу, по формуле:
где  

3. Вопросы для самопроверки.

3.1. От каких параметров линии электропередачи зависят коэффициенты электростатической индукции?

3.2. Как измерить потенциал проводов относительно земли?

3.3. От чего зависят частичные емкости линий передач?

3.4. Начертите схемы включений частичных емкостей двух- и трех- проводных линий передач.

3.5. Как определить рабочую емкость двухпроводной линии?

3.6. Что понимать под рабочей емкостью трехфазной линии?

Решение задач по электротехнике