Dielektrisk taptangent, dielektrisk tapsindeksmåling

Dielektrisk tap er energien som spres i et isolerende materiale under påvirkning av et elektrisk felt på det.

Evnen til et dielektrikum til å spre energi i et elektrisk felt er vanligvis preget av en vinkel med dielektriske tap, og en tangens til et vinkeldielektrisk tap... I testen anses dielektrikumet for å være dielektrikumet til en kondensator, kapasitans og vinkel som måles. δ, som komplementerer fasevinkelen mellom strøm og spenning i den kapasitive kretsen til 90 °. Denne vinkelen kalles den dielektriske tapsvinkelen.

Med en vekselspenning flyter det en strøm i isolasjonen som er i fase med den påførte spenningen i en vinkel ϕ (fig. 1), mindre enn 90 grader. e-post i en liten vinkel δ, på grunn av tilstedeværelsen av aktiv motstand.

Ris. 1.Vektordiagram av strømmer gjennom et dielektrikum med tap: U — spenning på dielektrikumet; I er den totale strømmen gjennom dielektrikumet; Ia, Ic — aktive og kapasitive komponenter av den totale strømmen, henholdsvis; ϕ er faseforskyvningsvinkelen mellom den påtrykte spenningen og den totale strømmen; δ er vinkelen mellom den totale strømmen og dens kapasitive komponent

Forholdet mellom den aktive komponenten av strømmen Ia og den kapasitive komponenten Ic kalles tangenten til den dielektriske tapsvinkelen og uttrykkes som en prosentandel:

I et ideelt dielektrikum uten tap er vinkelen δ = 0 og følgelig tan δ = 0. Fukting og andre isolasjonsdefekter forårsaker en økning i den aktive komponenten av den dielektriske tapsstrømmen og tgδ. Siden i dette tilfellet vokser den aktive komponenten mye raskere enn den kapasitive, reflekterer tan δ-indikatoren endringen i isolasjonstilstanden og tapene i den. Med en liten mengde isolasjon er det mulig å oppdage utviklede lokale og konsentrerte defekter.

Tangentmåling av dielektrisk tap

For å måle kapasitans og dielektrisk tapsvinkel (eller tgδ), er den ekvivalente kretsen til en kondensator representert som en ideell kondensator med en aktiv motstand koblet i serie (seriekrets) eller som en ideell kondensator med en aktiv motstand koblet i parallell (parallell krets) ).

For en seriekrets er den aktive effekten:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

For en parallellkrets:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

hvor B. — kapasitans til en ideell kondensator, R — aktiv motstand.

Sensevinkelen for dielektriske tap overstiger vanligvis ikke hundredeler eller tiendedeler av enhet (derfor vinkelen for dielektriske tap vanligvis uttrykt i prosent), deretter 1 + tg2δ≈ 1, og tap for serie- og parallellekvivalente kretser P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

Verdien av tap er proporsjonal med kvadratet av spenningen og frekvensen som påføres dielektrikumet, som må tas i betraktning ved valg av elektriske isolasjonsmaterialer for høyspennings- og høyfrekvent utstyr.

Med en økning i spenningen påført dielektrikumet til en viss verdi UО, begynner ioniseringen av gass- og væskeinneslutninger som er tilstede i dielektrikumet, mens δ begynner å øke kraftig på grunn av ytterligere tap forårsaket av ionisering. Ved U1 ioniseres og reduseres gassen (fig. 2).

Ris. 2. Ioniseringskurve tgδ = f (U)

Gjennomsnittlig tangens for dielektrisk tap målt ved spenninger lavere enn UО (typisk 3 - 10 kV) Spenningen er valgt for å lette testenheten samtidig som den opprettholder tilstrekkelig instrumentfølsomhet.

Det betyr at tangenten til dielektriske tap (tgδ) normalisert for en temperatur på 20 ° C, derfor bør målingen utføres ved temperaturer nær de normaliserte (10 — 20 ОС). I dette temperaturområdet er endringen i dielektriske tap liten, og for noen typer isolasjon kan den målte verdien sammenlignes uten omberegning med den normaliserte verdien for 20 ° C.

For å eliminere påvirkningen av lekkasjestrømmer og eksterne elektrostatiske felt på måleresultatene til testobjektet og rundt målekretsen, er det installert beskyttelsesanordninger i form av beskyttelsesringer og skjermer.Tilstedeværelsen av jordede skjold forårsaker forvillede kapasitanser; for å kompensere for deres innflytelse, brukes vanligvis beskyttelsesmetoden - spenning justerbar i verdi og fase.

De er de vanligste bro målekretser kapasitans tangent og dielektriske tap.

Lokale defekter forårsaket av ledende broer oppdages best ved å måle DC-isolasjonsmotstanden. Målingen av tan δ utføres med AC-broer av typene MD-16, P5026 (P5026M) eller P595, som i hovedsak er kapasitansmålere (Schering-bro). Et skjematisk diagram av broen er vist i fig. 3.

I dette skjemaet bestemmes parametrene til isolasjonsstrukturen som tilsvarer den ekvivalente kretsen med en seriekobling av en tapsfri kondensator C og en motstand R, for hvilken tan δ = ωRC, hvor ω er vinkelfrekvensen til nettverket.

Måleprosessen består i å balansere (balansere) brokretsen ved suksessivt å justere motstanden til motstanden og kapasitansen til kondensatorboksen. Når broen er i likevekt, som indikert av måleapparatet P, er likheten tilfredsstilt. Hvis verdien av kapasitansen C uttrykkes i mikrofarader, vil vi ved den industrielle frekvensen til nettverket f = 50 Hz ha ω = 2πf = 100π og derfor tan δ% = 0,01πRC.

Et skjematisk diagram av P525-broen er vist i fig. 3.

Ris. 3. Skjematisk diagram av AC-målebroen P525

Måling er mulig for spenninger opp til 1 kV og over 1 kV (3-10 kV), avhengig av isolasjonsklasse og kapasitet på stedet. En spenningsmålende transformator kan tjene som en strømkilde. Broen brukes med en ekstern luftkondensator C0.Et skjematisk diagram av inkluderingen av utstyret ved måling av tan δ er vist i fig. 4.

Ris. 4. Tilkoblingsskjema for testtransformatoren ved måling av tangenten til vinkelen for dielektriske tap: S — bryter; TAB — autotransformatorjustering; SAC — Polaritetsbryter for testtransformator T

To brokoblingskretser brukes: den såkalte normale eller rette, der måleelementet P er koblet mellom en av elektrodene til den testede isolasjonsstrukturen og bakken, og invertert, hvor det er koblet mellom elektroden til den testede objektet og høyspentterminalen til broen. Normalkretsen brukes når begge elektrodene er isolert fra bakken, reversert - når en av elektrodene er godt koblet til bakken.

Det må huskes at i sistnevnte tilfelle vil de enkelte elementene i broen være under full prøvespenning. Måling er mulig ved spenninger opp til 1 kV og over 1 kV (3-10 kV), avhengig av isolasjonsklasse og kapasitet på stedet. En spenningsmålende transformator kan tjene som en strømkilde.

Broen brukes med en ekstern referanseluftkondensator. Broen og nødvendig utstyr plasseres i umiddelbar nærhet til prøvestedet og det monteres gjerde. Ledningen som fører fra testtransformatoren T til modellkondensatoren C, samt tilkoblingskablene til broen P, som er under spenning, må fjernes fra jordede gjenstander med minst 100-150 mm.. Transformatoren T og dens reguleringsanordning TAB ( LATR) skal være i en avstand på minst 0,5 m fra brua.Broen, transformatoren og regulatorhusene, samt en terminal på transformatorens sekundærvikling, må jordes.

Indikatoren tan δ måles ofte i det operative koblingsanleggsområdet, og siden det alltid er en kapasitiv forbindelse mellom testobjektet og koblingsutstyrselementene, flyter påvirkningsstrømmen gjennom testobjektet. Denne strømmen, som avhenger av spenningen og fasen til påvirkningsspenningen og den totale kapasitansen til forbindelsen, kan føre til en feilvurdering av isolasjonstilstanden, spesielt på objekter med liten kapasitans, spesielt foringer (opptil 1000-2000) pF).

Balansering av broen gjøres ved å gjentatte ganger justere elementene i brokretsen og beskyttelsesspenningen, for hvilke balanseindikatoren er inkludert enten i diagonalen eller mellom skjermen og diagonalen. Broen anses som balansert hvis det ikke er strøm gjennom den med samtidig inkludering av balanseindikatoren.

På tidspunktet for brobalansering

Gde f er frekvensen til vekselstrømmen som forsyner kretsen

° Cx = (R4 / Rx) Co

Konstant motstand R4 er valgt lik 104/π Ω I dette tilfellet tgδ = C4, hvor kapasitansen C4 er uttrykt i mikrofarader.

Hvis målingen ble utført med en annen frekvens f ' enn 50Hz, så er tgδ = (f '/ 50) C4

Når tangensmålingen av dielektrisk tap utføres på små seksjoner av kabel eller prøver av isolasjonsmaterialer; på grunn av deres lave kapasitet er elektroniske forsterkere nødvendig (for eksempel av typen F-50-1 med en forsterkning på ca. 60).Merk at broen tar hensyn til tapet i ledningen som forbinder broen med testobjektet, og den målte dielektriske tapstangensverdien vil være mer gyldig ved 2πfRzCx, der Rz — motstanden til ledningen.

Ved måling i henhold til et omvendt broskjema er de justerbare elementene i målekretsen under høy spenning, derfor utføres justeringen av broelementene enten på avstand ved hjelp av isolasjonsstenger, eller operatøren plasseres i en felles skjerm med måling elementer.

Tangensen til den dielektriske tapsvinkelen til transformatorer og elektriske maskiner måles mellom hver vikling og huset med jordede frie viklinger.

Elektriske felteffekter

Skille mellom elektrostatiske og elektromagnetiske effekter av et elektrisk felt. Elektromagnetisk påvirkning er utelukket ved full skjerming. Måleelementene er plassert i et metallhus (f.eks. broer P5026 og P595). Elektrostatiske påvirkninger skapes av spenningsførende deler av koblingsanlegg og kraftledninger. Påvirkningsspenningsvektoren kan innta en hvilken som helst posisjon i forhold til testspenningsvektoren.

Det er flere måter å redusere påvirkningen av elektrostatiske felt på resultatene av tan δ-målinger:

• slå av spenningen som genererer påvirkningsfeltet. Denne metoden er den mest effektive, men ikke alltid anvendelig når det gjelder energiforsyning til forbrukere;

• trekke testobjektet fra innflytelsesområdet. Målet er oppnådd, men transport av gjenstanden er uønsket og ikke alltid mulig;

• måler en annen frekvens enn 50 Hz. Den brukes sjelden fordi den krever spesialutstyr;

• beregningsmetoder for utelukkelse av feil;

• en metode for kompensasjon av påvirkninger, der en justering av vektorene til testspenningen og EMF for det berørte feltet oppnås.

Til dette formål er en faseskifter inkludert i spenningsreguleringskretsen, og når testobjektet er slått av, oppnås brobalansen. I mangel av faseregulator kan et effektivt tiltak være å forsyne broen fra denne spenningen til trefasesystemet (med hensyn til polariteten), i så fall vil måleresultatet være minimalt. Det er ofte tilstrekkelig å utføre målingen fire ganger med forskjellige polariteter på testspenningen og et brogalvanometer tilkoblet; De brukes både uavhengig og for å forbedre resultatene oppnådd med andre metoder.