Tangens dielektričnog gubitka, mjerenje indeksa dielektričnog gubitka

Dielektrični gubitak je energija koja se rasipa u izolacijskom materijalu pod utjecajem električnog polja na njega.

Sposobnost dielektrika da rasipa energiju u električnom polju obično je karakterizirana kutom dielektričnih gubitaka i tangensom kuta dielektričnih gubitaka... U ispitivanju se dielektrik smatra dielektrikom kondenzatora, čiji se kapacitet i kut mjere. δ, dopunjujući fazni kut između struje i napona u kapacitivnom krugu na 90 °. Ovaj kut se naziva kut dielektričnih gubitaka.

Kod izmjeničnog napona u izolaciji teče struja koja je u fazi s privedenim naponom pod kutom ϕ (slika 1), manjim od 90 stupnjeva. e-pošte pod malim kutom δ, zbog prisutnosti aktivnog otpora.

Riža. 1.Vektorski dijagram struja kroz dielektrik s gubicima: U — napon na dielektriku; I je ukupna struja kroz dielektrik; Ia, Ic — aktivna i kapacitivna komponenta ukupne struje; ϕ je kut faznog pomaka između primijenjenog napona i ukupne struje; δ je kut između ukupne struje i njezine kapacitivne komponente

Omjer aktivne komponente struje Ia prema kapacitivnoj komponenti Ic naziva se tangens kuta dielektričnog gubitka i izražava se u postocima:

U idealnom dielektriku bez gubitaka, kut δ = 0 i, sukladno tome, tan δ = 0. Vlaženje i drugi nedostaci izolacije uzrokuju povećanje aktivne komponente struje dielektričnog gubitka i tgδ. Budući da u ovom slučaju aktivna komponenta raste puno brže od kapacitivne, indikator tan δ odražava promjenu stanja izolacije i gubitke u njoj. S malom količinom izolacije moguće je otkriti razvijene lokalne i koncentrirane nedostatke.

Mjerenje tangensa dielektričnog gubitka

Za mjerenje kapaciteta i kuta dielektričnog gubitka (ili tgδ), ekvivalentni krug kondenzatora predstavlja se kao idealni kondenzator s aktivnim otporom spojenim u seriju (serijski krug) ili kao idealni kondenzator s aktivnim otporom spojenim paralelno (paralelni krug ).

Za serijski krug, aktivna snaga je:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Za paralelni krug:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωSR)

gdje je B. - kapacitet idealnog kondenzatora, R - aktivni otpor.

Osjetni kut dielektričnih gubitaka obično ne prelazi stotinke ili desetinke jedinice (dakle, kut dielektričnih gubitaka obično se izražava u postocima), zatim 1 + tg2δ≈ 1, a gubici za serijske i paralelne ekvivalentne krugove P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

Vrijednost gubitaka proporcionalna je kvadratu napona i frekvencije primijenjenih na dielektrik, što se mora uzeti u obzir pri odabiru električnih izolacijskih materijala za visokonaponsku i visokofrekventnu opremu.

S povećanjem napona primijenjenog na dielektrik do određene vrijednosti UO, počinje ionizacija plinskih i tekućih inkluzija prisutnih u dielektriku, dok δ počinje naglo rasti zbog dodatnih gubitaka uzrokovanih ionizacijom. Na U1 plin se ionizira i reducira (slika 2).

Riža. 2. Krivulja ionizacije tgδ = f (U)

Srednji tangens dielektričnog gubitka izmjeren pri naponima nižim od UO (obično 3 — 10 kV). Napon je odabran kako bi se olakšao uređaj za ispitivanje uz održavanje dovoljne osjetljivosti instrumenta.

Što znači tangens dielektričnih gubitaka (tgδ) normaliziran za temperaturu od 20 ° C, stoga mjerenje treba provesti na temperaturama bliskim normaliziranim (10 - 20 OS). U ovom temperaturnom području promjena dielektričnih gubitaka je mala, a za neke vrste izolacije izmjerena vrijednost se može usporediti bez preračunavanja s normaliziranom vrijednošću za 20 °C.

Kako bi se eliminirao utjecaj struja odvoda i vanjskih elektrostatičkih polja na rezultate mjerenja na ispitnom objektu i oko mjernog kruga ugrađeni su zaštitni uređaji u obliku zaštitnih prstenova i zaslona.Prisutnost uzemljenih oklopa uzrokuje lutajuće kapacitete; za kompenzaciju njihovog utjecaja obično se koristi metoda zaštite - napon podesiv po vrijednosti i fazi.

Najčešći su premosni mjerni krugovi tangens kapacitivnosti i dielektrični gubici.

Lokalne greške uzrokovane vodljivim mostovima najbolje se otkrivaju mjerenjem DC izolacijskog otpora. Mjerenje tan δ izvodi se AC mostovima tipa MD-16, P5026 (P5026M) ili P595, koji su u biti mjerači kapaciteta (Scheringov most). Shematski dijagram mosta prikazan je na sl. 3.

U ovoj shemi određuju se parametri izolacijske strukture koji odgovaraju ekvivalentnom krugu sa serijskim spojem kondenzatora bez gubitaka C i otpornika R, za koji je tan δ = ωRC, gdje je ω kutna frekvencija mreže.

Proces mjerenja sastoji se u uravnoteženju (uravnoteženju) mosnog kruga uzastopnim podešavanjem otpora otpornika i kapaciteta kondenzatorske kutije. Kada je most u ravnoteži, što pokazuje mjerni uređaj P, jednakost je zadovoljena. Ako se vrijednost kapaciteta C izrazi u mikrofaradima, tada ćemo na industrijskoj frekvenciji mreže f = 50 Hz imati ω = 2πf = 100π i prema tome tan δ% = 0,01πRC.

Shematski dijagram mosta P525 prikazan je na sl. 3.

Riža. 3. Shema AC mjernog mosta P525

Mjerenje je moguće za napone do 1 kV i iznad 1 kV (3-10 kV), ovisno o klasi izolacije i kapacitetu mjesta. Kao izvor struje može poslužiti naponski mjerni transformator. Most se koristi s vanjskim zračnim kondenzatorom C0.Shematski dijagram uključivanja opreme pri mjerenju tan δ prikazan je na sl. 4.

Riža. 4. Shema spoja ispitnog transformatora pri mjerenju tangensa kuta dielektričnih gubitaka: S — sklopka; TAB — podešavanje autotransformatora; SAC — Prekidač polariteta za ispitni transformator T

Koriste se dva premosna sklopna sklopa: tzv. normalni ili ravni, u kojem je mjerni element P spojen između jedne od elektroda ispitivane izolacijske konstrukcije i uzemljenja, i invertni, gdje je spojen između elektrode ispitivanog objekta i visokonaponske stezaljke mosta. Normalni krug se koristi kada su obje elektrode izolirane od zemlje, obrnuti - kada je jedna od elektroda čvrsto spojena na masu.

Mora se imati na umu da će u potonjem slučaju pojedinačni elementi mosta biti pod punim ispitnim naponom. Mjerenje je moguće na naponima do 1 kV i iznad 1 kV (3-10 kV), ovisno o klasi izolacije i kapacitetu mjesta. Kao izvor struje može poslužiti naponski mjerni transformator.

Most se koristi s vanjskim referentnim zračnim kondenzatorom. Most i potrebna oprema se postavljaju u neposrednoj blizini poligona i postavlja se ograda. Žica koja vodi od ispitnog transformatora T do modelnog kondenzatora C, kao i spojni kabeli mosta P, koji su pod naponom, moraju biti udaljeni od uzemljenih objekata najmanje 100-150 mm.Transformator T i njegov regulacijski uređaj TAB ( LATR) mora biti udaljen najmanje 0,5 m od mosta.Most, kućišta transformatora i regulatora, kao i jedan priključak sekundarnog namota transformatora moraju biti uzemljeni.

Indikator tan δ često se mjeri u radnom području rasklopnog uređaja, a budući da uvijek postoji kapacitivna veza između ispitnog objekta i elemenata rasklopnog uređaja, utjecajna struja teče kroz ispitni objekt. Ova struja, koja ovisi o naponu i fazi utjecajnog napona i ukupnom kapacitetu spoja, može dovesti do pogrešne procjene stanja izolacije, posebno kod objekata s malim kapacitetom, posebice izolacijskih čahura (do 1000-2000 pF).

Balansiranje mosta vrši se ponovnim podešavanjem elemenata strujnog kruga mosta i zaštitnog napona, za što je indikator ravnoteže uključen ili u dijagonalu ili između ekrana i dijagonale. Most se smatra uravnoteženim ako kroz njega nema struje uz istodobno uključivanje indikatora ravnoteže.

U trenutku balansiranja mosta

Gdje f je frekvencija izmjenične struje koja napaja krug

° Cx = (R4 / Rx) Co

Konstantni otpor R4 odabran je jednak 104/π Ω U ovom slučaju tgδ = C4, gdje je kapacitet C4 izražen u mikrofaradima.

Ako je mjerenje obavljeno s frekvencijom f 'drugom od 50 Hz, tada je tgδ = (f '/ 50) C4

Kada se mjerenje tangensa dielektričnog gubitka provodi na malim dijelovima kabela ili uzorcima izolacijskih materijala; zbog malog kapaciteta potrebna su elektronska pojačala (npr. tipa F-50-1 s pojačanjem od oko 60).Imajte na umu da most uzima u obzir gubitak u žici koja povezuje most s ispitnim objektom, a izmjerena vrijednost tangensa dielektričnog gubitka bit će valjanija pri 2πfRzCx, gdje je Rz — otpor žice.

Kod mjerenja prema shemi obrnutog mosta, podesivi elementi mjernog kruga su pod visokim naponom, stoga se podešavanje elemenata mosta provodi ili na udaljenosti pomoću izolacijskih šipki, ili se operater nalazi u zajedničkom ekranu s mjernim elementi.

Tangens kuta dielektričnih gubitaka transformatora i električnih strojeva mjeri se između svakog namota i kućišta s uzemljenim slobodnim namotima.

Učinci električnog polja

Razlikovati elektrostatsko i elektromagnetsko djelovanje električnog polja. Elektromagnetski utjecaji isključeni su punim oklopom. Mjerni elementi smješteni su u metalno kućište (npr. mostovi P5026 i P595). Elektrostatički utjecaj stvaraju dijelovi sklopnih uređaja i vodova pod naponom. Vektor utjecajnog napona može zauzeti bilo koji položaj u odnosu na vektor ispitnog napona.

Postoji nekoliko načina za smanjenje utjecaja elektrostatskih polja na rezultate mjerenja tan δ:

• isključivanje napona koji stvara utjecajno polje. Ova metoda je najučinkovitija, ali nije uvijek primjenjiva u smislu opskrbe potrošača energijom;

• povlačenje ispitnog objekta iz područja utjecaja. Cilj je postignut, ali transport predmeta je nepoželjan i nije uvijek moguć;

• mjerenje frekvencije koja nije 50 Hz. Rijetko se koristi jer zahtijeva posebnu opremu;

• računalne metode za isključivanje pogrešaka;

• metoda kompenzacije utjecaja, u kojoj se postiže poravnanje vektora ispitnog napona i EMF zahvaćenog polja.

U tu svrhu se u strujni krug regulacije napona uključuje fazni pomicač i, kada je ispitni objekt isključen, postiže se ravnoteža mosta. U nedostatku faznog regulatora, učinkovita mjera može biti napajanje mosta iz ovog napona trofaznog sustava (uzimajući u obzir polaritet), u kojem će slučaju rezultat mjerenja biti minimalan. Često je dovoljno provesti mjerenje četiri puta s različitim polaritetima ispitnog napona i spojenim mosnim galvanometrom; Koriste se i samostalno i za poboljšanje rezultata dobivenih drugim metodama.