Tangenta de pierdere dielectrică, măsurarea indicelui de pierdere dielectrică

Pierderea dielectrică este energia disipată într-un material izolator sub influența unui câmp electric asupra acestuia.

Capacitatea unui dielectric de a disipa energie într-un câmp electric este de obicei caracterizată printr-un unghi de pierderi dielectrice și o tangentă a unei pierderi dielectrice unghiulare... În test, dielectricul este considerat a fi dielectricul unui condensator, capacitatea și unghiul cărora se măsoară. δ, completând unghiul de fază între curent și tensiune în circuitul capacitiv la 90 °. Acest unghi se numește unghi de pierdere dielectrică.

Cu o tensiune alternativă, un curent curge în izolație, care este în fază cu tensiunea aplicată la un unghi ϕ (Fig. 1), mai mic de 90 de grade. e-mail la un unghi mic δ, datorită prezenței rezistenței active.

Orez. 1.Schema vectorială a curenților printr-un dielectric cu pierderi: U — tensiune pe dielectric; I este curentul total prin dielectric; Ia, Ic — componentele active și, respectiv, capacitive ale curentului total; ϕ este unghiul de defazare dintre tensiunea aplicată și curentul total; δ este unghiul dintre curentul total și componenta sa capacitivă

Raportul dintre componenta activă a curentului Ia și componenta capacitivă Ic se numește tangenta unghiului de pierdere dielectrică și se exprimă în procente:

Într-un dielectric ideal fără pierderi, unghiul δ = 0 și, în consecință, tan δ = 0. Udarea și alte defecte de izolație provoacă o creștere a componentei active a curentului de pierdere dielectric și tgδ. Deoarece în acest caz componenta activă crește mult mai repede decât cea capacitivă, indicatorul tan δ reflectă schimbarea stării de izolație și pierderile din aceasta. Cu o cantitate mică de izolație, este posibilă detectarea defectelor locale și concentrate dezvoltate.

Măsurarea tangentei pierderilor dielectrice

Pentru a măsura capacitatea și unghiul de pierdere dielectrică (sau tgδ), circuitul echivalent al unui condensator este reprezentat ca un condensator ideal cu o rezistență activă conectată în serie (circuit în serie) sau ca un condensator ideal cu o rezistență activă conectată în paralel (circuit paralel). ).

Pentru un circuit în serie, puterea activă este:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Pentru un circuit paralel:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

unde B. — capacitatea unui condensator ideal, R — rezistența activă.

Unghiul de percepție al pierderilor dielectrice de obicei nu depășește sutimi sau zecimi de unitate (prin urmare unghiul pierderilor dielectrice, de obicei exprimat ca procent), apoi 1 + tg2δ≈ 1, iar pierderile pentru circuitele echivalente în serie și paralele P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

Valoarea pierderilor este proporțională cu pătratul tensiunii și frecvenței aplicate dielectricului, de care trebuie luate în considerare la alegerea materialelor electroizolante pentru echipamentele de înaltă tensiune și înaltă frecvență.

Odată cu creșterea tensiunii aplicate dielectricului la o anumită valoare UО, începe ionizarea incluziunilor de gaz și lichid prezente în dielectric, în timp ce δ începe să crească brusc din cauza pierderilor suplimentare cauzate de ionizare. La U1, gazul este ionizat și redus (Fig. 2).

Orez. 2. Curba de ionizare tgδ = f (U)

Tangenta de pierdere dielectrică medie măsurată la tensiuni mai mici decât UО (de obicei 3 — 10 kV) Tensiunea este aleasă pentru a facilita dispozitivul de testare, menținând în același timp o sensibilitate suficientă a instrumentului.

Adică tangenta pierderilor dielectrice (tgδ) normalizată pentru o temperatură de 20 ° C, prin urmare măsurarea trebuie efectuată la temperaturi apropiate de cele normalizate (10 — 20 ОС). În acest interval de temperatură, modificarea pierderilor dielectrice este mică, iar pentru unele tipuri de izolație, valoarea măsurată poate fi comparată fără recalculare cu valoarea normalizată pentru 20 ° C.

Pentru a elimina influența curenților de scurgere și a câmpurilor electrostatice externe asupra rezultatelor măsurătorii obiectului testat și în jurul circuitului de măsurare, sunt instalate dispozitive de protecție sub formă de inele și ecrane de protecție.Prezența scuturilor împământate provoacă capacități parazite; pentru a compensa influența lor, se folosește de obicei metoda de protecție — tensiune reglabilă în valoare și fază.

Sunt cele mai comune circuite de măsurare a podurilor tangenta de capacitate si pierderi dielectrice.

Defectele locale cauzate de punțile conductoare sunt cel mai bine detectate prin măsurarea rezistenței de izolație DC. Măsurarea tan δ se realizează cu punți AC de tipurile MD-16, P5026 (P5026M) sau P595, care sunt în esență contoare de capacitate (punte Schering). O diagramă schematică a podului este prezentată în Fig. 3.

În această schemă se determină parametrii structurii de izolare corespunzători circuitului echivalent cu o conexiune în serie a unui condensator fără pierderi C și a unui rezistor R, pentru care tan δ = ωRC, unde ω este frecvența unghiulară a rețelei.

Procesul de măsurare constă în echilibrarea (echilibrarea) circuitului punții prin reglarea succesivă a rezistenței rezistenței și a capacității cutiei de condensatoare. Când puntea este în echilibru, așa cum este indicat de dispozitivul de măsurare P, egalitatea este satisfăcută. Dacă valoarea capacității C este exprimată în microfarad, atunci la frecvența industrială a rețelei f = 50 Hz vom avea ω = 2πf = 100π și deci tan δ% = 0,01πRC.

O diagramă schematică a podului P525 este prezentată în Fig. 3.

Orez. 3. Schema schematică a punții de măsurare AC P525

Măsurarea este posibilă pentru tensiuni de până la 1 kV și peste 1 kV (3-10 kV), în funcție de clasa de izolație și capacitatea amplasamentului. Un transformator de măsurare a tensiunii poate servi ca sursă de alimentare. Puntea este utilizată cu un condensator extern de aer C0.O diagramă schematică a includerii echipamentului la măsurarea tan δ este prezentată în Fig. 4.

Orez. 4. Schema de conectare a transformatorului de încercare la măsurarea tangentei unghiului de pierderi dielectrice: S — comutator; TAB — reglaj autotransformator; SAC — Comutator de polaritate pentru transformatorul de testare T

Sunt utilizate două circuite de comutare în punte: așa-numitul normal sau drept, în care elementul de măsurare P este conectat între unul dintre electrozii structurii izolatoare testate și pământ și inversat, unde este conectat între electrodul celui testat. obiect și borna de înaltă tensiune a podului. Circuitul normal este utilizat atunci când ambii electrozi sunt izolați de pământ, inversați - când unul dintre electrozi este ferm conectat la pământ.

Trebuie amintit că, în acest din urmă caz, elementele individuale ale podului vor fi sub tensiune de încercare completă. Măsurarea este posibilă la tensiuni de până la 1 kV și peste 1 kV (3-10 kV), în funcție de clasa de izolație și capacitatea amplasamentului. Un transformator de măsurare a tensiunii poate servi ca sursă de alimentare.

Puntea este utilizată cu un condensator extern de aer de referință. Podul și echipamentele necesare sunt amplasate în imediata apropiere a locului de testare și este instalat un gard. Firul care duce de la transformatorul de testare T la condensatorul model C, precum și cablurile de legătură ale punții P, care sunt sub tensiune, trebuie îndepărtate de obiectele împământate cu cel puțin 100-150 mm. Transformatorul T și acesta. dispozitivul de reglare TAB ( LATR) trebuie să fie la o distanță de cel puțin 0,5 m de pod.Podul, carcasele transformatorului și regulatorului, precum și o bornă a înfășurării secundare a transformatorului, trebuie să fie împământate.

Indicatorul tan δ este adesea măsurat în zona de comutație operațională și, deoarece există întotdeauna o conexiune capacitivă între obiectul de testat și elementele de comutație, curentul de influență trece prin obiectul de testat. Acest curent, care depinde de tensiunea și faza tensiunii de influență și de capacitatea totală a conexiunii, poate duce la o evaluare incorectă a stării de izolație, în special la obiectele cu o capacitate mică, în special bucșe (până la 1000-2000). pF).

Echilibrarea podului se face prin reglarea repetata a elementelor circuitului puntei si a tensiunii de protectie, pentru care indicatorul de echilibru este inclus fie in diagonala, fie intre ecran si diagonala. Podul este considerat echilibrat dacă nu trece curent prin ea cu includerea simultană a indicatorului de echilibru.

În momentul echilibrării podului

Gde f este frecvența curentului alternativ care alimentează circuitul

° Cx = (R4 / Rx) Co

Rezistența constantă R4 este aleasă egală cu 104/π Ω În acest caz tgδ = C4, unde capacitatea C4 este exprimată în microfarads.

Dacă măsurarea a fost făcută cu o frecvență f 'alta decât 50 Hz, atunci tgδ = (f '/ 50) C4

Când măsurarea tangentei pierderilor dielectrice se efectuează pe secțiuni mici de cablu sau mostre de materiale izolante; datorita capacitatii lor reduse sunt necesare amplificatoare electronice (de exemplu, de tip F-50-1 cu un castig de aproximativ 60).Rețineți că puntea ia în considerare pierderea în firul care conectează puntea la obiectul de testat, iar valoarea măsurată a tangentei pierderii dielectrice va fi mai valabilă la 2πfRzCx, unde Rz — rezistența firului.

Atunci când se măsoară conform unei scheme de punte inversată, elementele reglabile ale circuitului de măsurare sunt sub tensiune înaltă, prin urmare reglarea elementelor de punte se efectuează fie la distanță folosind tije izolatoare, fie operatorul este plasat într-un ecran comun cu măsurare. elemente.

Tangenta unghiului de pierdere dielectrică a transformatoarelor și mașinilor electrice se măsoară între fiecare înfășurare și carcasă cu înfășurări libere împământate.

Efectele câmpului electric

Distinge între efectele electrostatice și electromagnetice ale unui câmp electric. Influențele electromagnetice sunt excluse de ecranarea completă. Elementele de măsurare sunt plasate într-o carcasă metalică (de exemplu, punți P5026 și P595). Influențele electrostatice sunt create de părțile sub tensiune ale aparatului de distribuție și ale liniilor electrice. Vectorul de tensiune de influență poate ocupa orice poziție față de vectorul de tensiune de testare.

Există mai multe moduri de a reduce influența câmpurilor electrostatice asupra rezultatelor măsurătorilor tan δ:

• oprirea tensiunii care generează câmpul de influență. Această metodă este cea mai eficientă, dar nu întotdeauna aplicabilă în ceea ce privește furnizarea de energie a consumatorilor;

• retragerea obiectului de testat din zona de influență. Scopul este atins, dar transportul obiectului este nedorit și nu întotdeauna posibil;

• măsurând o altă frecvență decât 50 Hz. Este rar folosit deoarece necesită echipament special;

• metode de calcul pentru excluderea erorilor;

• o metodă de compensare a influențelor, în care se realizează o aliniere a vectorilor tensiunii de testare și a EMF a câmpului afectat.

În acest scop, în circuitul de reglare a tensiunii este inclus un defazator și, atunci când obiectul de testat este oprit, se realizează echilibrul punții. În absența unui regulator de fază, o măsură eficientă poate fi alimentarea podului de la această tensiune a sistemului trifazat (ținând cont de polaritate), caz în care rezultatul măsurării va fi minim. Este adesea suficient să se efectueze măsurarea de patru ori cu polarități diferite ale tensiunii de testare și un galvanometru în punte conectat; Ele sunt utilizate atât independent, cât și pentru a îmbunătăți rezultatele obținute prin alte metode.