Dielektrisk förlusttangens, dielektrisk förlustindexmätning

Dielektrisk förlust är den energi som försvinner i ett isolerande material under påverkan av ett elektriskt fält på det.

Förmågan hos ett dielektrikum att avleda energi i ett elektriskt fält kännetecknas vanligtvis av en vinkel av dielektriska förluster, och en tangent av en vinkel dielektrisk förlust... I testet anses dielektrikumet vara dielektrikumet i en kondensator, kapacitans och vinkel mäts. δ, som kompletterar fasvinkeln mellan ström och spänning i den kapacitiva kretsen till 90 °. Denna vinkel kallas den dielektriska förlustvinkeln.

Med en växelspänning flyter en ström i isoleringen, som är i fas med den pålagda spänningen i en vinkel ϕ (Fig. 1), mindre än 90 grader. e-post i en liten vinkel δ, på grund av närvaron av aktivt motstånd.

Ris. 1.Vektordiagram över strömmar genom ett dielektrikum med förluster: U — spänning på dielektrikumet; I är den totala strömmen genom dielektrikumet; Ia, Ic — aktiva respektive kapacitiva komponenter av den totala strömmen; ϕ är fasförskjutningsvinkeln mellan den pålagda spänningen och den totala strömmen; δ är vinkeln mellan den totala strömmen och dess kapacitiva komponent

Förhållandet mellan den aktiva komponenten av strömmen Ia och den kapacitiva komponenten Ic kallas tangenten för den dielektriska förlustvinkeln och uttrycks i procent:

I ett idealiskt dielektrikum utan förluster är vinkeln δ = 0 och följaktligen tan δ = 0. Vätning och andra isolationsdefekter orsakar en ökning av den aktiva komponenten av den dielektriska förlustströmmen och tgδ. Eftersom i detta fall den aktiva komponenten växer mycket snabbare än den kapacitiva, reflekterar tan δ-indikatorn förändringen i isoleringstillståndet och förlusterna i det. Med en liten mängd isolering är det möjligt att upptäcka utvecklade lokala och koncentrerade defekter.

Tangentmätning av dielektrisk förlust

För att mäta kapacitans och dielektrisk förlustvinkel (eller tgδ) representeras den ekvivalenta kretsen för en kondensator som en ideal kondensator med ett aktivt motstånd kopplat i serie (seriekrets) eller som en ideal kondensator med ett aktivt motstånd parallellkopplat (parallell krets ).

För en seriekrets är den aktiva effekten:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

För en parallellkrets:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

där B. — kapacitans för en ideal kondensator, R — aktivt motstånd.

Avkänningsvinkeln för dielektriska förluster överstiger vanligtvis inte hundradelar eller tiondelar av enhet (därför vinkeln för dielektriska förluster vanligtvis uttryckt i procent), sedan 1 + tg2δ≈ 1, och förluster för serie- och parallella ekvivalenta kretsar P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

Värdet på förlusterna är proportionellt mot kvadraten av spänningen och frekvensen som appliceras på dielektrikumet, vilket måste beaktas vid val av elektriska isoleringsmaterial för högspännings- och högfrekvent utrustning.

Med en ökning av spänningen som appliceras på dielektrikumet till ett visst värde UО, börjar joniseringen av gas- och vätskeinneslutningar som finns i dielektrikumet, medan δ börjar öka kraftigt på grund av ytterligare förluster orsakade av jonisering. Vid U1 joniseras och reduceras gasen (fig. 2).

Ris. 2. Joniseringskurva tgδ = f (U)

Genomsnittlig tangens för dielektrisk förlust mätt vid spänningar lägre än UО (vanligtvis 3 - 10 kV) Spänningen väljs för att underlätta testanordningen samtidigt som tillräcklig instrumentkänslighet bibehålls.

Det betyder tangenten för dielektriska förluster (tgδ) normaliserad för en temperatur på 20 ° C, därför bör mätningen utföras vid temperaturer nära de normaliserade (10 - 20 ОС). I detta temperaturområde är förändringen i dielektriska förluster liten, och för vissa typer av isolering kan det uppmätta värdet jämföras utan omräkning med det normaliserade värdet för 20 ° C.

För att eliminera påverkan av läckströmmar och externa elektrostatiska fält på mätresultaten av testobjektet och runt mätkretsen, installeras skyddsanordningar i form av skyddsringar och skärmar.Närvaron av jordade sköldar orsakar strökapacitanser; för att kompensera för deras inflytande används vanligtvis skyddsmetoden — spänning justerbar i värde och fas.

De är de vanligaste bromätkretsar kapacitanstangens och dielektriska förluster.

Lokala defekter orsakade av ledande bryggor upptäcks bäst genom att mäta DC-isolationsresistansen. Mätningen av tan δ utförs med AC-bryggor av typerna MD-16, P5026 (P5026M) eller P595, som i huvudsak är kapacitansmätare (Schering-brygga). Ett schematiskt diagram av bron visas i fig. 3.

I detta schema bestäms parametrarna för isoleringsstrukturen som motsvarar den ekvivalenta kretsen med en seriekoppling av en förlustfri kondensator C och ett motstånd R, för vilket tan δ = ωRC, där ω är nätverkets vinkelfrekvens.

Mätningsprocessen består i att balansera (balansera) bryggkretsen genom att successivt justera motståndet för motståndet och kondensatorlådans kapacitans. När bryggan är i jämvikt, vilket indikeras av mätanordningen P, är jämlikheten uppfylld. Om värdet på kapacitansen C uttrycks i mikrofarader, kommer vi vid nätverkets industriella frekvens f = 50 Hz att ha ω = 2πf = 100π och därför tan δ% = 0,01πRC.

Ett schematiskt diagram över P525-bron visas i fig. 3.

Ris. 3. Schematisk bild av AC-mätbryggan P525

Mätning är möjlig för spänningar upp till 1 kV och över 1 kV (3-10 kV), beroende på platsens isoleringsklass och kapacitet. En spänningsmätande transformator kan fungera som en strömkälla. Bryggan används med en extern luftkondensator C0.Ett schematiskt diagram över inkluderingen av utrustningen vid mätning av tan δ visas i fig. 4.

Ris. 4. Anslutningsschema för testtransformatorn vid mätning av tangenten för vinkeln för dielektriska förluster: S — omkopplare; TAB — Autotransformatorjustering; SAC — Polaritetsomkopplare för testtransformator T

Två bryggkopplingskretsar används: den så kallade normala eller raka, där mätelementet P är anslutet mellan en av elektroderna i den testade isoleringsstrukturen och marken, och inverterat, där det är anslutet mellan elektroden på den testade objekt och brons högspänningsterminal. Den normala kretsen används när båda elektroderna är isolerade från marken, omvänd - när en av elektroderna är ordentligt ansluten till marken.

Man måste komma ihåg att i det senare fallet kommer de enskilda delarna av bron att vara under full provspänning. Mätning är möjlig vid spänningar upp till 1 kV och över 1 kV (3-10 kV), beroende på platsens isoleringsklass och kapacitet. En spänningsmätande transformator kan fungera som en strömkälla.

Bryggan används med en extern referensluftkondensator. Bron och nödvändig utrustning placeras i nära anslutning till provplatsen och ett staket sätts upp. Ledningen som leder från testtransformatorn T till modellkondensatorn C, samt anslutningskablarna till bryggan P, som är under spänning, måste avlägsnas från jordade föremål med minst 100-150 mm.. Transformatorn T och dess regleranordning TAB ( LATR) ska finnas på ett avstånd av minst 0,5 m från bron.Bryggan, transformatorn och regulatorhusen, samt en terminal på transformatorns sekundärlindning, måste vara jordade.

Indikatorn tan δ mäts ofta i det operativa ställverksområdet, och eftersom det alltid finns en kapacitiv förbindelse mellan testobjektet och ställverkselementen flyter den påverkande strömmen genom testobjektet. Denna ström, som beror på spänningen och fasen för påverkansspänningen och anslutningens totala kapacitans, kan leda till en felaktig bedömning av isoleringsförhållandet, särskilt på föremål med liten kapacitans, i synnerhet bussningar (upp till 1000-2000) pF).

Balansering av bryggan görs genom att upprepade gånger justera elementen i bryggkretsen och skyddsspänningen, för vilken balansindikatorn ingår antingen i diagonalen eller mellan skärmen och diagonalen. Bryggan anses vara balanserad om det inte finns någon ström genom den samtidigt som balansindikatorn inkluderas.

Vid tidpunkten för brobalansering

Gde f är frekvensen för den växelström som försörjer kretsen

° Cx = (R4 / Rx) Co

Konstant motstånd R4 väljs lika med 104/π Ω I detta fall tgδ = C4, där kapacitansen C4 uttrycks i mikrofarader.

Om mätningen gjordes med en annan frekvens f ' än 50Hz, då tgδ = (f '/ 50) C4

När den dielektriska förlusttangensmätningen utförs på små sektioner av kabel eller prover av isoleringsmaterial; på grund av sin låga kapacitet är elektroniska förstärkare nödvändiga (till exempel av typen F-50-1 med en förstärkning på cirka 60).Observera att bryggan tar hänsyn till förlusten i tråden som förbinder bryggan med testobjektet, och det uppmätta tangensvärdet för dielektrisk förlust kommer att vara mer giltigt vid 2πfRzCx, där Rz — trådens motstånd.

Vid mätning enligt ett inverterat broschema är mätkretsens justerbara element under hög spänning, därför utförs justeringen av broelementen antingen på avstånd med hjälp av isolerande stänger, eller så placeras operatören i en gemensam skärm med mätning element.

Tangensen för den dielektriska förlustvinkeln för transformatorer och elektriska maskiner mäts mellan varje lindning och huset med jordade fria lindningar.

Elektriska fälteffekter

Skilja mellan elektrostatiska och elektromagnetiska effekter av ett elektriskt fält. Elektromagnetisk påverkan utesluts av full avskärmning. Mätelementen är placerade i ett metallhölje (t.ex. broarna P5026 och P595). Elektrostatisk påverkan skapas av spänningsförande delar av ställverk och kraftledningar. Den påverkande spänningsvektorn kan inta vilken position som helst med avseende på testspänningsvektorn.

Det finns flera sätt att minska påverkan av elektrostatiska fält på resultaten av tan δ-mätningar:

• stänga av spänningen som genererar påverkansfältet. Denna metod är den mest effektiva, men inte alltid tillämpbar när det gäller energiförsörjning till konsumenter;

• dra tillbaka testobjektet från påverkansområdet. Målet är uppnått, men att transportera föremålet är oönskat och inte alltid möjligt;

• mäter en annan frekvens än 50 Hz. Det används sällan eftersom det kräver specialutrustning;

• beräkningsmetoder för uteslutning av fel;

• en metod för kompensation av påverkan, där en inriktning av vektorerna för testspänningen och EMF för det påverkade fältet uppnås.

För detta ändamål ingår en fasförskjutare i spänningsregleringskretsen och, när testobjektet är avstängt, uppnås bryggbalansen. I avsaknad av fasregulator kan en effektiv åtgärd vara att försörja bryggan från denna spänning i trefassystemet (med hänsyn till polariteten), i vilket fall mätresultatet blir minimalt. Det räcker ofta att utföra mätningen fyra gånger med olika polariteter av testspänningen och en brygggalvanometer ansluten; De används både oberoende och för att förbättra resultaten som erhålls med andra metoder.