Tangens dielektrične izgube, merjenje indeksa dielektrične izgube

Dielektrična izguba je energija, ki se razprši v izolacijskem materialu pod vplivom električnega polja nanj.

Sposobnost dielektrika, da razprši energijo v električnem polju, je običajno označena s kotom dielektričnih izgub in tangensom kota dielektričnih izgub ... Pri preskusu se dielektrik šteje za dielektrik kondenzatorja, kapacitivnost in kot se merita. δ, ki dopolnjuje fazni kot med tokom in napetostjo v kapacitivnem vezju na 90 °. Ta kot se imenuje kot dielektričnih izgub.

Pri izmenični napetosti v izolaciji teče tok, ki je v fazi s privedeno napetostjo pod kotom ϕ (slika 1), manjšim od 90 stopinj. e-pošte pod majhnim kotom δ, zaradi prisotnosti aktivnega upora.

riž. 1.Vektorski diagram tokov skozi dielektrik z izgubami: U — napetost na dielektriku; I je skupni tok skozi dielektrik; Ia, Ic - aktivne in kapacitivne komponente skupnega toka; ϕ je kot faznega premika med uporabljeno napetostjo in skupnim tokom; δ je kot med skupnim tokom in njegovo kapacitivno komponento

Razmerje med aktivno komponento toka Ia in kapacitivno komponento Ic se imenuje tangens kota dielektrične izgube in je izražen v odstotkih:

V idealnem dielektriku brez izgub je kot δ = 0 in s tem tan δ = 0. Močenje in druge izolacijske napake povzročijo povečanje aktivne komponente toka dielektrične izgube in tgδ. Ker v tem primeru aktivna komponenta raste veliko hitreje od kapacitivne, indikator tan δ odraža spremembo stanja izolacije in izgube v njej. Z majhno količino izolacije je mogoče zaznati razvite lokalne in koncentrirane napake.

Merjenje tangensa dielektrične izgube

Za merjenje kapacitivnosti in dielektričnega izgubnega kota (ali tgδ) je ekvivalentno vezje kondenzatorja predstavljeno kot idealni kondenzator z zaporedno povezanim aktivnim uporom (zaporedno vezje) ali kot idealni kondenzator z aktivnim uporom, povezanim vzporedno (vzporedno vezje ).

Za serijsko vezje je aktivna moč:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Za vzporedno vezje:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

kjer je B. - kapacitivnost idealnega kondenzatorja R - aktivni upor.

Kot zaznavanja dielektričnih izgub običajno ne presega stotink ali desetink enote (zato je kot dielektričnih izgub običajno izražen v odstotkih), nato pa 1 + tg2δ≈ 1, izgube za zaporedna in vzporedna ekvivalentna vezja P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

Vrednost izgub je sorazmerna s kvadratom napetosti in frekvence, ki se uporablja za dielektrik, kar je treba upoštevati pri izbiri električnih izolacijskih materialov za visokonapetostno in visokofrekvenčno opremo.

S povečanjem napetosti, ki se uporablja za dielektrik na določeno vrednost UО, se začne ionizacija plinskih in tekočih vključkov, prisotnih v dielektriku, medtem ko se δ začne močno povečevati zaradi dodatnih izgub, ki jih povzroča ionizacija. Pri U1 je plin ioniziran in reduciran (slika 2).

riž. 2. Ionizacijska krivulja tgδ = f (U)

Srednji tangens dielektrične izgube, izmerjen pri napetostih, nižjih od UО (običajno 3–10 kV).Napetost je izbrana tako, da olajša preskusno napravo, hkrati pa ohranja zadostno občutljivost instrumenta.

To pomeni, da je tangens dielektričnih izgub (tgδ) normaliziran za temperaturo 20 ° C, zato je treba meritve izvajati pri temperaturah, ki so blizu normaliziranim (10 - 20 ОС). V tem temperaturnem območju je sprememba dielektričnih izgub majhna, pri nekaterih vrstah izolacije pa je mogoče izmerjeno vrednost brez ponovnega izračuna primerjati z normalizirano vrednostjo za 20 °C.

Za odpravo vpliva uhajalnih tokov in zunanjih elektrostatičnih polj na merilne rezultate preizkušanca in okoli merilnega kroga so nameščene zaščitne naprave v obliki zaščitnih obročev in zaslonov.Prisotnost ozemljenih oklopov povzroča blodeče kapacitivnosti; za kompenzacijo njihovega vpliva se običajno uporablja zaščitna metoda - napetost, nastavljiva po vrednosti in fazi.

Najpogostejši so mostična merilna vezja tangens kapacitivnosti in dielektrične izgube.

Lokalne napake, ki jih povzročajo prevodni mostovi, je najbolje odkriti z merjenjem izolacijske upornosti enosmernega toka. Merjenje tan δ se izvaja z AC mostovi tipov MD-16, P5026 (P5026M) ali P595, ki so v bistvu merilniki kapacitivnosti (Scheringov most). Shematski diagram mostu je prikazan na sl. 3.

V tej shemi so določeni parametri izolacijske strukture, ki ustrezajo ekvivalentnemu vezju z zaporedno povezavo brezizgubnega kondenzatorja C in upora R, za katerega je tan δ = ωRC, kjer je ω kotna frekvenca omrežja.

Postopek merjenja je sestavljen iz uravnoteženja (uravnoteževanja) mostnega vezja z zaporedno prilagoditvijo upora upora in kapacitivnosti kondenzatorske škatle. Ko je most v ravnovesju, kot kaže merilna naprava P, je enakost izpolnjena. Če je vrednost kapacitivnosti C izražena v mikrofaradih, potem bomo imeli pri industrijski frekvenci omrežja f = 50 Hz ω = 2πf = 100π in torej tan δ% = 0,01πRC.

Shematski diagram mostu P525 je prikazan na sl. 3.

riž. 3. Shema AC merilnega mostu P525

Merjenje je možno za napetosti do 1 kV in nad 1 kV (3-10 kV), odvisno od razreda izolacije in zmogljivosti lokacije. Kot vir energije lahko služi napetostni merilni transformator. Most se uporablja z zunanjim zračnim kondenzatorjem C0.Shematski diagram vključitve opreme pri merjenju tan δ je prikazan na sl. 4.

riž. 4. Priključni diagram preskusnega transformatorja pri merjenju tangensa kota dielektričnih izgub: S - stikalo; TAB - nastavitev avtotransformatorja; SAC — stikalo polarnosti za preskusni transformator T

Uporabljata se dve premostitveni vezji: tako imenovani normalni ali ravni, pri katerem je merilni element P priključen med eno od elektrod preskušane izolacijske konstrukcije in maso, ter obrnjeni, kjer je priključen med elektrodo preskušane objekta in visokonapetostnega terminala mostu. Normalno vezje se uporablja, ko sta obe elektrodi izolirani od tal, obrnjeno - ko je ena od elektrod trdno povezana z zemljo.

Ne smemo pozabiti, da bodo v slednjem primeru posamezni elementi mostu pod polno preskusno napetostjo. Meritve so možne pri napetostih do 1 kV in nad 1 kV (3-10 kV), odvisno od izolacijskega razreda in zmogljivosti lokacije. Kot vir energije lahko služi napetostni merilni transformator.

Most se uporablja z zunanjim referenčnim zračnim kondenzatorjem. Most in potrebna oprema se postavi v neposredno bližino poligona in postavi ograjo. Žica, ki vodi od preskusnega transformatorja T do modelnega kondenzatorja C, kot tudi priključni kabli mostu P, ki so pod napetostjo, morajo biti odmaknjeni od ozemljenih predmetov za najmanj 100-150 mm.Transformator T in njegov regulacijska naprava TAB ( LATR) mora biti od mostu oddaljena najmanj 0,5 m.Ohišja mostička, transformatorja in regulatorja ter en priključek sekundarnega navitja transformatorja morajo biti ozemljeni.

Indikator tan δ se pogosto meri v delovnem območju stikalne naprave, in ker med preskusnim objektom in elementi stikalne naprave vedno obstaja kapacitivna povezava, vplivni tok teče skozi preskusni objekt. Ta tok, ki je odvisen od napetosti in faze vplivne napetosti ter skupne kapacitivnosti priključka, lahko privede do napačne ocene stanja izolacije, še posebej pri predmetih z majhno kapacitivnostjo, zlasti pušah (do 1000-2000 pF).

Balansiranje mostu se izvede z večkratnim prilagajanjem elementov mostnega vezja in zaščitne napetosti, za kar je indikator uravnoteženosti vključen bodisi v diagonalo ali med zaslonom in diagonalo. Most se šteje za uravnotežen, če skozi njega ni toka s hkratno vključitvijo indikatorja ravnotežja.

V času uravnoteženja mostu

Gde f je frekvenca izmeničnega toka, ki napaja vezje

° Cx = (R4 / Rx) Co

Konstantni upor R4 je izbran enak 104/π Ω. V tem primeru je tgδ = C4, kjer je kapacitivnost C4 izražena v mikrofaradih.

Če je bila meritev izvedena s frekvenco f ', ki ni 50 Hz, potem je tgδ = (f '/ 50) C4

Kadar se meritev tangensa dielektrične izgube izvaja na majhnih odsekih kabla ali vzorcih izolacijskih materialov; zaradi majhne zmogljivosti so potrebni elektronski ojačevalniki (na primer tipa F-50-1 z ojačenjem približno 60).Upoštevajte, da most upošteva izgubo v žici, ki povezuje most s preskusnim predmetom, in izmerjena vrednost tangensa dielektrične izgube bo bolj veljavna pri 2πfRzCx, kjer je Rz upor žice.

Pri merjenju po obrnjeni mostični shemi so nastavljivi elementi merilnega vezja pod visoko napetostjo, zato se nastavitev mostičnih elementov izvaja bodisi na daljavo z izolacijskimi palicami bodisi je operater postavljen v skupni zaslon z merilnim elementi.

Tangens kota dielektrične izgube transformatorjev in električnih strojev se meri med vsakim navitjem in ohišjem z ozemljenimi prostimi navitji.

Učinki električnega polja

Razlikovati med elektrostatičnimi in elektromagnetnimi učinki električnega polja. Elektromagnetni vplivi so izključeni s popolno zaščito. Merilni elementi so nameščeni v kovinskem ohišju (npr. mostička P5026 in P595). Elektrostatične vplive povzročajo deli stikalnih naprav in daljnovodov pod napetostjo. Vplivni napetostni vektor lahko zavzame kateri koli položaj glede na testni napetostni vektor.

Obstaja več načinov za zmanjšanje vpliva elektrostatičnih polj na rezultate meritev tan δ:

• izklop napetosti, ki ustvarja vplivno polje. Ta metoda je najučinkovitejša, vendar ni vedno uporabna v smislu oskrbe potrošnikov z energijo;

• umik testnega predmeta iz območja vpliva. Cilj je dosežen, vendar je prevoz predmeta nezaželen in ni vedno mogoč;

• merjenje frekvence, ki ni 50 Hz. Uporablja se redko, ker zahteva posebno opremo;

• računske metode za izključitev napak;

• metoda kompenzacije vplivov, pri kateri se doseže poravnava vektorjev preskusne napetosti in EMF prizadetega polja.

V ta namen je v tokokrog za regulacijo napetosti vključen fazni premik in pri izklopljenem preizkušancu se doseže ravnovesje mostu. V odsotnosti faznega regulatorja je lahko učinkovit ukrep napajanje mostu iz te napetosti trifaznega sistema (ob upoštevanju polarnosti), v tem primeru bo rezultat meritve minimalen. Pogosto zadošča štirikratna izvedba meritve z različnimi polaritetami preskusne napetosti in priključenim mostnim galvanometrom; Uporabljajo se samostojno in za izboljšanje rezultatov, pridobljenih z drugimi metodami.