Diëlektrische verliestangens, meting van diëlektrische verliesindex

Diëlektrisch verlies is de energie die in een isolatiemateriaal wordt gedissipeerd onder invloed van een elektrisch veld erop.

Het vermogen van een diëlektricum om energie in een elektrisch veld te dissiperen wordt meestal gekenmerkt door een hoek van diëlektrische verliezen en een tangens van een hoekdiëlektrisch verlies... In de test wordt het diëlektricum beschouwd als het diëlektricum van een condensator, de capaciteit en hoek waarvan worden gemeten. δ, ter aanvulling van de fasehoek tussen stroom en spanning in het capacitieve circuit tot 90 °. Deze hoek wordt de diëlektrische verlieshoek genoemd.

Bij een wisselspanning vloeit er een stroom in de isolatie, die in fase is met de aangelegde spanning onder een hoek ϕ (fig. 1), kleiner dan 90 graden. e-mail onder een kleine hoek δ, vanwege de aanwezigheid van actieve weerstand.

Rijst. 1.Vectordiagram van stromen door een diëlektricum met verliezen: U — spanning op het diëlektricum; I is de totale stroom door het diëlektricum; Ia, Ic — respectievelijk actieve en capacitieve componenten van de totale stroom; ϕ is de faseverschuivingshoek tussen de aangelegde spanning en de totale stroom; δ is de hoek tussen de totale stroom en zijn capacitieve component

De verhouding van de actieve component van de stroom Ia tot de capacitieve component Ic wordt de tangens van de diëlektrische verlieshoek genoemd en wordt uitgedrukt als een percentage:

In een ideaal diëlektricum zonder verliezen is de hoek δ = 0 en dienovereenkomstig tan δ = 0. Bevochtiging en andere isolatiedefecten veroorzaken een toename van de actieve component van de diëlektrische verliesstroom en tgδ. Omdat in dit geval de actieve component veel sneller groeit dan de capacitieve, geeft de tan δ-indicator de verandering in de isolatietoestand en verliezen daarin weer. Met een kleine hoeveelheid isolatie is het mogelijk om ontwikkelde lokale en geconcentreerde defecten te detecteren.

Diëlektrische verliestangensmeting

Om capaciteit en diëlektrische verlieshoek (of tgδ) te meten, wordt het equivalente circuit van een condensator weergegeven als een ideale condensator met een actieve weerstand in serie geschakeld (serieschakeling) of als een ideale condensator met een actieve weerstand parallel geschakeld (parallel circuit ).

Voor een serieschakeling is het actief vermogen:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Voor een parallelschakeling:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

waar B. - capaciteit van een ideale condensator, R - actieve weerstand.

De waarnemingshoek van diëlektrische verliezen overschrijdt gewoonlijk niet honderdsten of tienden van een eenheid (daarom wordt de hoek van diëlektrische verliezen meestal uitgedrukt als een percentage), dan 1 + tg2δ≈ 1, en verliezen voor seriële en parallelle equivalente circuits P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

De waarde van verliezen is evenredig met het kwadraat van de spanning en frequentie die op het diëlektricum wordt toegepast, waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van elektrische isolatiematerialen voor hoogspannings- en hoogfrequente apparatuur.

Met een toename van de spanning die op het diëlektricum wordt aangelegd tot een bepaalde waarde UО, begint de ionisatie van gas- en vloeistofinsluitingen in het diëlektricum, terwijl δ sterk begint toe te nemen als gevolg van extra verliezen veroorzaakt door ionisatie. Bij U1 wordt het gas geïoniseerd en gereduceerd (fig. 2).

Rijst. 2. Ionisatiecurve tgδ = f (U)

Gemiddeld diëlektrisch verlies tangens gemeten bij spanningen lager dan UО (typisch 3 - 10 kV) De spanning wordt gekozen om het testapparaat te vergemakkelijken terwijl voldoende instrumentgevoeligheid behouden blijft.

Dit betekent de tangens van diëlektrische verliezen (tgδ) genormaliseerd voor een temperatuur van 20 ° C, daarom moet de meting worden uitgevoerd bij temperaturen die dicht bij de genormaliseerde (10 — 20 ОС) liggen. In dit temperatuurbereik is de verandering in diëlektrische verliezen klein en voor sommige soorten isolatie kan de gemeten waarde zonder herberekening worden vergeleken met de genormaliseerde waarde voor 20 ° C.

Om de invloed van lekstromen en externe elektrostatische velden op de meetresultaten van het testobject en rond het meetcircuit te elimineren, zijn beveiligingsinrichtingen in de vorm van beschermringen en schermen geïnstalleerd.De aanwezigheid van geaarde afschermingen veroorzaakt strooicapaciteiten; om hun invloed te compenseren, wordt meestal de beveiligingsmethode gebruikt - spanning instelbaar in waarde en fase.

Ze zijn de meest voorkomende brug meetcircuits capaciteit tangens en diëlektrische verliezen.

Lokale defecten veroorzaakt door geleidende bruggen kunnen het beste worden gedetecteerd door de DC-isolatieweerstand te meten. De meting van tan δ wordt uitgevoerd met AC-bruggen van het type MD-16, P5026 (P5026M) of P595, die in wezen capaciteitsmeters zijn (Schering-brug). Een schematische weergave van de brug is te zien in afb. 3.

In dit schema worden de parameters van de isolatiestructuur bepaald die overeenkomen met het equivalente circuit met een serieschakeling van een verliesloze condensator C en een weerstand R, waarvoor tan δ = ωRC, waarbij ω de hoekfrequentie van het netwerk is.

Het meetproces bestaat uit het balanceren (balanceren) van het brugcircuit door achtereenvolgens de weerstand van de weerstand en de capaciteit van de condensatorbox aan te passen. Wanneer de brug in evenwicht is, zoals aangegeven door de meetinrichting P, is aan de gelijkheid voldaan. Als de waarde van de capaciteit C wordt uitgedrukt in microfarads, dan hebben we bij de industriële frequentie van het netwerk f = 50 Hz ω = 2πf = 100π en daarom tan δ% = 0,01πRC.

Een schematisch diagram van de P525-brug wordt getoond in Fig. 3.

Rijst. 3. Schematisch diagram van de AC-meetbrug P525

Meting is mogelijk voor spanningen tot 1 kV en boven 1 kV (3-10 kV), afhankelijk van de isolatieklasse en capaciteit van de locatie. Een spanningsmeettransformator kan als stroombron dienen. De brug wordt gebruikt met een externe luchtcondensator C0.Een schematisch diagram van de opname van de apparatuur bij het meten van tan δ wordt getoond in Fig. 4.

Rijst. 4. Aansluitschema van de testtransformator bij het meten van de tangens van de hoek van diëlektrische verliezen: S - schakelaar; TAB - aanpassing van de autotransformator; SAC — Polariteitsschakelaar voor testtransformator T

Er worden twee brugschakelcircuits gebruikt: de zogenaamde normaal of recht, waarbij het meetelement P wordt aangesloten tussen een van de elektroden van de geteste isolatiestructuur en de grond, en omgekeerd, waarbij het wordt aangesloten tussen de elektrode van de geteste isolatiestructuur. object en de hoogspanningsaansluiting van de brug. Het normale circuit wordt gebruikt wanneer beide elektroden geïsoleerd zijn van de aarde, omgekeerd - wanneer een van de elektroden stevig met de aarde is verbonden.

Er moet aan worden herinnerd dat in het laatste geval de afzonderlijke elementen van de brug onder volledige testspanning zullen staan. Meting is mogelijk bij spanningen tot 1 kV en boven 1 kV (3-10 kV), afhankelijk van de isolatieklasse en capaciteit van de locatie. Een spanningsmeettransformator kan als stroombron dienen.

De brug wordt gebruikt met een externe referentieluchtcondensator. De brug en de benodigde apparatuur worden dicht bij de testlocatie geplaatst en er wordt een hekwerk geplaatst. De draad die van de testtransformator T naar de modelcondensator C leidt, evenals de verbindingskabels van de brug P, die onder spanning staan, moeten minimaal 100-150 mm worden verwijderd van geaarde objecten. regelapparaat TAB ( LATR) moet op een afstand van minimaal 0,5 m van de brug staan.De brug-, transformator- en regelaarbehuizingen, evenals één aansluiting van de secundaire wikkeling van de transformator, moeten geaard zijn.

De indicator tan δ wordt vaak gemeten in het operationele schakelapparatuurgebied en aangezien er altijd een capacitieve verbinding is tussen het testobject en de schakelapparatuurelementen, vloeit de beïnvloedende stroom door het testobject. Deze stroom, die afhangt van de spanning en fase van de beïnvloedingsspanning en de totale capaciteit van de aansluiting, kan met name bij objecten met een kleine capaciteit, in het bijzonder doorvoeren (tot 1000-2000 pF).

Het balanceren van de brug gebeurt door herhaaldelijk de elementen van het brugcircuit en de beveiligingsspanning aan te passen, waarvoor de balansindicator in de diagonaal of tussen het scherm en de diagonaal is opgenomen. De brug wordt als gebalanceerd beschouwd als er geen stroom doorheen loopt met gelijktijdige opname van de balansindicator.

Ten tijde van het balanceren van de brug

Gde f is de frequentie van de wisselstroom die het circuit voedt

° Cx = (R4 / Rx) Co

Constante weerstand R4 wordt gelijk aan 104/π Ω gekozen. In dit geval is tgδ = C4, waarbij de capaciteit C4 wordt uitgedrukt in microfarads.

Als de meting is uitgevoerd met een frequentie f 'anders dan 50 Hz, dan is tgδ = (f '/ 50) C4

Wanneer de diëlektrische verliestangensmeting wordt uitgevoerd op kleine stukken kabel of monsters van isolatiemateriaal; vanwege hun lage capaciteit zijn elektronische versterkers nodig (bijvoorbeeld van het type F-50-1 met een versterking van ongeveer 60).Merk op dat de brug rekening houdt met het verlies in de draad die de brug met het testobject verbindt, en de gemeten diëlektrische verliestangenswaarde zal meer geldig zijn bij 2πfRzCx, waarbij Rz — weerstand van de draad.

Bij het meten volgens een omgekeerd brugschema staan ​​de instelbare elementen van het meetcircuit onder hoogspanning, daarom wordt de afstelling van de brugelementen ofwel op afstand uitgevoerd met behulp van isolatiestaven, ofwel wordt de bediener in een gemeenschappelijk scherm met meetapparatuur geplaatst. elementen.

De tangens van de diëlektrische verlieshoek van transformatoren en elektrische machines wordt gemeten tussen elke wikkeling en de behuizing met geaarde vrije wikkelingen.

Elektrische veldeffecten

Maak onderscheid tussen elektrostatische en elektromagnetische effecten van een elektrisch veld. Elektromagnetische invloeden zijn door volledige afscherming uitgesloten. De meetelementen zijn geplaatst in een metalen behuizing (bijv. bruggen P5026 en P595). Elektrostatische invloeden worden veroorzaakt door onder spanning staande delen van schakelapparatuur en hoogspanningsleidingen. De beïnvloedende spanningsvector kan elke positie innemen ten opzichte van de testspanningsvector.

Er zijn verschillende manieren om de invloed van elektrostatische velden op de resultaten van tan δ metingen te verminderen:

• uitschakelen van de spanning die het beïnvloedingsveld genereert. Deze methode is het meest effectief, maar niet altijd toepasbaar in termen van energievoorziening aan consumenten;

• het terugtrekken van het testobject uit het invloedsgebied. Het doel wordt bereikt, maar het transporteren van het object is ongewenst en niet altijd mogelijk;

• het meten van een andere frequentie dan 50 Hz. Het wordt zelden gebruikt omdat er speciale apparatuur voor nodig is;

• rekenmethoden voor het uitsluiten van fouten;

• een methode voor compensatie van invloeden, waarbij een uitlijning van de vectoren van de testspanning en de EMF van het beïnvloede veld wordt bereikt.

Hiervoor is een faseverschuiver in het spanningsregelcircuit opgenomen en wordt bij het uitschakelen van het testobject de brugbalans bereikt. Bij afwezigheid van een faseregelaar kan een effectieve maatregel zijn om de brug te voeden vanaf deze spanning van het draaistroomsysteem (rekening houdend met de polariteit), in welk geval het meetresultaat minimaal zal zijn. Vaak is het voldoende om de meting vier keer uit te voeren met verschillende polariteiten van de testspanning en een aangesloten bruggalvanometer; Ze worden zowel onafhankelijk gebruikt als om de resultaten van andere methoden te verbeteren.