Dielektrisko zudumu tangenss, dielektrisko zudumu indeksa mērīšana

Dielektriskie zudumi ir enerģija, kas izkliedēta izolācijas materiālā elektriskā lauka ietekmē.

Dielektriķa spēju izkliedēt enerģiju elektriskajā laukā parasti raksturo dielektrisko zudumu leņķis, un leņķa dielektriskā zuduma tangenss... Pārbaudē dielektriķi uzskata par kondensatora dielektriķi, kuras kapacitāti un leņķi mēra. δ, papildinot fāzes leņķi starp strāvu un spriegumu kapacitatīvā ķēdē līdz 90 °. Šo leņķi sauc par dielektrisko zudumu leņķi.

Ar maiņspriegumu izolācijā plūst strāva, kas ir fāzē ar pielikto spriegumu leņķī ϕ (1. att.), kas ir mazāks par 90 grādiem. e-pasts nelielā leņķī δ, sakarā ar aktīvās pretestības klātbūtni.

Rīsi. 1.Strāvu vektorshēma caur dielektriķi ar zudumiem: U — spriegums uz dielektriķa; I ir kopējā strāva caur dielektriķi; Ia, Ic — attiecīgi kopējās strāvas aktīvās un kapacitatīvās sastāvdaļas; ϕ ir fāzes nobīdes leņķis starp pielietoto spriegumu un kopējo strāvu; δ ir leņķis starp kopējo strāvu un tās kapacitatīvo komponentu

Strāvas Ia aktīvās sastāvdaļas attiecību pret kapacitatīvo komponentu Ic sauc par dielektriskā zuduma leņķa tangensu un izsaka procentos:

Ideālā dielektrikā bez zudumiem leņķis δ = 0 un attiecīgi tan δ = 0. Mitrināšana un citi izolācijas defekti izraisa dielektriskā zuduma strāvas un tgδ aktīvās sastāvdaļas pieaugumu. Tā kā šajā gadījumā aktīvā sastāvdaļa aug daudz ātrāk nekā kapacitatīvā, iedeguma δ indikators atspoguļo izolācijas stāvokļa izmaiņas un zudumus tajā. Ar nelielu izolācijas daudzumu ir iespējams atklāt izstrādātus lokālus un koncentrētus defektus.

Dielektrisko zudumu tangentes mērīšana

Lai izmērītu kapacitāti un dielektrisko zudumu leņķi (vai tgδ), kondensatora ekvivalentā ķēde tiek attēlota kā ideāls kondensators ar virknē savienotu aktīvo pretestību (sērijas ķēde) vai kā ideāls kondensators ar paralēli savienotu aktīvo pretestību (paralēlā ķēde). ).

Sērijas ķēdei aktīvā jauda ir:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Paralēlai ķēdei:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

kur B — ideāla kondensatora kapacitāte, R — aktīvā pretestība.

Dielektrisko zudumu jutības leņķis parasti nepārsniedz vienības simtdaļas vai desmitdaļas (tādēļ dielektrisko zudumu leņķis parasti izteikts procentos), tad 1 + tg2δ≈ 1 un zudumi virknes un paralēli ekvivalentām shēmām P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

Zaudējumu vērtība ir proporcionāla dielektriķim pieliktā sprieguma un frekvences kvadrātam, kas jāņem vērā, izvēloties elektroizolācijas materiālus augstsprieguma un augstfrekvences iekārtām.

Palielinoties dielektriķim pievadītajam spriegumam līdz noteiktai vērtībai UО, sākas dielektrikā esošo gāzu un šķidruma ieslēgumu jonizācija, savukārt δ sāk strauji palielināties jonizācijas radīto papildu zudumu dēļ. Pie U1 gāze tiek jonizēta un reducēta (2. att.).

Rīsi. 2. Jonizācijas līkne tgδ = f (U)

Vidējo dielektrisko zudumu tangensu mēra pie sprieguma, kas ir zemāks par UО (parasti 3–10 kV) Spriegums tiek izvēlēts tā, lai atvieglotu testa ierīci, vienlaikus saglabājot pietiekamu instrumenta jutību.

Tas nozīmē dielektrisko zudumu tangensu (tgδ), kas normalizēta 20 ° C temperatūrai, tāpēc mērījumi jāveic temperatūrā, kas ir tuvu normalizētajām (10 - 20 ОС). Šajā temperatūras diapazonā dielektrisko zudumu izmaiņas ir nelielas, un dažiem izolācijas veidiem izmērīto vērtību var salīdzināt bez pārrēķina ar normalizēto vērtību 20 ° C.

Lai novērstu noplūdes strāvu un ārējo elektrostatisko lauku ietekmi uz testa objekta mērījumu rezultātiem un ap mērīšanas ķēdi, tiek uzstādītas aizsargierīces aizsarggredzenu un ekrānu veidā.Iezemētu vairogu klātbūtne izraisa izkliedētas kapacitātes; to ietekmes kompensēšanai parasti izmanto aizsardzības metodi — vērtībā un fāzē regulējamu spriegumu.

Tie ir visizplatītākie tiltu mērīšanas ķēdes kapacitātes tangenses un dielektriskie zudumi.

Vietējos defektus, ko izraisa vadoši tilti, vislabāk var noteikt, mērot līdzstrāvas izolācijas pretestību. Tan δ mērīšanu veic ar MD-16, P5026 (P5026M) vai P595 tipa maiņstrāvas tiltiem, kas būtībā ir kapacitātes mērītāji (Šēringa tilts). Tilta shematiska diagramma ir parādīta attēlā. 3.

Šajā shēmā tiek noteikti izolācijas struktūras parametri, kas atbilst ekvivalentajai ķēdei ar bezzudumu kondensatora C un rezistora R virknes savienojumu, kuram tan δ = ωRC, kur ω ir tīkla leņķiskā frekvence.

Mērīšanas process sastāv no tilta ķēdes balansēšanas (balansēšanas), secīgi regulējot rezistora pretestību un kondensatora kārbas kapacitāti. Kad tilts ir līdzsvarā, kā norāda mērierīce P, vienādība ir izpildīta. Ja kapacitātes C vērtību izsaka mikrofarados, tad pie tīkla rūpnieciskās frekvences f = 50 Hz mums būs ω = 2πf = 100π un līdz ar to tan δ% = 0,01πRC.

P525 tilta shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 3.

Rīsi. 3. Maiņstrāvas mērīšanas tilta P525 shematiskā diagramma

Mērīšana iespējama spriegumam līdz 1 kV un virs 1 kV (3-10 kV), atkarībā no vietas izolācijas klases un jaudas. Sprieguma mērīšanas transformators var kalpot kā strāvas avots. Tilts tiek izmantots ar ārējo gaisa kondensatoru C0.Iekārtas iekļaušanas shematiska diagramma, mērot tan δ, ir parādīta attēlā. 4.

Rīsi. 4. Pārbaudes transformatora pieslēguma shēma, mērot dielektrisko zudumu leņķa tangensu: S — slēdzis; TAB — autotransformatora regulēšana; SAC — polaritātes slēdzis testa transformatoram T

Tiek izmantotas divas tiltu komutācijas shēmas: tā sauktā parastā jeb taisnā, kurā mērelements P ir savienots starp vienu no testējamās izolācijas konstrukcijas elektrodiem un zemi, un apgrieztā, kur tas ir savienots starp testējamā elektrodu. objekts un tilta augstsprieguma spaile. Parastā ķēde tiek izmantota, ja abi elektrodi ir izolēti no zemes, apgriezti - kad viens no elektrodiem ir stingri savienots ar zemi.

Jāatceras, ka pēdējā gadījumā atsevišķi tilta elementi tiks pilnībā pārbaudīti. Mērīšana ir iespējama pie sprieguma līdz 1 kV un virs 1 kV (3-10 kV), atkarībā no vietas izolācijas klases un jaudas. Sprieguma mērīšanas transformators var kalpot kā strāvas avots.

Tilts tiek izmantots ar ārēju atsauces gaisa kondensatoru. Tilts un nepieciešamais aprīkojums tiek novietots tiešā testa vietas tuvumā un uzstādīts žogs. Vads, kas ved no testa transformatora T uz modeļa kondensatoru C, kā arī tilta P savienojošie kabeļi, kas atrodas zem sprieguma, jānoņem no iezemētiem objektiem vismaz par 100-150 mm. Transformators T un tā regulēšanas ierīcei TAB ( LATR) jāatrodas vismaz 0,5 m attālumā no tilta.Tilts, transformatora un regulatora korpusi, kā arī viens transformatora sekundārā tinuma spailes ir jāiezemē.

Indikatora tan δ bieži mēra darbības sadales zonā, un, tā kā starp testa objektu un sadales elementiem vienmēr ir kapacitatīvs savienojums, ietekmējošā strāva plūst caur testa objektu. Šī strāva, kas ir atkarīga no ietekmējošā sprieguma sprieguma un fāzes un savienojuma kopējās kapacitātes, var izraisīt nepareizu izolācijas stāvokļa novērtējumu, īpaši objektos ar mazu kapacitāti, jo īpaši buksēs (līdz 1000-2000). pF).

Tilta balansēšana tiek veikta, vairākkārt regulējot tilta ķēdes elementus un aizsargspriegumu, kam līdzsvara indikators ir iekļauts vai nu diagonālē, vai starp ekrānu un diagonāli. Tilts tiek uzskatīts par līdzsvarotu, ja caur to neplūst strāva, vienlaikus iekļaujot līdzsvara indikatoru.

Tilta balansēšanas laikā

Gde f ir ķēdes barošanas maiņstrāvas frekvence

° Cx = (R4 / Rx) Co

Pastāvīgā pretestība R4 ir izvēlēta vienāda ar 104/π Ω Šajā gadījumā tgδ = C4, kur kapacitāte C4 ir izteikta mikrofarados.

Ja mērījums tika veikts ar frekvenci f ', kas nav 50 Hz, tad tgδ = (f '/ 50) C4

Ja dielektrisko zudumu pieskares mērījumu veic nelielām kabeļa sekcijām vai izolācijas materiālu paraugiem; to zemās jaudas dēļ ir nepieciešami elektroniskie pastiprinātāji (piemēram, F-50-1 tipa ar pastiprinājumu aptuveni 60).Ņemiet vērā, ka tilts ņem vērā zudumus vadā, kas savieno tiltu ar testa objektu, un izmērītā dielektriskā zuduma tangenses vērtība būs derīgāka pie 2πfRzCx, kur Rz ir stieples pretestība.

Veicot mērījumus pēc apgrieztā tilta shēmas, mērīšanas ķēdes regulējamie elementi ir zem augsta sprieguma, tāpēc tilta elementu regulēšana tiek veikta vai nu no attāluma, izmantojot izolācijas stieņus, vai arī operators tiek ievietots kopējā ekrānā ar mērīšanas ierīci. elementi.

Transformatoru un elektrisko mašīnu dielektrisko zudumu leņķa tangensu mēra starp katru tinumu un korpusu ar iezemētiem brīvajiem tinumiem.

Elektriskā lauka ietekme

Atšķirt elektriskā lauka elektrostatiskos un elektromagnētiskos efektus. Pilnīga ekranēšana ir izslēgta no elektromagnētiskās ietekmes. Mērelementi ir ievietoti metāla korpusā (piemēram, tilti P5026 un P595). Elektrostatisko ietekmi rada sadales iekārtu un elektropārvades līniju dzīvās daļas. Ietekmējošais sprieguma vektors var ieņemt jebkuru pozīciju attiecībā pret testa sprieguma vektoru.

Ir vairāki veidi, kā samazināt elektrostatisko lauku ietekmi uz tan δ mērījumu rezultātiem:

• izslēdzot ietekmējošo lauku veidojošo spriegumu. Šī metode ir visefektīvākā, bet ne vienmēr piemērojama patērētāju energoapgādes ziņā;

• testa objekta izņemšana no ietekmes zonas. Mērķis ir sasniegts, bet objekta transportēšana ir nevēlama un ne vienmēr iespējama;

• mēra frekvenci, kas nav 50 Hz. To izmanto reti, jo tas prasa īpašu aprīkojumu;

• skaitļošanas metodes kļūdu izslēgšanai;

• ietekmju kompensācijas metode, kurā tiek panākta pārbaudāmā sprieguma un ietekmētā lauka EML vektoru izlīdzināšana.

Šim nolūkam sprieguma regulēšanas ķēdē ir iekļauts fāzes pārslēdzējs, un, izslēdzot testa objektu, tiek panākts tilta līdzsvars. Ja nav fāzes regulatora, efektīvs pasākums var būt tilta barošana no šī trīsfāzu sistēmas sprieguma (ņemot vērā polaritāti), un tādā gadījumā mērījumu rezultāts būs minimāls. Bieži vien pietiek ar mērījumu veikšanu četras reizes ar dažādām testa sprieguma polaritātēm un pieslēgtu tilta galvanometru; Tos izmanto gan patstāvīgi, gan ar citām metodēm iegūto rezultātu uzlabošanai.