Tangenta dielektrickej straty, meranie indexu dielektrickej straty

Dielektrická strata je energia rozptýlená v izolačnom materiáli pod vplyvom elektrického poľa na ňom.

Schopnosť dielektrika odvádzať energiu v elektrickom poli je zvyčajne charakterizovaná uhlom dielektrických strát, a tangensom uhlových dielektrických strát... V teste sa za dielektrikum považuje dielektrikum kondenzátora, tzv. kapacita a uhol ktorých sa meria. δ, ktorý dopĺňa fázový uhol medzi prúdom a napätím v kapacitnom obvode na 90 °. Tento uhol sa nazýva uhol dielektrickej straty.

Pri striedavom napätí preteká izoláciou prúd, ktorý je vo fáze s priloženým napätím pod uhlom ϕ (obr. 1) menším ako 90 stupňov. e-mail pod malým uhlom δ, kvôli prítomnosti aktívneho odporu.

Ryža. 1.Vektorový diagram prúdov cez dielektrikum so stratami: U — napätie na dielektriku; I je celkový prúd cez dielektrikum; Ia, Ic — aktívne a kapacitné zložky celkového prúdu; ϕ je uhol fázového posunu medzi aplikovaným napätím a celkovým prúdom; δ je uhol medzi celkovým prúdom a jeho kapacitnou zložkou

Pomer aktívnej zložky prúdu Ia ku kapacitnej zložke Ic sa nazýva tangenta uhla dielektrickej straty a vyjadruje sa v percentách:

V ideálnom dielektriku bez strát je uhol δ = 0 a podľa toho tan δ = 0. Zmáčanie a iné defekty izolácie spôsobujú zvýšenie aktívnej zložky dielektrického stratového prúdu a tgδ. Pretože v tomto prípade aktívna zložka rastie oveľa rýchlejšie ako kapacitná, indikátor tan δ odráža zmenu izolačného stavu a straty v ňom. S malým množstvom izolácie je možné odhaliť rozvinuté lokálne a koncentrované defekty.

Meranie tangenty dielektrických strát

Na meranie kapacity a uhla dielektrickej straty (alebo tgδ) je ekvivalentný obvod kondenzátora reprezentovaný ako ideálny kondenzátor s aktívnym odporom zapojeným do série (sériový obvod) alebo ako ideálny kondenzátor s aktívnym odporom zapojeným paralelne (paralelný obvod). ).

Pre sériový obvod je aktívny výkon:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Pre paralelný obvod:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

kde B. - kapacita ideálneho kondenzátora, R - aktívny odpor.

Zmyselný uhol dielektrických strát zvyčajne nepresahuje stotiny alebo desatiny jednotky (preto uhol dielektrických strát zvyčajne vyjadrený v percentách), potom 1 + tg2δ≈ 1, a straty pre sériové a paralelné ekvivalentné obvody P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

Hodnota strát je úmerná druhej mocnine napätia a frekvencie aplikovanej na dielektrikum, čo je potrebné vziať do úvahy pri výbere elektrických izolačných materiálov pre vysokonapäťové a vysokofrekvenčné zariadenia.

So zvýšením napätia aplikovaného na dielektrikum na určitú hodnotu UО začína ionizácia plynových a kvapalných inklúzií prítomných v dielektriku, zatiaľ čo δ sa začína prudko zvyšovať v dôsledku dodatočných strát spôsobených ionizáciou. Pri U1 sa plyn ionizuje a redukuje (obr. 2).

Ryža. 2. Ionizačná krivka tgδ = f (U)

Stredná tangenta dielektrickej straty meraná pri napätiach nižších ako UО (zvyčajne 3 – 10 kV) Napätie sa volí tak, aby uľahčilo testovacie zariadenie pri zachovaní dostatočnej citlivosti prístroja.

Znamená tangens dielektrických strát (tgδ) normalizovaných na teplotu 20 ° C, preto by sa meranie malo vykonávať pri teplotách blízkych normalizovaným (10 - 20 ОС). V tomto teplotnom rozsahu je zmena dielektrických strát malá a pri niektorých typoch izolácie možno nameranú hodnotu porovnať bez prepočtu s normalizovanou hodnotou pre 20 °C.

Aby sa eliminoval vplyv zvodových prúdov a vonkajších elektrostatických polí na výsledky merania testovaného objektu a okolia meracieho obvodu, sú inštalované ochranné zariadenia vo forme ochranných krúžkov a clon.Prítomnosť uzemnených štítov spôsobuje rozptylové kapacity; na kompenzáciu ich vplyvu sa zvyčajne používa metóda ochrany — napätie nastaviteľné v hodnote a fáze.

Sú najbežnejšie mostové meracie obvody kapacitné tangenty a dielektrické straty.

Lokálne poruchy spôsobené vodivými mostíkmi sa najlepšie zistia meraním jednosmerného izolačného odporu. Meranie tan δ sa vykonáva pomocou AC mostíkov typu MD-16, P5026 (P5026M) alebo P595, čo sú v podstate merače kapacity (Scheringov mostík). Schematický diagram mostíka je na obr. 3.

V tejto schéme sú určené parametre izolačnej štruktúry zodpovedajúce ekvivalentnému obvodu so sériovým zapojením bezstratového kondenzátora C a rezistora R, pre ktoré tan δ = ωRC, kde ω je uhlová frekvencia siete.

Proces merania spočíva vo vyvážení (vyvažovaní) mostíkového obvodu postupným nastavovaním odporu rezistora a kapacity kondenzátorovej skrine. Keď je mostík v rovnováhe, ako ukazuje meracie zariadenie P, rovnosť je splnená. Ak je hodnota kapacity C vyjadrená v mikrofaradoch, tak pri priemyselnej frekvencii siete f = 50 Hz budeme mať ω = 2πf = 100π a teda tan δ% = 0,01πRC.

Schematický diagram mostíka P525 je znázornený na obr. 3.

Ryža. 3. Schéma meracieho mostíka striedavého prúdu P525

Meranie je možné pre napätie do 1 kV a nad 1 kV (3-10 kV), v závislosti od triedy izolácie a kapacity miesta. Ako zdroj energie môže slúžiť transformátor na meranie napätia. Mostík sa používa s externým vzduchovým kondenzátorom C0.Schematický diagram zahrnutia zariadenia pri meraní tan δ je znázornený na obr. 4.

Ryža. 4. Schéma zapojenia skúšobného transformátora pri meraní tangenty uhla dielektrických strát: S — spínač; TAB — nastavenie autotransformátoru; SAC — Prepínač polarity pre testovací transformátor T

Používajú sa dva mostíkové spínacie obvody: takzvaný normálny alebo priamy, v ktorom je merací prvok P zapojený medzi jednu z elektród skúšanej izolačnej konštrukcie a zem, a inverzný, kde je zapojený medzi elektródu skúšanej izolačnej konštrukcie. objektu a vysokonapäťovej svorky mosta. Normálny obvod sa používa, keď sú obe elektródy izolované od zeme, obrátené - keď je jedna z elektród pevne spojená so zemou.

Treba mať na pamäti, že v druhom prípade budú jednotlivé prvky mosta pod plným skúšobným napätím. Meranie je možné pri napätiach do 1 kV a nad 1 kV (3-10 kV), v závislosti od triedy izolácie a kapacity miesta. Ako zdroj energie môže slúžiť transformátor na meranie napätia.

Mostík sa používa s externým referenčným vzduchovým kondenzátorom. Most a potrebné vybavenie sú umiestnené v tesnej blízkosti miesta testu a je inštalovaný plot. Vodič, ktorý vedie od skúšobného transformátora T k modelovému kondenzátoru C, ako aj prepojovacie káble mostíka P, ktoré sú pod napätím, musia byť od uzemnených predmetov odstránené aspoň o 100-150 mm.. Transformátor T a jeho regulačné zariadenie TAB ( LATR) musí byť vo vzdialenosti minimálne 0,5 m od mosta.Mostík, kryt transformátora a regulátora, ako aj jedna svorka sekundárneho vinutia transformátora musia byť uzemnené.

Indikátor tan δ sa často meria v prevádzkovej oblasti rozvádzača a keďže medzi testovaným objektom a prvkami rozvádzača je vždy kapacitné spojenie, cez testovaný objekt preteká ovplyvňujúci prúd. Tento prúd, ktorý závisí od napätia a fázy ovplyvňujúceho napätia a celkovej kapacity prípojky, môže viesť k nesprávnemu posúdeniu izolačného stavu, najmä na objektoch s malou kapacitou, najmä na priechodkách (do 1000-2000 pF).

Vyváženie mostíka sa robí opakovaným nastavovaním prvkov obvodu mostíka a ochranného napätia, pre ktoré je indikátor vyváženia zaradený buď do uhlopriečky alebo medzi clonu a uhlopriečku. Most sa považuje za vyvážený, ak ním neprechádza žiadny prúd so súčasným zahrnutím indikátora rovnováhy.

V čase vyrovnávania mosta

Gde f je frekvencia striedavého prúdu napájajúceho obvod

°Cx = (R4/Rx) Co

Konštantný odpor R4 je zvolený rovný 104/π Ω V tomto prípade tgδ = C4, kde kapacita C4 je vyjadrená v mikrofaradoch.

Ak sa meranie uskutočnilo s frekvenciou f' inou ako 50 Hz, potom tgδ = (f '/ 50) C4

Keď sa meranie tangenty dielektrickej straty vykonáva na malých častiach kábla alebo vzorkách izolačných materiálov; pre ich nízku kapacitu sú nevyhnutné elektrónkové zosilňovače (napr. typu F-50-1 so ziskom cca 60).Všimnite si, že mostík berie do úvahy stratu v drôte spájajúcom mostík s testovaným objektom a nameraná hodnota dotyčnice dielektrickej straty bude platnejšia pri 2πfRzCx, kde Rz — odpor drôtu.

Pri meraní podľa schémy obráteného mostíka sú nastaviteľné prvky meracieho obvodu pod vysokým napätím, preto sa nastavenie prvkov mostíka vykonáva buď na diaľku pomocou izolačných tyčí, alebo je operátor umiestnený v spoločnej obrazovke s meraním. prvkov.

Tangenta uhla dielektrickej straty transformátorov a elektrických strojov sa meria medzi každým vinutím a krytom s uzemnenými voľnými vinutiami.

Účinky elektrického poľa

Rozlišujte medzi elektrostatickými a elektromagnetickými účinkami elektrického poľa. Úplným tienením sú vylúčené elektromagnetické vplyvy. Meracie prvky sú umiestnené v kovovom kryte (napr. mostíky P5026 a P595). Elektrostatické vplyvy vytvárajú živé časti rozvádzačov a elektrických vedení. Vektor ovplyvňujúceho napätia môže zaberať akúkoľvek polohu vzhľadom na vektor testovacieho napätia.

Existuje niekoľko spôsobov, ako znížiť vplyv elektrostatických polí na výsledky meraní tan δ:

• vypnutie napätia generujúceho ovplyvňujúce pole. Táto metóda je najúčinnejšia, ale nie vždy použiteľná z hľadiska zásobovania spotrebiteľov energiou;

• stiahnutie testovaného objektu z oblasti vplyvu. Cieľ je dosiahnutý, ale preprava predmetu je nežiaduca a nie vždy možná;

• meranie frekvencie inej ako 50 Hz. Používa sa zriedka, pretože vyžaduje špeciálne vybavenie;

• výpočtové metódy na vylúčenie chýb;

• metóda kompenzácie vplyvov, pri ktorej sa dosiahne zosúladenie vektorov skúšobného napätia a EMF ovplyvneného poľa.

Na tento účel je v obvode regulácie napätia zahrnutý fázový posúvač a pri vypnutí testovaného objektu sa dosiahne vyváženie mostíka. Pri absencii fázového regulátora môže byť účinným opatrením napájanie mostíka z tohto napätia trojfázového systému (berúc do úvahy polaritu), v tomto prípade bude výsledok merania minimálny. Často stačí vykonať meranie štyrikrát s rôznymi polaritami skúšobného napätia a pripojeným mostíkovým galvanometrom; Používajú sa samostatne aj na zlepšenie výsledkov získaných inými metódami.