Dielektrisk tabstangent, dielektrisk tabsindeksmåling

Dielektrisk tab er den energi, der spredes i et isolerende materiale under påvirkning af et elektrisk felt på det.

Et dielektrikums evne til at sprede energi i et elektrisk felt er sædvanligvis karakteriseret ved en vinkel af dielektriske tab, og en tangens af et vinkel dielektrisk tab... I testen anses dielektrikumet for at være dielektrikumet af en kondensator, kapacitans og vinkel måles. δ, der komplementerer fasevinklen mellem strøm og spænding i det kapacitive kredsløb til 90 °. Denne vinkel kaldes den dielektriske tabsvinkel.

Med en vekselspænding løber en strøm i isoleringen, som er i fase med den påførte spænding i en vinkel ϕ (fig. 1), mindre end 90 grader. e-mail i en lille vinkel δ, på grund af tilstedeværelsen af ​​aktiv modstand.

Ris. 1.Vektordiagram af strømme gennem et dielektrikum med tab: U — spænding på dielektrikumet; I er den samlede strøm gennem dielektrikumet; Ia, Ic — henholdsvis aktive og kapacitive komponenter af den samlede strøm; ϕ er faseforskydningsvinklen mellem den påtrykte spænding og den samlede strøm; δ er vinklen mellem den samlede strøm og dens kapacitive komponent

Forholdet mellem den aktive komponent af strømmen Ia og den kapacitive komponent Ic kaldes tangenten af ​​den dielektriske tabsvinkel og udtrykkes som en procentdel:

I et ideelt dielektrikum uden tab er vinklen δ = 0 og følgelig tan δ = 0. Befugtning og andre isolationsdefekter forårsager en stigning i den aktive komponent af den dielektriske tabsstrøm og tgδ. Da den aktive komponent i dette tilfælde vokser meget hurtigere end den kapacitive, afspejler tan δ-indikatoren ændringen i isoleringstilstanden og tab i den. Med en lille mængde isolering er det muligt at opdage udviklede lokale og koncentrerede defekter.

Tangentmåling af dielektrisk tab

For at måle kapacitans og dielektrisk tabsvinkel (eller tgδ) er det ækvivalente kredsløb af en kondensator repræsenteret som en ideel kondensator med en aktiv modstand forbundet i serie (seriekredsløb) eller som en ideel kondensator med en aktiv modstand forbundet parallelt (parallel kredsløb ).

For et seriekredsløb er den aktive effekt:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

For et parallelt kredsløb:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

hvor B. — kapacitans af en ideel kondensator R — aktiv modstand.

Følelsesvinklen for dielektriske tab overstiger sædvanligvis ikke hundrededele eller tiendedele af enhed (derfor vinkel for dielektriske tab normalt udtrykt som en procentdel), derefter 1 + tg2δ≈ 1, og tab for serie- og parallelækvivalente kredsløb P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

Værdien af ​​tab er proportional med kvadratet af den spænding og frekvens, der påføres dielektrikumet, hvilket skal tages i betragtning ved valg af elektriske isoleringsmaterialer til højspændings- og højfrekvent udstyr.

Med en stigning i spændingen påført dielektrikumet til en vis værdi UО, begynder ioniseringen af ​​gas- og væskeindeslutninger, der er til stede i dielektrikumet, mens δ begynder at stige kraftigt på grund af yderligere tab forårsaget af ionisering. Ved U1 ioniseres og reduceres gassen (fig. 2).

Ris. 2. Ioniseringskurve tgδ = f (U)

Gennemsnitlig tangens for dielektrisk tab målt ved spændinger lavere end UО (typisk 3 - 10 kV) Spændingen er valgt for at lette testanordningen, samtidig med at der opretholdes tilstrækkelig instrumentfølsomhed.

Det betyder, at tangenten af ​​dielektriske tab (tgδ) normaliseret til en temperatur på 20 ° C, derfor bør målingen udføres ved temperaturer tæt på de normaliserede (10 — 20 ОС). I dette temperaturområde er ændringen i dielektriske tab lille, og for nogle typer isolering kan den målte værdi sammenlignes uden genberegning med den normaliserede værdi for 20 ° C.

For at eliminere påvirkningen af ​​lækstrømme og eksterne elektrostatiske felter på måleresultaterne af testobjektet og omkring målekredsløbet er der installeret beskyttelsesanordninger i form af beskyttelsesringe og skærme.Tilstedeværelsen af ​​jordede skjolde forårsager omstrejfende kapacitanser; for at kompensere for deres indflydelse bruges beskyttelsesmetoden normalt - spænding justerbar i værdi og fase.

De er de mest almindelige bro målekredsløb kapacitanstangens og dielektriske tab.

Lokale defekter forårsaget af ledende broer opdages bedst ved at måle DC-isolationsmodstanden. Målingen af ​​tan δ udføres med AC-broer af typerne MD-16, P5026 (P5026M) eller P595, som i det væsentlige er kapacitansmålere (Schering-broen). Et skematisk diagram af broen er vist i fig. 3.

I dette skema bestemmes parametrene for isolationsstrukturen svarende til det ækvivalente kredsløb med en serieforbindelse af en tabsfri kondensator C og en modstand R, for hvilken tan δ = ωRC, hvor ω er netværkets vinkelfrekvens.

Måleprocessen består i at balancere (afbalancere) brokredsløbet ved successivt at justere modstanden af ​​modstanden og kapacitansen af ​​kondensatorboksen. Når broen er i ligevægt, som angivet af måleapparatet P, er ligheden opfyldt. Hvis værdien af ​​kapacitansen C udtrykkes i mikrofarader, vil vi ved netværkets industrielle frekvens f = 50 Hz have ω = 2πf = 100π og derfor tan δ% = 0,01πRC.

Et skematisk diagram af P525-broen er vist i fig. 3.

Ris. 3. Skematisk diagram af AC-målebroen P525

Måling er mulig for spændinger op til 1 kV og over 1 kV (3-10 kV), afhængigt af isoleringsklasse og kapacitet på stedet. En spændingsmåletransformator kan tjene som strømkilde. Broen bruges med en ekstern luftkondensator C0.Et skematisk diagram over inddragelsen af ​​udstyret ved måling af tan δ er vist i fig. 4.

Ris. 4. Tilslutningsdiagram af testtransformatoren ved måling af tangenten af ​​vinklen for dielektriske tab: S — switch; TAB — Autotransformerjustering; SAC — Polaritetskontakt til Test Transformer T

Der anvendes to brokoblingskredsløb: den såkaldte normal eller lige, hvor måleelementet P er forbundet mellem en af ​​elektroderne på den testede isoleringsstruktur og jorden, og inverteret, hvor det er forbundet mellem elektroden på den testede objekt og broens højspændingsterminal. Det normale kredsløb bruges, når begge elektroder er isoleret fra jorden, omvendt - når en af ​​elektroderne er solidt forbundet til jorden.

Det skal huskes, at i sidstnævnte tilfælde vil broens enkelte elementer være under fuld testspænding. Måling er mulig ved spændinger op til 1 kV og over 1 kV (3-10 kV), afhængig af isoleringsklasse og kapacitet på stedet. En spændingsmåletransformator kan tjene som strømkilde.

Broen bruges med en ekstern referenceluftkondensator. Broen og det nødvendige udstyr placeres i umiddelbar nærhed af testpladsen og et hegn monteres. Ledningen, der fører fra testtransformatoren T til modelkondensatoren C, samt tilslutningskablerne til broen P, som er under spænding, skal fjernes fra jordede genstande med mindst 100-150 mm.. Transformatoren T og dens reguleringsanordning TAB ( LATR) skal være i en afstand af mindst 0,5 m fra broen.Bro-, transformer- og regulatorhusene samt en terminal på transformerens sekundærvikling skal jordes.

Indikatoren tan δ måles ofte i det operationelle koblingsanlæg, og da der altid er en kapacitiv forbindelse mellem testobjektet og koblingselementerne, løber den påvirkende strøm gennem testobjektet. Denne strøm, som afhænger af påvirkningsspændingens spænding og fase og forbindelsens samlede kapacitans, kan føre til en forkert vurdering af isoleringstilstanden, især på genstande med en lille kapacitans, især bøsninger (op til 1000-2000) pF).

Balancering af broen sker ved gentagne gange at justere brokredsens elementer og beskyttelsesspændingen, for hvilken balanceindikatoren er inkluderet enten i diagonalen eller mellem skærmen og diagonalen. Broen anses for at være afbalanceret, hvis der ikke er nogen strøm gennem den med samtidig medtagelse af balanceindikatoren.

På tidspunktet for brobalancering

Gde f er frekvensen af ​​den vekselstrøm, der forsyner kredsløbet

° Cx = (R4 / Rx) Co

Konstant modstand R4 er valgt lig med 104/π Ω I dette tilfælde tgδ = C4, hvor kapacitansen C4 er udtrykt i mikrofarader.

Hvis målingen blev foretaget med en frekvens f 'andre end 50Hz, så er tgδ = (f '/ 50) C4

Når tangensmålingen af ​​dielektrisk tab udføres på små sektioner af kabel eller prøver af isoleringsmaterialer; på grund af deres lave kapacitet er elektroniske forstærkere nødvendige (for eksempel af typen F-50-1 med en forstærkning på ca. 60).Bemærk, at broen tager hensyn til tabet i den ledning, der forbinder broen med testobjektet, og den målte dielektriske tabs tangentværdi vil være mere gyldig ved 2πfRzCx, hvor Rz — ledningens modstand.

Ved måling i henhold til et omvendt broskema er de justerbare elementer i målekredsløbet under højspænding, derfor udføres justeringen af ​​broelementerne enten på afstand ved hjælp af isoleringsstænger, eller operatøren placeres i en fælles skærm med måling elementer.

Tangensen af ​​den dielektriske tabsvinkel for transformere og elektriske maskiner måles mellem hver vikling og huset med jordede frie viklinger.

Elektriske felteffekter

Skelne mellem elektrostatiske og elektromagnetiske effekter af et elektrisk felt. Elektromagnetiske påvirkninger er udelukket ved fuld afskærmning. Måleelementerne er placeret i et metalhus (f.eks. broer P5026 og P595). Elektrostatiske påvirkninger skabes af strømførende dele af koblingsudstyr og elledninger. Påvirkningsspændingsvektoren kan indtage enhver position i forhold til testspændingsvektoren.

Der er flere måder at reducere indflydelsen af ​​elektrostatiske felter på resultaterne af tan δ-målinger på:

• afbryde den spænding, der genererer påvirkningsfeltet. Denne metode er den mest effektive, men ikke altid anvendelig med hensyn til energiforsyning til forbrugerne;

• at trække testobjektet tilbage fra indflydelsesområdet. Målet er nået, men at transportere objektet er uønsket og ikke altid muligt;

• måler en anden frekvens end 50 Hz. Det bruges sjældent, fordi det kræver specialudstyr;

• beregningsmetoder til fejludelukkelse;

• en metode til kompensation af påvirkninger, hvor der opnås en justering af vektorerne for testspændingen og EMF for det berørte felt.

Til dette formål er en faseskifter inkluderet i spændingsreguleringskredsløbet, og når testobjektet er slukket, opnås brobalancen. I mangel af en faseregulator kan en effektiv foranstaltning være at forsyne broen fra denne spænding i trefasesystemet (under hensyntagen til polariteten), i hvilket tilfælde måleresultatet vil være minimalt. Det er ofte tilstrækkeligt at udføre målingen fire gange med forskellige polariteter af testspændingen og et brogalvanometer tilsluttet; De bruges både uafhængigt og til at forbedre resultaterne opnået ved andre metoder.