Dielektrisen häviön tangentti, dielektrisen häviöindeksin mittaus

Dielektrinen häviö on energia, joka hajoaa eristävään materiaaliin sähkökentän vaikutuksesta.

Eristeen kyvylle hajottaa energiaa sähkökentässä on yleensä tunnusomaista dielektristen häviöiden kulma ja kulman dielektrisen häviön tangentti... Testissä dielektristä pidetään kondensaattorin dielektristä, joiden kapasitanssi ja kulma mitataan. δ, joka täydentää kapasitiivisen piirin virran ja jännitteen välistä vaihekulmaa 90 °:een. Tätä kulmaa kutsutaan dielektriseksi häviökulmaksi.

Vaihtojännitteellä eristyksessä kulkee virta, joka on samassa vaiheessa syötetyn jännitteen kanssa kulmassa ϕ (kuva 1), alle 90 astetta. sähköposti pienessä kulmassa δ aktiivisen vastuksen läsnäolon vuoksi.

Riisi. 1.Vektorikaavio eristeen läpi kulkevista virroista häviöineen: U — jännite dielektrissä; I on eristeen läpi kulkeva kokonaisvirta; Ia, Ic - kokonaisvirran aktiiviset ja kapasitiiviset komponentit, vastaavasti; ϕ on vaihesiirtokulma syötetyn jännitteen ja kokonaisvirran välillä; δ on kokonaisvirran ja sen kapasitiivisen komponentin välinen kulma

Virran Ia aktiivisen komponentin suhdetta kapasitiiviseen komponenttiin Ic kutsutaan dielektrisen häviökulman tangentiksi ja se ilmaistaan ​​prosentteina:

Ihanteellisessa häviöttömässä eristeessä kulma δ = 0 ja vastaavasti tan δ = 0. Kostuminen ja muut eristysvirheet aiheuttavat dielektrisen häviövirran ja tgδ:n aktiivisen komponentin kasvun. Koska tässä tapauksessa aktiivinen komponentti kasvaa paljon nopeammin kuin kapasitiivinen, tan δ -osoitin heijastaa eristystilan muutosta ja siinä olevia häviöitä. Pienellä eristemäärällä on mahdollista havaita kehittyneet paikalliset ja keskittyneet viat.

Dielektrisen häviön tangentin mittaus

Kapasitanssin ja dielektrisen häviökulman (tai tgδ) mittaamiseksi kondensaattorin ekvivalenttipiiri esitetään ideaalisena kondensaattorina, jonka aktiivinen vastus on kytketty sarjaan (sarjapiiri) tai ideaalisena kondensaattorina, jonka aktiivinen vastus on kytketty rinnan (rinnakkaispiiri). ).

Sarjapiirissä aktiivinen teho on:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Rinnakkaispiirille:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

missä B. – ihanteellisen kondensaattorin kapasitanssi, R – aktiivinen vastus.

Dielektristen häviöiden tuntokulma ei yleensä ylitä yksikön sadasosia tai kymmenesosia (täten dielektristen häviöiden kulma ilmaistaan ​​yleensä prosentteina), silloin 1 + tg2δ≈ 1 ja häviöt sarja- ja rinnakkaisvirtapiireissä P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

Häviöiden arvo on verrannollinen eristeeseen syötetyn jännitteen ja taajuuden neliöön, mikä on otettava huomioon valittaessa sähköeristemateriaaleja suurjännite- ja suurtaajuuslaitteita varten.

Kun eristeeseen kohdistettu jännite kasvaa tiettyyn arvoon UО, eristeessä olevien kaasu- ja nestesulkeutumien ionisaatio alkaa, kun taas δ alkaa kasvaa jyrkästi ionisaation aiheuttamien lisähäviöiden vuoksi. Kohdassa U1 kaasu ionisoituu ja pelkistyy (kuva 2).

Riisi. 2. Ionisaatiokäyrä tgδ = f (U)

Keskimääräinen dielektrisen häviön tangentti mitattuna jännitteillä, jotka ovat pienempiä kuin UО (yleensä 3 - 10 kV) Jännite valitaan helpottamaan testauslaitetta säilyttäen samalla riittävän herkkyyden instrumentin.

Tarkoittaa dielektristen häviöiden tangenttia (tgδ), joka on normalisoitu 20 °C:n lämpötilalle, joten mittaus tulisi suorittaa lämpötiloissa, jotka ovat lähellä normalisoituja (10 - 20 ОС). Tällä lämpötila-alueella dielektristen häviöiden muutos on pieni, ja joidenkin eristystyyppien mitattua arvoa voidaan verrata ilman uudelleenlaskentaa 20 ° C:n normalisoituun arvoon.

Vuotovirtojen ja ulkoisten sähköstaattisten kenttien vaikutuksen eliminoimiseksi testikohteen mittaustuloksiin ja mittauspiirin ympärille asennetaan suojalaitteita suojarenkaiden ja suojusten muodossa.Maadoitettujen suojusten läsnäolo aiheuttaa hajakapasitansseja; niiden vaikutuksen kompensoimiseksi käytetään yleensä suojausmenetelmää – arvoltaan ja vaiheeltaan säädettävissä olevaa jännitettä.

Ne ovat yleisimpiä sillan mittauspiirit kapasitanssitangentti ja dielektriset häviöt.

Johtavien siltojen aiheuttamat paikalliset viat havaitaan parhaiten mittaamalla DC-eristysresistanssi. Tan δ mittaus suoritetaan tyyppisillä MD-16, P5026 (P5026M) tai P595 olevilla AC-siloilla, jotka ovat olennaisesti kapasitanssimittareita (Schering-silta). Kaavamainen kaavio sillasta on esitetty kuvassa. 3.

Tässä kaaviossa määritetään häviöttömän kondensaattorin C ja vastuksen R sarjakytkettyä ekvivalenttipiiriä vastaavan eristysrakenteen parametrit, jolle tan δ = ωRC, missä ω on verkon kulmataajuus.

Mittausprosessi koostuu siltapiirin tasapainottamisesta (balansoinnista) säätämällä peräkkäin vastuksen resistanssia ja kondensaattorikotelon kapasitanssia. Kun silta on tasapainossa, kuten mittalaite P osoittaa, yhtäläisyys täyttyy. Jos kapasitanssin C arvo ilmaistaan ​​mikrofaradeina, niin verkon teollisella taajuudella f = 50 Hz saadaan ω = 2πf = 100π ja siksi tan δ% = 0,01πRC.

Kaavamainen kaavio P525-sillasta on esitetty kuvassa. 3.

Riisi. 3. Kaavio AC-mittaussillasta P525

Mittaus on mahdollista jännitteillä 1 kV asti ja yli 1 kV (3-10 kV) riippuen kohteen eristysluokasta ja kapasiteetista. Jännitteenmittausmuuntaja voi toimia virtalähteenä. Siltaa käytetään ulkoisen ilmakondensaattorin C0 kanssa.Kaavamainen kaavio laitteiston sisällyttämisestä tan δ:n mittaamiseen on esitetty kuvassa. 4.

Riisi. 4. Testimuuntajan kytkentäkaavio dielektristen häviöiden kulman tangentin mittauksessa: S — kytkin; TAB - automaattisen muuntajan säätö; SAC — Napaisuuskytkin testimuuntajalle T

Käytetään kahta siltakytkentäpiiriä: ns. normaali tai suora, jossa mittauselementti P on kytketty testattavan eristävän rakenteen yhden elektrodin ja maan väliin ja käänteinen, missä se on kytketty testattavan elektrodin väliin. kohde ja sillan korkeajänniteliitin. Normaalia piiriä käytetään, kun molemmat elektrodit on eristetty maasta, päinvastoin - kun toinen elektrodeista on tiukasti kytketty maahan.

On muistettava, että jälkimmäisessä tapauksessa sillan yksittäiset elementit ovat täydessä testijännityksessä. Mittaus on mahdollista jännitteillä 1 kV asti ja yli 1 kV (3-10 kV) kohteen eristysluokasta ja kapasiteetista riippuen. Jännitteenmittausmuuntaja voi toimia virtalähteenä.

Siltaa käytetään ulkoisen vertailuilmakondensaattorin kanssa. Silta ja tarvittavat laitteet sijoitetaan testipaikan läheisyyteen ja asennetaan aita. Koemuuntajasta T mallikondensaattoriin C johtava johdin sekä jännitteen alaisena olevat sillan P liitäntäkaapelit on irrotettava maadoitetuista kohteista vähintään 100-150 mm. Muuntaja T ja sen säätölaitteen TAB ( LATR) on oltava vähintään 0,5 m etäisyydellä sillasta.Silta-, muuntaja- ja säädinkotelot sekä muuntajan toisiokäämin yksi napa on maadoitettava.

Indikaattori tan δ mitataan usein käyttökojeiston alueella, ja koska testikohteen ja kojeistoelementtien välillä on aina kapasitiivinen yhteys, vaikuttava virta kulkee testikohteen läpi. Tämä virta, joka riippuu vaikuttavan jännitteen jännitteestä ja vaiheesta sekä liitännän kokonaiskapasitanssista, voi johtaa eristystilan virheelliseen arviointiin, erityisesti kohteissa, joissa on pieni kapasitanssi, erityisesti holkeissa (jopa 1000-2000 pF).

Sillan tasapainotus tapahtuu säätämällä toistuvasti siltapiirin elementtejä ja suojajännitettä, jota varten tasapainoilmaisin sisältyy joko diagonaaliin tai näytön ja diagonaalin väliin. Silta katsotaan tasapainotetuksi, jos sen läpi ei kulje virtaa, kun tasapainoilmaisin on samanaikaisesti mukana.

Siltatasapainotuksen aikaan

Gde f on piiriin syöttävän vaihtovirran taajuus

° Cx = (R4 / Rx) Co

Vakioresistanssi R4 valitaan 104/π Ω Tässä tapauksessa tgδ = C4, jossa kapasitanssi C4 ilmaistaan ​​mikrofaradoina.

Jos mittaus tehtiin taajuudella f 'muu kuin 50 Hz, niin tgδ = (f '/ 50) C4

Kun dielektrisen häviön tangentin mittaus suoritetaan pienille kaapeliosille tai eristysmateriaalinäytteille; pienen kapasiteetin vuoksi elektroniset vahvistimet ovat välttämättömiä (esimerkiksi F-50-1-tyyppisiä, joiden vahvistus on noin 60).Huomaa, että silta ottaa huomioon häviön sillan testikohteeseen yhdistävässä johdossa, ja mitattu dielektrisen häviön tangentin arvo on pätevämpi arvolla 2πfRzCx, missä Rz — langan vastus.

Käänteisen siltakaavion mukaan mitattaessa mittauspiirin säädettävät elementit ovat korkeajännitteisiä, joten siltaelementtien säätö suoritetaan joko etäältä eristystankojen avulla tai käyttäjä sijoitetaan yhteiseen mittaussuojaan. elementtejä.

Muuntajien ja sähkökoneiden dielektrisen häviökulman tangentti mitataan kunkin käämin ja kotelon välistä maadoitetuilla vapailla käämeillä.

Sähkökentän vaikutukset

Erota sähkökentän sähköstaattiset ja sähkömagneettiset vaikutukset. Täysi suojaus sulkee pois sähkömagneettiset vaikutukset. Mittauselementit on sijoitettu metallikoteloon (esim. sillat P5026 ja P595). Sähköstaattisia vaikutuksia aiheuttavat kytkinlaitteiden ja voimalinjojen jännitteiset osat. Vaikuttava jännitevektori voi olla missä tahansa paikassa suhteessa testijännitevektoriin.

On olemassa useita tapoja vähentää sähköstaattisten kenttien vaikutusta tan δ -mittausten tuloksiin:

• katkaisemalla vaikutuskentän muodostavan jännitteen. Tämä menetelmä on tehokkain, mutta ei aina sovellettavissa kuluttajien energiahuollon kannalta;

• vetää testikohde pois vaikutusalueelta. Tavoite saavutetaan, mutta esineen kuljettaminen ei ole toivottavaa eikä aina mahdollista;

• mittaamalla muuta taajuutta kuin 50 Hz. Sitä käytetään harvoin, koska se vaatii erityisiä laitteita;

• laskennalliset menetelmät virheiden poissulkemiseksi;

• menetelmä vaikutusten kompensoimiseksi, jossa saavutetaan testijännitteen vektorien ja vaikutuskentän EMF:n kohdistus.

Tätä tarkoitusta varten jännitteensäätöpiiriin on sisällytetty vaiheensiirrin ja kun testikohde kytketään pois päältä, saavutetaan siltatasapaino. Vaihesäätimen puuttuessa tehokas toimenpide voi olla syöttää silta tästä kolmivaihejärjestelmän jännitteestä (napaisuus huomioon ottaen), jolloin mittaustulos on minimaalinen. Usein riittää, että mittaus suoritetaan neljä kertaa testijännitteen eri napaisuuksilla ja siltagalvanometrilla; Niitä käytetään sekä itsenäisesti että muilla menetelmillä saatujen tulosten parantamiseen.