Tangenta dielektrických ztrát, měření indexu dielektrických ztrát

Dielektrická ztráta je energie rozptýlená v izolačním materiálu pod vlivem elektrického pole na něj.

Schopnost dielektrika odvádět energii v elektrickém poli je obvykle charakterizována úhlem dielektrických ztrát, a tangens úhlové dielektrické ztráty... V testu se za dielektrikum považuje dielektrikum kondenzátoru, tzv. kapacita a úhel se měří. δ, doplňující fázový úhel mezi proudem a napětím v kapacitním obvodu na 90°. Tento úhel se nazývá úhel dielektrické ztráty.

Při střídavém napětí protéká izolací proud, který je ve fázi s přiloženým napětím pod úhlem ϕ (obr. 1), menším než 90 stupňů. e-mail pod malým úhlem δ, kvůli přítomnosti aktivního odporu.

Rýže. 1.Vektorový diagram proudů dielektrikem se ztrátami: U — napětí na dielektriku; I je celkový proud procházející dielektrikem; Ia, Ic — aktivní a kapacitní složka celkového proudu; ϕ je úhel fázového posunu mezi aplikovaným napětím a celkovým proudem; δ je úhel mezi celkovým proudem a jeho kapacitní složkou

Poměr aktivní složky proudu Ia ke kapacitní složce Ic se nazývá tangens úhlu dielektrické ztráty a vyjadřuje se v procentech:

V ideálním dielektriku beze ztrát je úhel δ = 0 a podle toho tan δ = 0. Smáčení a jiné defekty izolace způsobují zvýšení aktivní složky dielektrického ztrátového proudu a tgδ. Protože v tomto případě aktivní složka roste mnohem rychleji než kapacitní, indikátor tan δ odráží změnu izolačního stavu a ztráty v něm. S malým množstvím izolace je možné odhalit rozvinuté lokální a koncentrované vady.

Měření tangens dielektrických ztrát

Pro měření kapacity a úhlu dielektrické ztráty (nebo tgδ) je ekvivalentní obvod kondenzátoru reprezentován jako ideální kondenzátor s aktivním odporem zapojeným do série (sériový obvod) nebo jako ideální kondenzátor s aktivním odporem zapojeným paralelně (paralelní obvod). ).

Pro sériový obvod je činný výkon:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Pro paralelní obvod:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

kde B. — kapacita ideálního kondenzátoru, R — aktivní odpor.

Snímací úhel dielektrických ztrát obvykle nepřesahuje setiny nebo desetiny jednotky (proto úhel dielektrických ztrát obvykle vyjádřený v procentech), pak 1 + tg2δ≈ 1, a ztráty pro sériové a paralelní ekvivalentní obvody P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

Hodnota ztrát je úměrná druhé mocnině napětí a frekvence aplikované na dielektrikum, což je třeba vzít v úvahu při výběru elektroizolačních materiálů pro vysokonapěťová a vysokofrekvenční zařízení.

Se zvýšením napětí aplikovaného na dielektrikum na určitou hodnotu UО začíná ionizace plynných a kapalných inkluzí přítomných v dielektriku, zatímco δ se začíná prudce zvyšovat v důsledku dodatečných ztrát způsobených ionizací. Při U1 se plyn ionizuje a redukuje (obr. 2).

Rýže. 2. Ionizační křivka tgδ = f (U)

Střední tangens dielektrické ztráty měřený při napětích nižších než UО (typicky 3 – 10 kV) Napětí je zvoleno tak, aby usnadnilo zkušební zařízení při zachování dostatečné citlivosti přístroje.

Znamená tangens dielektrických ztrát (tgδ) normalizovaných pro teplotu 20 °C, proto by mělo být měření prováděno při teplotách blízkých normalizovaným (10 — 20 ОС). V tomto teplotním rozsahu je změna dielektrických ztrát malá a u některých typů izolací lze naměřenou hodnotu porovnat bez přepočtu s normalizovanou hodnotou pro 20 °C.

Aby se vyloučil vliv svodových proudů a vnějších elektrostatických polí na výsledky měření zkoušeného objektu a okolí měřicího obvodu, jsou instalována ochranná zařízení v podobě ochranných kroužků a clon.Přítomnost uzemněných stínění způsobuje rozptylové kapacity; pro kompenzaci jejich vlivu se obvykle používá metoda ochrany — napětí nastavitelné v hodnotě a fázi.

Jsou nejběžnější můstkové měřicí obvody kapacitní tangens a dielektrické ztráty.

Lokální vady způsobené vodivými můstky se nejlépe zjistí měřením stejnosměrného izolačního odporu. Měření tan δ se provádí pomocí AC můstků typu MD-16, P5026 (P5026M) nebo P595, což jsou v podstatě měřiče kapacity (Scheringův můstek). Schematické schéma mostu je na obr. 3.

V tomto schématu jsou určeny parametry izolační struktury odpovídající náhradnímu obvodu se sériovým zapojením bezztrátového kondenzátoru C a rezistoru R, pro který tan δ = ωRC, kde ω je úhlová frekvence sítě.

Proces měření spočívá ve vyrovnání (vyrovnání) můstkového obvodu postupným nastavováním odporu rezistoru a kapacity kondenzátorové skříně. Když je můstek v rovnováze, jak ukazuje měřicí zařízení P, je rovnost splněna. Pokud je hodnota kapacity C vyjádřena v mikrofaradech, pak při průmyslové frekvenci sítě f = 50 Hz budeme mít ω = 2πf = 100π a tedy tan δ% = 0,01πRC.

Schematický diagram můstku P525 je na Obr. 3.

Rýže. 3. Schéma střídavého měřicího můstku P525

Měření je možné pro napětí do 1 kV a nad 1 kV (3-10 kV), v závislosti na izolační třídě a kapacitě místa. Jako zdroj energie může sloužit transformátor pro měření napětí. Můstek se používá s externím vzduchovým kondenzátorem C0.Schematický diagram zařazení zařízení při měření tan δ je na Obr. 4.

Rýže. 4. Schéma zapojení zkušebního transformátoru při měření tečny úhlu dielektrických ztrát: S — spínač; TAB — nastavení autotransformátoru; SAC — Přepínač polarity pro testovací transformátor T

Používají se dva můstkové spínací obvody: tzv. normální nebo přímý, ve kterém je měřicí prvek P zapojen mezi jednu z elektrod zkoušené izolační konstrukce a zemí, a inverzní, kde je zapojen mezi elektrodu zkoušené konstrukce. objekt a vysokonapěťová svorka mostu. Normální obvod se používá, když jsou obě elektrody izolovány od země, obráceně - když je jedna z elektrod pevně spojena se zemí.

Je třeba mít na paměti, že v druhém případě budou jednotlivé prvky mostu pod plným zkušebním napětím. Měření je možné při napětí do 1 kV a nad 1 kV (3-10 kV), v závislosti na izolační třídě a kapacitě místa. Jako zdroj energie může sloužit transformátor pro měření napětí.

Můstek se používá s externím referenčním vzduchovým kondenzátorem. Most a potřebné vybavení jsou umístěny v těsné blízkosti zkušebního místa a je instalován plot. Vodič, který vede od zkušebního transformátoru T k modelovému kondenzátoru C, jakož i propojovací kabely můstku P, které jsou pod napětím, musí být od uzemněných předmětů odstraněny minimálně o 100-150 mm. regulační zařízení TAB ( LATR) musí být ve vzdálenosti minimálně 0,5 m od mostu.Můstek, pouzdro transformátoru a regulátoru, stejně jako jedna svorka sekundárního vinutí transformátoru, musí být uzemněny.

Indikátor tan δ se často měří v provozní oblasti rozváděče, a protože mezi zkoušeným objektem a prvky rozváděče je vždy kapacitní spojení, protéká zkoušeným objektem ovlivňující proud. Tento proud, který závisí na napětí a fázi ovlivňujícího napětí a celkové kapacitě spoje, může vést k nesprávnému posouzení izolačního stavu, zejména na objektech s malou kapacitou, zejména na průchodkách (do 1000-2000 pF).

Vyvažování můstku se provádí opakovaným seřizováním prvků můstkového obvodu a ochranného napětí, pro které je indikátor vyvážení zařazen buď do úhlopříčky nebo mezi stínítko a úhlopříčku. Můstek je považován za vyvážený, pokud jím neprochází žádný proud se současným zahrnutím indikátoru vyvážení.

V době vyvažování mostu

Gde f je frekvence střídavého proudu napájejícího obvod

°Cx = (R4 / Rx) Co

Konstantní odpor R4 je zvolen rovný 104/π Ω V tomto případě tgδ = C4, kde kapacita C4 je vyjádřena v mikrofaradech.

Pokud bylo měření provedeno s frekvencí f 'jinou než 50 Hz, pak tgδ = (f '/ 50) C4

Když se měření tangens dielektrické ztráty provádí na malých úsecích kabelu nebo vzorcích izolačních materiálů; vzhledem k jejich nízké kapacitě jsou nutné elektronové zesilovače (např. typu F-50-1 se ziskem cca 60).Všimněte si, že můstek bere v úvahu ztrátu v drátu spojujícím můstek s testovaným objektem a naměřená hodnota tangens dielektrické ztráty bude platnější při 2πfRzCx, kde Rz — odpor drátu.

Při měření podle schématu obráceného můstku jsou stavitelné prvky měřicího obvodu pod vysokým napětím, proto se seřízení prvků můstku provádí buď na dálku pomocí izolačních tyčí, nebo je obsluha umístěna ve společné obrazovce s měřením. Prvky.

Tangenta úhlu dielektrické ztráty transformátorů a elektrických strojů se měří mezi každým vinutím a krytem s uzemněnými volnými vinutími.

Efekty elektrického pole

Rozlišujte mezi elektrostatickými a elektromagnetickými účinky elektrického pole. Elektromagnetické vlivy jsou vyloučeny plným stíněním. Měřicí prvky jsou umístěny v kovovém pouzdře (např. můstky P5026 a P595). Elektrostatické vlivy jsou vytvářeny živými částmi rozváděčů a silových vedení. Ovlivňující vektor napětí může zaujímat libovolnou polohu vzhledem k vektoru zkušebního napětí.

Existuje několik způsobů, jak snížit vliv elektrostatických polí na výsledky měření tan δ:

• vypnutí napětí generujícího ovlivňující pole. Tato metoda je nejúčinnější, ale ne vždy použitelná z hlediska dodávek energie spotřebitelům;

• stažení zkušebního objektu z oblasti vlivu. Cíle je dosaženo, ale přeprava předmětu je nežádoucí a ne vždy možná;

• měření frekvence jiné než 50 Hz. Používá se zřídka, protože vyžaduje speciální vybavení;

• výpočetní metody pro vyloučení chyb;

• způsob kompenzace vlivů, při kterém je dosaženo vyrovnání vektorů zkušebního napětí a EMF ovlivněného pole.

Za tímto účelem je v obvodu regulace napětí zařazen fázový posuvník a při vypnutí testovaného objektu je dosaženo vyvážení můstku. Při absenci fázového regulátoru může být účinným opatřením napájení můstku z tohoto napětí třífázové soustavy (s přihlédnutím k polaritě), v takovém případě bude výsledek měření minimální. Často stačí provést měření čtyřikrát s různými polaritami zkušebního napětí a připojeným můstkovým galvanometrem; Používají se jak samostatně, tak pro zlepšení výsledků získaných jinými metodami.