Dielektromos veszteségtangens, dielektromos veszteségindex mérés

A dielektromos veszteség a szigetelőanyagban az elektromos tér hatására disszipált energia.

A dielektrikum elektromos térben való energialeadási képességét általában a dielektromos veszteségek szöge, a szögdielektromos veszteség érintője jellemzi... A vizsgálat során a dielektrikum egy kondenzátor dielektrikumának tekinthető, a amelynek kapacitását és szögét mérik. δ, kiegészítve az áram és a feszültség közötti fázisszöget a kapacitív áramkörben 90 °-ra. Ezt a szöget dielektromos veszteségszögnek nevezzük.

Váltakozó feszültség mellett áram folyik a szigetelésben, amely fázisban van a rákapcsolt feszültséggel ϕ (1. ábra), 90 foknál kisebb szögben. e-mail kis szögben δ, az aktív ellenállás jelenléte miatt.

Rizs. 1.A veszteséges dielektrikumon átmenő áramok vektordiagramja: U — feszültség a dielektrikumon; I a dielektrikumon átmenő teljes áram; Ia, Ic - a teljes áram aktív és kapacitív összetevői; ϕ az alkalmazott feszültség és a teljes áram közötti fáziseltolási szög; δ a teljes áram és a kapacitív komponens közötti szög

Az Ia áram aktív komponensének az Ic kapacitív komponenshez viszonyított arányát a dielektromos veszteségszög tangensének nevezzük, és százalékban fejezzük ki:

Egy ideális, veszteség nélküli dielektrikumban a δ = 0 szög és ennek megfelelően a tan δ = 0. A nedvesedés és egyéb szigetelési hibák a dielektromos veszteségáram aktív komponensének és a tgδ növekedését okozzák. Mivel ebben az esetben az aktív komponens sokkal gyorsabban növekszik, mint a kapacitív, a tan δ mutató a szigetelési állapot változását és a benne lévő veszteségeket tükrözi. Kis mennyiségű szigeteléssel lehetséges a kialakult lokális és koncentrált hibák észlelése.

Dielektromos veszteség érintő mérése

A kapacitás és a dielektromos veszteségszög (vagy tgδ) mérésére a kondenzátor ekvivalens áramkörét ideális kondenzátorként ábrázolják sorba kapcsolt aktív ellenállással (soros áramkör), vagy ideális kondenzátorként párhuzamosan kapcsolt aktív ellenállással (párhuzamos áramkör). ).

Soros áramkör esetén az aktív teljesítmény:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Párhuzamos áramkör esetén:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

ahol B – ideális kondenzátor kapacitása, R – aktív ellenállás.

A dielektromos veszteségek érzékelési szöge általában nem haladja meg az egység századrészét vagy tizedrészét (ezért a dielektromos veszteségek szögét általában százalékban fejezik ki), ekkor 1 + tg2δ≈ 1, soros és párhuzamos ekvivalens áramkörök veszteségei pedig P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

A veszteségek értéke arányos a dielektrikumra adott feszültség és frekvencia négyzetével, amit figyelembe kell venni a nagyfeszültségű és nagyfrekvenciás berendezések elektromos szigetelőanyagainak kiválasztásakor.

A dielektrikumra alkalmazott feszültség egy bizonyos UО értékre történő növekedésével a dielektrikumban lévő gáz- és folyadékzárványok ionizációja megkezdődik, míg δ az ionizáció okozta további veszteségek miatt hirtelen növekedni kezd. Az U1-nél a gáz ionizálódik és redukálódik (2. ábra).

Rizs. 2. Ionizációs görbe tgδ = f (U)

Átlagos dielektromos veszteség-tangens UО-nél (általában 3–10 kV) kisebb feszültségeknél mérve A feszültséget úgy választják meg, hogy megkönnyítse a vizsgálóeszközt, miközben a műszer megfelelő érzékenysége megmarad.

A dielektromos veszteségek tangense (tgδ) 20 °C hőmérsékletre normalizálva, ezért a mérést a normalizálthoz (10 — 20 ОС) közeli hőmérsékleten kell elvégezni. Ebben a hőmérséklet-tartományban a dielektromos veszteségek változása kicsi, és bizonyos típusú szigeteléseknél a mért érték újraszámítás nélkül összehasonlítható a 20 ° C-ra normalizált értékkel.

A szivárgó áramok és a külső elektrosztatikus mezők hatásának kiküszöbölése érdekében a vizsgált objektum mérési eredményeire és a mérőkör körül védőgyűrűk és képernyők formájában védőeszközöket kell felszerelni.A földelt pajzsok jelenléte szórt kapacitásokat okoz; hatásuk kompenzálására általában a védelmi módszert alkalmazzák - értékben és fázisban állítható feszültség.

Ezek a leggyakoribbak híd mérőáramkörök kapacitástangens és dielektromos veszteségek.

A vezetőképes hidak által okozott helyi hibákat legjobban a DC szigetelési ellenállás mérésével lehet kimutatni. A tan δ mérését MD-16, P5026 (P5026M) vagy P595 típusú váltakozó áramú hidakkal végezzük, amelyek alapvetően kapacitásmérők (Schering-híd). A híd sematikus diagramja az ábrán látható. 3.

Ebben a sémában a veszteségmentes C kondenzátor és R ellenállás soros kapcsolásával ekvivalens áramkörnek megfelelő leválasztási struktúra paramétereit határozzuk meg, amelyekre tan δ = ωRC, ahol ω a hálózat szögfrekvenciája.

A mérési folyamat a hídáramkör kiegyensúlyozásából (kiegyensúlyozásából) áll az ellenállás ellenállásának és a kondenzátordoboz kapacitásának egymás utáni beállításával. Ha a híd egyensúlyban van, amint azt a P mérőeszköz jelzi, az egyenlőség teljesül. Ha a C kapacitás értékét mikrofaradokban fejezzük ki, akkor a hálózat f = 50 Hz ipari frekvenciáján ω = 2πf = 100π lesz, és ezért tan δ% = 0,01πRC.

A P525-ös híd sematikus diagramja az ábrán látható. 3.

Rizs. 3. A P525 váltakozó áramú mérőhíd sematikus diagramja

A mérés 1 kV-ig és 1 kV (3-10 kV) feletti feszültségig lehetséges, a helyszín szigetelési osztályától és kapacitásától függően. Áramforrásként egy feszültségmérő transzformátor szolgálhat. A hidat külső C0 légkondenzátorral használják.ábrán látható a berendezés bevonásának sematikus diagramja a tan δ mérésekor. 4.

Rizs. 4. A próbatranszformátor kapcsolási rajza a dielektromos veszteségek szögének tangensének mérésekor: S — kapcsoló; TAB – autotranszformátor beállítása; SAC – polaritáskapcsoló a T teszttranszformátorhoz

Két hídkapcsoló áramkört alkalmaznak: az úgynevezett normál vagy egyenes, amelyben a P mérőelem a vizsgált szigetelőszerkezet egyik elektródája és a föld között van összekötve, és fordított, ahol a vizsgált elektródája közé csatlakozik. objektum és a híd nagyfeszültségű kapcsa. A normál áramkört akkor használják, ha mindkét elektróda le van választva a földről, fordítva - amikor az egyik elektróda szilárdan csatlakozik a földhöz.

Emlékeztetni kell arra, hogy ez utóbbi esetben a híd egyes elemei teljes próbafeszültség alatt állnak. A mérés 1 kV-ig és 1 kV (3-10 kV) feletti feszültségen lehetséges, a helyszín szigetelési osztályától és kapacitásától függően. Áramforrásként egy feszültségmérő transzformátor szolgálhat.

A hidat külső referencialevegő-kondenzátorral használják. A hidat és a szükséges felszereléseket a vizsgálati helyszín közvetlen közelében helyezik el, és kerítést helyeznek el. A T próbatranszformátortól a C modellkondenzátorhoz vezető vezetéket, valamint a P híd feszültség alatt lévő csatlakozókábeleit a földelt tárgyakról legalább 100-150 mm-rel el kell távolítani A T transzformátor és annak A TAB ( LATR) szabályozó berendezésnek a hídtól legalább 0,5 m távolságra kell lennie.A híd, a transzformátor és a szabályozó házát, valamint a transzformátor szekunder tekercsének egyik kivezetését földelni kell.

A tan δ jelzőt gyakran az üzemi kapcsolóberendezés területén mérik, és mivel mindig van kapacitív kapcsolat a vizsgált tárgy és a kapcsolóberendezés elemei között, a befolyásoló áram a vizsgált objektumon keresztül folyik. Ez az áramerősség, amely a befolyásoló feszültség feszültségétől és fázisától, valamint a csatlakozás teljes kapacitásától függ, a szigetelés állapotának helytelen értékeléséhez vezethet, különösen kis kapacitású tárgyakon, különösen perselyeken (1000-2000-ig). pF).

A híd kiegyensúlyozása a hídáramkör elemeinek és a védőfeszültség ismételt beállításával történik, amelyhez az egyensúlyjelzőt vagy az átlóban, vagy a képernyő és az átló között szerepel. A híd akkor tekinthető kiegyensúlyozottnak, ha nincs rajta áram az egyensúlyjelző egyidejű bevonásával.

A hídegyensúlyozás idején

Gde f az áramkört tápláló váltakozó áram frekvenciája

° Cx = (R4 / Rx) Co

Az R4 állandó ellenállást 104/π Ω értéknek választjuk. Ebben az esetben tgδ = C4, ahol a C4 kapacitást mikrofaradokban fejezzük ki.

Ha a mérés 50 Hz-től eltérő f 'frekvenciával történt, akkor tgδ = (f '/ 50) C4

Ha a dielektromos veszteség érintő mérését kis kábelszakaszokon vagy szigetelőanyag-mintákon végzik el; kis kapacitásuk miatt szükség van elektronikus erősítőkre (például F-50-1 típusúra, kb. 60-as erősítéssel).Vegye figyelembe, hogy a híd figyelembe veszi a hidat a vizsgálandó objektummal összekötő vezetékben a veszteséget, és a mért dielektromos veszteség érintő értéke érvényesebb 2πfRzCx-nél, ahol Rz – a vezeték ellenállása.

Fordított híd séma szerinti méréskor a mérőkör állítható elemei nagy feszültség alatt vannak, ezért a hídelemek beállítását vagy távolról, szigetelőrudak segítségével, vagy a kezelőt egy közös képernyőbe helyezik méréssel. elemeket.

A transzformátorok és elektromos gépek dielektromos veszteségszögének tangensét az egyes tekercsek és a ház között földelt szabad tekercsekkel mérjük.

Elektromos térhatások

Az elektromos tér elektrosztatikus és elektromágneses hatásainak megkülönböztetése. A teljes árnyékolás kizárja az elektromágneses hatásokat. A mérőelemek fémházba vannak helyezve (pl. P5026 és P595 hidak). Az elektrosztatikus hatásokat a kapcsolóberendezések és az elektromos vezetékek feszültség alatt álló részei okozzák. A befolyásoló feszültségvektor bármilyen pozíciót elfoglalhat a tesztfeszültség vektorhoz képest.

Számos módja van az elektrosztatikus mezők hatásának csökkentésére a tan δ mérések eredményeire:

• a befolyásoló mezőt létrehozó feszültség kikapcsolása. Ez a módszer a leghatékonyabb, de nem mindig alkalmazható a fogyasztók energiaellátása szempontjából;

• a vizsgálandó tárgy kivonása a hatásterületről. A cél megvalósul, de a tárgy szállítása nem kívánatos és nem mindig lehetséges;

• 50 Hz-től eltérő frekvenciát mérnek. Ritkán használják, mert speciális felszerelést igényel;

• számítási módszerek hibakizárásra;

• a hatások kompenzálásának módszere, amelyben a tesztfeszültség és az érintett mező EMF-je vektorainak összehangolása érhető el.

Ebből a célból a feszültségszabályozó áramkörbe egy fázisváltó kerül beépítésre, és a vizsgálandó tárgy kikapcsolásakor a hídegyensúly létrejön. Fázisszabályzó hiányában hatékony intézkedés lehet a háromfázisú rendszer ezen feszültségéről táplálni a hidat (a polaritás figyelembevételével), ekkor a mérési eredmény minimális lesz. Gyakran elegendő négyszer elvégezni a mérést a tesztfeszültség különböző polaritásával és csatlakoztatott hídgalvanométerrel; Mind önállóan, mind a más módszerekkel kapott eredmények javítására használják.