Тангенс на диелектрични загуби, измерване на индекса на диелектрични загуби

Диелектрични загуби се нарича енергията, разсейвана в изолационен материал под въздействието на електрическо поле върху него.

Способността на диелектрика да разсейва енергия в електрическо поле обикновено се характеризира с ъгъл на диелектрични загуби, и тангенс на ъгъл диелектрична загуба… При изпитването диелектрикът се счита за диелектрик на кондензатор, чийто капацитет и ъгъл се измерват. δ, допълвайки фазовия ъгъл между ток и напрежение в капацитивната верига до 90 °. Този ъгъл се нарича ъгъл на диелектрични загуби.

При променливо напрежение в изолацията протича ток, който е фаза пред приложеното напрежение под ъгъл ϕ (фиг. 1), по -малък от 90 градуса. електронна поща под малък ъгъл δ, поради наличието на активно съпротивление.

Ориз. 1. Векторна диаграма на токове през диелектрик със загуби: U — напрежение върху диелектрика; I е общият ток през диелектрика; Ia, Ic — съответно активни и капацитивни компоненти на общия ток; ϕ е ъгълът на фазово изместване между приложеното напрежение и общия ток; δ е ъгълът между общия ток и неговата капацитивна компонента

Съотношението на активния компонент на тока Ia към капацитивния компонент Ic се нарича тангенс на ъгъла на диелектрични загуби и се изразява като процент:

В идеален диелектрик без загуби ъгълът δ = 0 и съответно tan δ = 0. Овлажняването и други изолационни дефекти причиняват увеличаване на активния компонент на тока на диелектричните загуби и tgδ. Тъй като в този случай активният компонент расте много по -бързо от капацитивния, индикаторът tan δ отразява промяната в изолационното състояние и загубите в него. С малко количество изолация е възможно да се открият развити локални и концентрирани дефекти.

Измерване тангенс на диелектрични загуби

За измерване на капацитет и ъгъл на диелектрични загуби (или tgδ) еквивалентната верига на кондензатор е представена като идеален кондензатор с последователно свързано активно съпротивление (последователна верига) или като идеален кондензатор с паралелно свързано активно съпротивление (паралелна верига).

За последователна верига активната мощност е:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωСR

За паралелна верига:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

където В. — капацитет на идеален кондензатор;R — активна съпротива.

Смисъл ъгъл на диелектрични загуби обикновено не надвишава стотни или десети от единица (следователно ъгъл на диелектрични загуби обикновено изразено като процент), след това 1 + tg2δ≈ 1, и загуби за последователни и паралелни еквивалентни вериги Р = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

Стойността на загубите е пропорционална на квадрата на напрежението и честотата, приложени към диелектрика, което трябва да се вземе предвид при избора на електроизолационни материали за високо напрежение и високочестотно оборудване.

С увеличаване на напрежението, приложено към диелектрика до определена стойност UО започва йонизацията на газови и течни включвания, присъстващи в диелектрика, докато δ започва рязко да се увеличава поради допълнителни загуби, причинени от йонизация. При U1 газът се йонизира и намалява (фиг. 2).

Ориз. 2. Крива на йонизация tgδ = f (U)

Смисъл тангенс на диелектрични загуби измерени при напрежения по -ниски отUО(обикновено 3 — 10 kV).Напрежението се избира, за да се улесни изпитвателното устройство, като същевременно се поддържа достатъчна чувствителност на инструмента.

Смисъл тангента на диелектрични загуби (tgδ) нормализиран за температура 20 ° C, следователно измерването трябва да се извършва при температури, близки до нормализираните (10 — 20 ОС). В този температурен диапазон промяната в диелектричните загуби е малка и за някои видове изолация измерената стойност може да бъде сравнена без преизчисляване с нормализираната стойност за 20 ° C.

За да се елиминира влиянието на токовете на утечка и външните електростатични полета върху резултатите от измерванията на изпитвания обект и наоколо на измервателната верига са монтирани защитни устройства под формата на защитни пръстени и екрани. Наличието на заземени щитове причинява разсеяни капацитети; за компенсиране на тяхното влияние обикновено се използва защитният метод — напрежение, регулируемо по стойност и фаза.

Най -разпространени са мостови измервателни вериги тангенс на капацитет и диелектрични загуби.

Локалните дефекти, причинени от проводящи мостове, се откриват най -добре чрез измерване на изолационното съпротивление на DC. Измерването на tan δ се извършва с AC мостове от типове MD-16, P5026 (P5026M) или P595, които по същество са измерватели на капацитет (мост на Шеринг). Схематична диаграма на моста е показана на фиг. 3.

В тази схема се определят параметрите на изолационната конструкция, съответстващи на еквивалентната верига с последователно свързване на кондензатор без загуби С и резистор R, за който tan δ = ωRC, където ω е ъгловата честота на мрежата.

Процесът на измерване се състои в балансиране (балансиране) на мостовата верига чрез последователно регулиране на съпротивлението на резистора и капацитета на кутията на кондензатора. Когато мостът е в равновесие, което се показва от измервателното устройство P, равенството е изпълнено. Ако стойността на капацитета C е изразена в микрофарада, тогава при индустриалната честота на мрежата f = 50 Hz ще имаме ω = 2πf = 100π и следователно tan δ% = 0.01πRC.

NSСхематична диаграма на моста P525 е показана на фиг. 3.

Ориз. 3. Схематична диаграма на измервателния мост на променлив ток P525

Измерването е възможно за напрежения до 1 kV и над 1 kV (3-10 kV), в зависимост от изолационния клас и капацитета на обекта. Трансформатор за измерване на напрежение може да служи като източник на енергия. Мостът се използва с външен въздушен кондензатор C0. Схематична диаграма на включване на оборудването при измерване на tan δ е показана на фиг. 4.

Ориз. 4. Схема на свързване на изпитвателния трансформатор при измерване на тангента на ъгъла на диелектрични загуби: S — превключвател; TAB — регулиране на автотрансформатора; SAC — превключвател за полярност за изпитателен трансформатор T

Използват се две мостови комутационни вериги: така наречената нормална или права, при която измервателният елемент P е свързан между един от електродите на тестваната изолационна конструкция и земята, и обърнат, където е свързан между електрода на изпитвания обект и терминала за високо напрежение на моста. Нормалната верига се използва, когато и двата електрода са изолирани от земята, обърнати — когато един от електродите е плътно свързан към земята.

Трябва да се помни, че в последния случай отделните елементи на моста ще бъдат под пълно изпитвателно напрежение. Измерването е възможно при напрежения до 1 kV и над 1 kV (3-10 kV), в зависимост от изолационния клас и капацитета на обекта. Трансформатор за измерване на напрежение може да служи като източник на енергия.

Мостът се използва с външен референтен въздушен кондензатор. Мостът и необходимото оборудване се поставят в непосредствена близост до изпитвания обект и се монтира ограда. Проводникът, който води от изпитвателния трансформатор Т към моделния кондензатор С, както и свързващите кабели на моста Р, които са под напрежение, трябва да бъдат отстранени от заземени обекти с най-малко 100-150 мм.Трансформаторът Т и неговото регулиращо устройство TAB (LATR) трябва да са на разстояние поне 0,5 м от моста. Корпусите на моста, трансформатора и регулиращото устройство, както и един извод на вторичната намотка на трансформатора, трябва да бъдат заземени.

Индикаторът tan δ често се измерва в зоната на експлоатационната разпределителна уредба и тъй като между изпитвания обект и елементите на разпределителната уредба винаги има капацитивна връзка, влияещият ток протича през изпитвания обект. Този ток, който зависи от напрежението и фазата на влияещото напрежение и общия капацитет на свързването, може да доведе до неправилна оценка на изолационното състояние, особено на обекти с малък капацитет, по-специално втулки (до 1000-2000 pF) .

Балансирането на моста се извършва чрез многократно регулиране на елементите на мостовата верига и защитното напрежение, за което индикаторът за баланс е включен или в диагонала, или между екрана и диагонала. Мостът се счита за балансиран, ако през него няма ток с едновременно включване на индикатора за баланс.

В момента на балансиране на моста

Gde f е честотата на променливия ток, захранващ веригата

° Сx = (R4 / Rx) Co

Постоянен съпротивление R4 е избрано равно на 104/π Ом В този случай tgδ = C4, където капацитетът C4 е изразен в микрофарада.

Ако измерването е извършено с честота f ‘освен 50Hz, тогава tgδ = (f ‘/ 50) C4

Когато измерването тангенс на диелектрични загуби Произвежда се върху малки участъци от кабел или проби от изолационни материали; поради ниския им капацитет са необходими електронни усилватели (например от тип F-50-1 с усилване около 60). Обърнете внимание, че мостът отчита загубата в проводника, свързващ моста с обекта за изпитване, и измерената стойност тангенс на диелектрични загуби ще бъде по -валидно на 2πfRzCx, където Rz — съпротивление на проводника.

При измерване съгласно обърната схема на моста, регулируемите елементи на измервателната верига са под високо напрежение, поради което регулирането на мостовите елементи се извършва или на разстояние с помощта на изолационни пръти, или операторът се поставя в общ екран с измервателни елементи.

Тангенсът на ъгъла на диелектрични загуби на трансформатори и електрически машини се измерва между всяка намотка и корпуса със заземени свободни намотки.

Ефекти на електрическото поле

Правете разлика между електростатични и електромагнитни ефекти на електрическо поле. Електромагнитните влияния се изключват чрез пълно екраниране. Измервателните елементи се поставят в метален корпус (например мостове P5026 и P595). Електростатични влияния се създават от части под напрежение на разпределителни устройства и електропроводи. Векторът на влияещото напрежение може да заеме всяка позиция по отношение на вектора на изпитвателното напрежение.

Има няколко начина за намаляване на влиянието на електростатичните полета върху резултатите от измерванията tan δ:

• изключване на напрежението, генериращо влияещото поле. Този метод е най -ефективният, но не винаги приложим по отношение на енергийното снабдяване на потребителите;

• изтегляне на тествания обект от зоната на влияние. Целта е постигната, но транспортирането на обекта е нежелателно и не винаги е възможно;

• измерване на честота, различна от 50 Hz. Използва се рядко, тъй като изисква специално оборудване;

• изчислителни методи за изключване на грешки;

• метод за компенсиране на влияния, при който се постига подравняване на векторите на изпитвателното напрежение и ЕМП на въздействащото поле.

За тази цел във веригата за регулиране на напрежението е включен фазов регулатор и, когато обектът за изпитване е изключен, балансът на моста се постига. При липса на фазов регулатор, ефективна мярка може да бъде захранването на моста от това напрежение на трифазната система (като се вземе предвид полярността), при което резултатът от измерването ще бъде минимален. Често е достатъчно да се извърши измерването четири пъти при различни полярности на изпитвателното напрежение и свързан галванометър на моста; Те се използват както независимо, така и за подобряване на резултатите, получени по други методи.