Εφαπτομένη διηλεκτρική απώλεια, μέτρηση δείκτη διηλεκτρικών απωλειών

Η διηλεκτρική απώλεια είναι η ενέργεια που διαχέεται σε ένα μονωτικό υλικό υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου σε αυτό.

Η ικανότητα ενός διηλεκτρικού να διαχέει ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο συνήθως χαρακτηρίζεται από γωνία διηλεκτρικών απωλειών, και εφαπτομένη γωνία διηλεκτρικής απώλειας... Στη δοκιμή, το διηλεκτρικό θεωρείται το διηλεκτρικό ενός πυκνωτή, η η χωρητικότητα και η γωνία της οποίας μετρώνται. δ, συμπληρώνοντας τη γωνία φάσης μεταξύ ρεύματος και τάσης στο χωρητικό κύκλωμα στους 90 °. Αυτή η γωνία ονομάζεται γωνία διηλεκτρικής απώλειας.

Με μια εναλλασσόμενη τάση, ρέει ρεύμα στη μόνωση, το οποίο βρίσκεται σε φάση με την εφαρμοζόμενη τάση υπό γωνία ϕ (Εικ. 1), μικρότερη από 90 μοίρες. e-mail σε μικρή γωνία δ, λόγω της παρουσίας ενεργής αντίστασης.

Ρύζι. 1.Διανυσματικό διάγραμμα ρευμάτων μέσω διηλεκτρικού με απώλειες: U — τάση στο διηλεκτρικό. I είναι το συνολικό ρεύμα μέσω του διηλεκτρικού. Ia, Ic — ενεργά και χωρητικά στοιχεία του συνολικού ρεύματος, αντίστοιχα. ϕ είναι η γωνία μετατόπισης φάσης μεταξύ της εφαρμοζόμενης τάσης και του συνολικού ρεύματος. δ είναι η γωνία μεταξύ του συνολικού ρεύματος και της χωρητικής συνιστώσας του

Ο λόγος της ενεργού συνιστώσας του ρεύματος Ia προς τη χωρητική συνιστώσα Ic ονομάζεται εφαπτομένη της γωνίας διηλεκτρικής απώλειας και εκφράζεται ως ποσοστό:

Σε ένα ιδανικό διηλεκτρικό χωρίς απώλειες, η γωνία δ = 0 και, κατά συνέπεια, tan δ = 0. Διαβροχή και άλλα ελαττώματα μόνωσης προκαλούν αύξηση του ενεργού συστατικού του ρεύματος απώλειας διηλεκτρικού και του tgδ. Δεδομένου ότι σε αυτήν την περίπτωση το ενεργό συστατικό αναπτύσσεται πολύ πιο γρήγορα από το χωρητικό, ο δείκτης tan δ αντανακλά την αλλαγή στην κατάσταση μόνωσης και τις απώλειες σε αυτό. Με μια μικρή ποσότητα μόνωσης, είναι δυνατό να εντοπιστούν ανεπτυγμένα τοπικά και συγκεντρωμένα ελαττώματα.

Μέτρηση εφαπτομένης διηλεκτρικής απώλειας

Για τη μέτρηση της χωρητικότητας και της γωνίας διηλεκτρικής απώλειας (ή tgδ), το ισοδύναμο κύκλωμα ενός πυκνωτή αναπαρίσταται ως ιδανικός πυκνωτής με ενεργή αντίσταση συνδεδεμένη σε σειρά (κύκλωμα σειράς) ή ως ιδανικός πυκνωτής με ενεργή αντίσταση συνδεδεμένη παράλληλα (παράλληλο κύκλωμα ).

Για ένα σειριακό κύκλωμα, η ενεργή ισχύς είναι:

Ρ = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Για παράλληλο κύκλωμα:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωΣR)

όπου B. — χωρητικότητα ιδανικού πυκνωτή, R — ενεργή αντίσταση.

Η γωνία αίσθησης των διηλεκτρικών απωλειών συνήθως δεν υπερβαίνει τα εκατοστά ή τα δέκατα της μονάδας (επομένως η γωνία των διηλεκτρικών απωλειών συνήθως εκφράζεται ως ποσοστό), μετά 1 + tg2δ≈ 1, και οι απώλειες για σειρές και παράλληλα ισοδύναμα κυκλώματα P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

Η τιμή των απωλειών είναι ανάλογη με το τετράγωνο της τάσης και της συχνότητας που εφαρμόζεται στο διηλεκτρικό, το οποίο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή ηλεκτρικών μονωτικών υλικών για εξοπλισμό υψηλής τάσης και υψηλής συχνότητας.

Με αύξηση της τάσης που εφαρμόζεται στο διηλεκτρικό σε μια ορισμένη τιμή UO, αρχίζει ο ιονισμός των εγκλεισμάτων αερίων και υγρών που υπάρχουν στο διηλεκτρικό, ενώ το δ αρχίζει να αυξάνεται απότομα λόγω πρόσθετων απωλειών που προκαλούνται από τον ιονισμό. Στο U1, το αέριο ιονίζεται και ανάγεται (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Καμπύλη ιοντισμού tgδ = f (U)

Η εφαπτομένη της μέσης διηλεκτρικής απώλειας μετράται σε τάσεις χαμηλότερες από UO (συνήθως 3 — 10 kV) Η τάση επιλέγεται για να διευκολύνει τη συσκευή δοκιμής διατηρώντας παράλληλα επαρκή ευαισθησία του οργάνου.

Εννοώντας την εφαπτομένη των διηλεκτρικών απωλειών (tgδ) κανονικοποιημένη για θερμοκρασία 20 ° C, επομένως η μέτρηση θα πρέπει να πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες κοντά στις κανονικοποιημένες (10 — 20 ОС). Σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας, η αλλαγή στις διηλεκτρικές απώλειες είναι μικρή και για ορισμένους τύπους μόνωσης, η μετρούμενη τιμή μπορεί να συγκριθεί χωρίς επανυπολογισμό με την κανονικοποιημένη τιμή για 20 °C.

Προκειμένου να εξαλειφθεί η επίδραση των ρευμάτων διαρροής και των εξωτερικών ηλεκτροστατικών πεδίων στα αποτελέσματα μέτρησης του αντικειμένου δοκιμής και γύρω από το κύκλωμα μέτρησης, τοποθετούνται προστατευτικές συσκευές με τη μορφή προστατευτικών δακτυλίων και οθονών.Η παρουσία γειωμένων ασπίδων προκαλεί αδέσποτες χωρητικότητες. Για να αντισταθμιστεί η επιρροή τους, χρησιμοποιείται συνήθως η μέθοδος προστασίας — ρυθμιζόμενη τάση σε τιμή και φάση.

Είναι τα πιο συνηθισμένα κυκλώματα μέτρησης γεφυρών απώλειες εφαπτομένης χωρητικότητας και διηλεκτρικών απωλειών.

Τα τοπικά ελαττώματα που προκαλούνται από αγώγιμες γέφυρες εντοπίζονται καλύτερα με τη μέτρηση της αντίστασης μόνωσης DC. Η μέτρηση του tan δ γίνεται με γέφυρες εναλλασσόμενου ρεύματος των τύπων MD-16, P5026 (P5026M) ή P595, οι οποίες είναι ουσιαστικά χωρητικότητα μετρητές (Schering bridge). Ένα σχηματικό διάγραμμα της γέφυρας φαίνεται στο Σχ. 3.

Σε αυτό το σχήμα, προσδιορίζονται οι παράμετροι της δομής απομόνωσης που αντιστοιχούν στο ισοδύναμο κύκλωμα με σειριακή σύνδεση ενός πυκνωτή χωρίς απώλειες C και μιας αντίστασης R, για την οποία tan δ = ωRC, όπου ω είναι η γωνιακή συχνότητα του δικτύου.

Η διαδικασία μέτρησης συνίσταται στην εξισορρόπηση (εξισορρόπηση) του κυκλώματος γέφυρας με διαδοχική ρύθμιση της αντίστασης της αντίστασης και της χωρητικότητας του κιβωτίου πυκνωτή. Όταν η γέφυρα βρίσκεται σε ισορροπία, όπως υποδεικνύεται από τη συσκευή μέτρησης P, η ισότητα ικανοποιείται. Αν η τιμή της χωρητικότητας C εκφράζεται σε microfarads, τότε στη βιομηχανική συχνότητα του δικτύου f = 50 Hz θα έχουμε ω = 2πf = 100π και επομένως tan δ% = 0,01πRC.

Ένα σχηματικό διάγραμμα της γέφυρας P525 φαίνεται στο Σχ. 3.

Ρύζι. 3. Σχηματικό διάγραμμα της γέφυρας μέτρησης AC P525

Η μέτρηση είναι δυνατή για τάσεις έως 1 kV και πάνω από 1 kV (3-10 kV), ανάλογα με την κατηγορία μόνωσης και την ικανότητα του χώρου. Ένας μετασχηματιστής μέτρησης τάσης μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή ενέργειας. Η γέφυρα χρησιμοποιείται με εξωτερικό πυκνωτή αέρα C0.Ένα σχηματικό διάγραμμα της συμπερίληψης του εξοπλισμού κατά τη μέτρηση του tan δ φαίνεται στο Σχήμα. 4.

Ρύζι. 4. Διάγραμμα σύνδεσης του μετασχηματιστή δοκιμής κατά τη μέτρηση της εφαπτομένης της γωνίας των διηλεκτρικών απωλειών: S — διακόπτης; TAB — ρύθμιση αυτομετασχηματιστή. SAC — Διακόπτης πολικότητας για δοκιμαστικό μετασχηματιστή T

Χρησιμοποιούνται δύο κυκλώματα μεταγωγής γεφυρών: το λεγόμενο κανονικό ή ευθύ, στο οποίο το στοιχείο μέτρησης P συνδέεται μεταξύ ενός από τα ηλεκτρόδια της δοκιμασμένης μονωτικής δομής και της γείωσης και ανεστραμμένο, όπου συνδέεται μεταξύ του ηλεκτροδίου του ελεγχόμενου αντικείμενο και τον ακροδέκτη υψηλής τάσης της γέφυρας. Το κανονικό κύκλωμα χρησιμοποιείται όταν και τα δύο ηλεκτρόδια είναι απομονωμένα από το έδαφος, αντίστροφα - όταν ένα από τα ηλεκτρόδια είναι σταθερά συνδεδεμένο με τη γείωση.

Πρέπει να θυμόμαστε ότι στην τελευταία περίπτωση τα μεμονωμένα στοιχεία της γέφυρας θα είναι υπό πλήρη δοκιμαστική τάση. Η μέτρηση είναι δυνατή σε τάσεις έως 1 kV και πάνω από 1 kV (3-10 kV), ανάλογα με την κατηγορία μόνωσης και την ικανότητα του χώρου. Ένας μετασχηματιστής μέτρησης τάσης μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή ενέργειας.

Η γέφυρα χρησιμοποιείται με εξωτερικό πυκνωτή αέρα αναφοράς. Η γέφυρα και ο απαραίτητος εξοπλισμός τοποθετούνται σε κοντινή απόσταση από το χώρο δοκιμών και τοποθετείται φράχτης. Το καλώδιο που οδηγεί από τον δοκιμαστικό μετασχηματιστή Τ στον πυκνωτή μοντέλου C, καθώς και τα καλώδια σύνδεσης της γέφυρας P, που βρίσκονται υπό τάση, πρέπει να αφαιρεθούν από τα γειωμένα αντικείμενα κατά τουλάχιστον 100-150 mm. Ο μετασχηματιστής Τ και του Η συσκευή ρύθμισης TAB (LATR) πρέπει να βρίσκεται σε απόσταση τουλάχιστον 0,5 m από τη γέφυρα.Τα περιβλήματα της γέφυρας, του μετασχηματιστή και του ρυθμιστή, καθώς και ένας ακροδέκτης της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή, πρέπει να είναι γειωμένα.

Ο δείκτης tan δ μετριέται συχνά στην περιοχή του εξοπλισμού λειτουργίας, και δεδομένου ότι υπάρχει πάντα μια χωρητική σύνδεση μεταξύ του αντικειμένου δοκιμής και των στοιχείων του εξοπλισμού διανομής, το ρεύμα επηρεασμού ρέει μέσω του αντικειμένου δοκιμής. Αυτό το ρεύμα, το οποίο εξαρτάται από την τάση και τη φάση της τάσης επηρεασμού και τη συνολική χωρητικότητα της σύνδεσης, μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένη εκτίμηση της κατάστασης μόνωσης, ειδικά σε αντικείμενα με μικρή χωρητικότητα, ιδιαίτερα σε δακτυλίους (έως 1000-2000 pF).

Η εξισορρόπηση της γέφυρας γίνεται με επανειλημμένη ρύθμιση των στοιχείων του κυκλώματος της γέφυρας και της προστατευτικής τάσης, για την οποία ο δείκτης ισορροπίας περιλαμβάνεται είτε στη διαγώνιο είτε μεταξύ της οθόνης και της διαγώνιου. Η γέφυρα θεωρείται ισορροπημένη εάν δεν υπάρχει ρεύμα μέσω αυτής με την ταυτόχρονη συμπερίληψη του δείκτη ισορροπίας.

Την ώρα της εξισορρόπησης της γέφυρας

Gde f είναι η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος που τροφοδοτεί το κύκλωμα

° Cx = (R4 / Rx) Co

Η σταθερή αντίσταση R4 επιλέγεται ίση με 104/π Ω Σε αυτή την περίπτωση tgδ = C4, όπου η χωρητικότητα C4 εκφράζεται σε microfarads.

Εάν η μέτρηση έγινε με συχνότητα f' άλλη από 50 Hz, τότε tgδ = (f'/ 50) C4

Όταν η μέτρηση της εφαπτομένης της διηλεκτρικής απώλειας εκτελείται σε μικρά τμήματα καλωδίου ή δείγματα μονωτικών υλικών. λόγω της χαμηλής τους χωρητικότητας, είναι απαραίτητοι ηλεκτρονικοί ενισχυτές (π.χ. τύπου F-50-1 με κέρδος περίπου 60).Σημειώστε ότι η γέφυρα λαμβάνει υπόψη την απώλεια στο καλώδιο που συνδέει τη γέφυρα με το αντικείμενο δοκιμής και η μετρούμενη τιμή της εφαπτομένης της διηλεκτρικής απώλειας θα είναι πιο έγκυρη στα 2πfRzCx, όπου Rz — αντίσταση του σύρματος.

Κατά τη μέτρηση σύμφωνα με ένα σχήμα ανεστραμμένης γέφυρας, τα ρυθμιζόμενα στοιχεία του κυκλώματος μέτρησης βρίσκονται υπό υψηλή τάση, επομένως η ρύθμιση των στοιχείων της γέφυρας πραγματοποιείται είτε σε απόσταση χρησιμοποιώντας μονωτικές ράβδους είτε ο χειριστής τοποθετείται σε κοινή οθόνη με μέτρηση στοιχεία.

Η εφαπτομένη της γωνίας διηλεκτρικής απώλειας των μετασχηματιστών και των ηλεκτρικών μηχανών μετράται μεταξύ κάθε περιέλιξης και του περιβλήματος με γειωμένες ελεύθερες περιελίξεις.

Επιδράσεις ηλεκτρικού πεδίου

Διάκριση μεταξύ ηλεκτροστατικών και ηλεκτρομαγνητικών επιδράσεων ενός ηλεκτρικού πεδίου. Οι ηλεκτρομαγνητικές επιρροές αποκλείονται από την πλήρη θωράκιση. Τα στοιχεία μέτρησης τοποθετούνται σε μεταλλικό περίβλημα (π.χ. γέφυρες P5026 και P595). Οι ηλεκτροστατικές επιρροές δημιουργούνται από τα ηλεκτροφόρα μέρη του εξοπλισμού διανομής και των γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος. Το διάνυσμα τάσης επηρεασμού μπορεί να καταλάβει οποιαδήποτε θέση σε σχέση με το διάνυσμα τάσης δοκιμής.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να μειωθεί η επίδραση των ηλεκτροστατικών πεδίων στα αποτελέσματα των μετρήσεων tan δ:

• απενεργοποίηση της τάσης που δημιουργεί το πεδίο επιρροής. Αυτή η μέθοδος είναι η πιο αποτελεσματική, αλλά όχι πάντα εφαρμόσιμη όσον αφορά την παροχή ενέργειας στους καταναλωτές.

• απόσυρση του αντικειμένου δοκιμής από την περιοχή επιρροής. Ο στόχος επιτυγχάνεται, αλλά η μεταφορά του αντικειμένου είναι ανεπιθύμητη και δεν είναι πάντα δυνατή.

• μέτρηση συχνότητας διαφορετική από 50 Hz. Χρησιμοποιείται σπάνια γιατί απαιτεί ειδικό εξοπλισμό.

• υπολογιστικές μέθοδοι για τον αποκλεισμό σφαλμάτων.

• μια μέθοδος αντιστάθμισης των επιρροών, στην οποία επιτυγχάνεται ευθυγράμμιση των διανυσμάτων της τάσης δοκιμής και του EMF του επηρεαζόμενου πεδίου.

Για το σκοπό αυτό, περιλαμβάνεται ένας μετατροπέας φάσης στο κύκλωμα ρύθμισης τάσης και, όταν το αντικείμενο δοκιμής είναι απενεργοποιημένο, επιτυγχάνεται η ισορροπία της γέφυρας. Εάν δεν υπάρχει ρυθμιστής φάσης, ένα αποτελεσματικό μέτρο μπορεί να είναι η τροφοδοσία της γέφυρας από αυτήν την τάση του τριφασικού συστήματος (λαμβάνοντας υπόψη την πολικότητα), οπότε το αποτέλεσμα της μέτρησης θα είναι ελάχιστο. Συχνά αρκεί η εκτέλεση της μέτρησης τέσσερις φορές με διαφορετικές πολικότητες της τάσης δοκιμής και συνδεδεμένο ένα γαλβανόμετρο γέφυρας. Χρησιμοποιούνται τόσο ανεξάρτητα όσο και για τη βελτίωση των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται με άλλες μεθόδους.