Tangen kehilangan dielektrik, pengukuran indeks kehilangan dielektrik

Kehilangan dielektrik ialah tenaga yang terlesap dalam bahan penebat di bawah pengaruh medan elektrik di atasnya.

Keupayaan dielektrik untuk menghilangkan tenaga dalam medan elektrik biasanya dicirikan oleh sudut kehilangan dielektrik, dan tangen bagi kehilangan dielektrik sudut... Dalam ujian, dielektrik dianggap sebagai dielektrik kapasitor, kapasitansi dan sudut yang diukur. δ, melengkapkan sudut fasa antara arus dan voltan dalam litar kapasitif kepada 90 °. Sudut ini dipanggil sudut kehilangan dielektrik.

Dengan voltan berselang-seli, arus mengalir dalam penebat, yang berada dalam fasa dengan voltan yang dikenakan pada sudut ϕ (Rajah 1), kurang daripada 90 darjah. e-mel pada sudut kecil δ, kerana kehadiran rintangan aktif.

nasi. 1.Gambarajah vektor arus melalui dielektrik dengan kerugian: U — voltan pada dielektrik; I ialah jumlah arus melalui dielektrik; Ia, Ic — komponen aktif dan kapasitif bagi jumlah arus, masing-masing; ϕ ialah sudut anjakan fasa antara voltan yang dikenakan dan jumlah arus; δ ialah sudut antara jumlah arus dan komponen kapasitifnya

Nisbah komponen aktif arus Ia kepada komponen kapasitif Ic dipanggil tangen sudut kehilangan dielektrik dan dinyatakan sebagai peratusan:

Dalam dielektrik yang ideal tanpa kehilangan, sudut δ = 0 dan, dengan itu, tan δ = 0. Pembasahan dan kecacatan penebat lain menyebabkan peningkatan dalam komponen aktif arus kehilangan dielektrik dan tgδ. Oleh kerana dalam kes ini komponen aktif tumbuh lebih cepat daripada kapasitif, penunjuk tan δ mencerminkan perubahan dalam keadaan penebat dan kerugian di dalamnya. Dengan jumlah penebat yang kecil, adalah mungkin untuk mengesan kecacatan tempatan dan tertumpu yang dibangunkan.

Pengukuran tangen kehilangan dielektrik

Untuk mengukur kemuatan dan sudut kehilangan dielektrik (atau tgδ), litar setara kapasitor diwakili sebagai kapasitor ideal dengan rintangan aktif yang disambungkan secara bersiri (litar siri) atau sebagai kapasitor ideal dengan rintangan aktif disambung secara selari (litar selari. ).

Untuk litar bersiri, kuasa aktif ialah:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Untuk litar selari:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

di mana B. — kemuatan kapasitor ideal; R — rintangan aktif.

Sudut deria kehilangan dielektrik biasanya tidak melebihi perseratus atau persepuluh kesatuan (oleh itu sudut kerugian dielektrik biasanya dinyatakan sebagai peratusan), kemudian 1 + tg2δ≈ 1, dan kerugian untuk litar setara siri dan selari P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

Nilai kerugian adalah berkadar dengan kuasa dua voltan dan kekerapan yang digunakan pada dielektrik, yang mesti diambil kira apabila memilih bahan penebat elektrik untuk peralatan voltan tinggi dan frekuensi tinggi.

Dengan peningkatan dalam voltan yang digunakan pada dielektrik kepada nilai UО tertentu, pengionan kemasukan gas dan cecair yang terdapat dalam dielektrik bermula, manakala δ mula meningkat dengan mendadak disebabkan oleh kerugian tambahan yang disebabkan oleh pengionan. Pada U1, gas terion dan dikurangkan (Rajah 2).

nasi. 2. Keluk pengionan tgδ = f (U)

Purata tangen kehilangan dielektrik diukur pada voltan yang lebih rendah daripada UО (biasanya 3 — 10 kV). Voltan dipilih untuk memudahkan peranti ujian sambil mengekalkan sensitiviti instrumen yang mencukupi.

Bermaksud tangen kehilangan dielektrik (tgδ) dinormalkan untuk suhu 20 ° C, oleh itu pengukuran harus dilakukan pada suhu yang hampir dengan yang dinormalisasi (10 — 20 ОС). Dalam julat suhu ini, perubahan kehilangan dielektrik adalah kecil, dan untuk beberapa jenis penebat, nilai yang diukur boleh dibandingkan tanpa pengiraan semula dengan nilai normal untuk 20 ° C.

Untuk menghapuskan pengaruh arus bocor dan medan elektrostatik luaran pada hasil pengukuran objek ujian dan di sekeliling litar pengukur, peranti pelindung dalam bentuk cincin pelindung dan skrin dipasang.Kehadiran perisai yang dibumikan menyebabkan kapasitansi sesat; untuk mengimbangi pengaruhnya, kaedah perlindungan biasanya digunakan — voltan boleh laras dalam nilai dan fasa.

Mereka adalah yang paling biasa litar pengukur jambatan kemuatan tangen dan kehilangan dielektrik.

Kecacatan tempatan yang disebabkan oleh jambatan konduktif paling baik dikesan dengan mengukur rintangan penebat DC. Pengukuran tan δ dilakukan dengan jambatan AC jenis MD-16, P5026 (P5026M) atau P595, yang pada asasnya adalah meter kapasitans (jambatan Schering). Gambarajah skematik jambatan ditunjukkan dalam Rajah. 3.

Dalam skema ini, parameter struktur pengasingan yang sepadan dengan litar setara dengan sambungan siri kapasitor tanpa kehilangan C dan perintang R ditentukan, yang mana tan δ = ωRC, di mana ω ialah frekuensi sudut rangkaian.

Proses pengukuran terdiri dalam mengimbangi (mengimbangi) litar jambatan dengan melaraskan rintangan perintang dan kemuatan kotak kapasitor secara berturut-turut. Apabila jambatan berada dalam keseimbangan, seperti yang ditunjukkan oleh alat pengukur P, kesamaan itu dipenuhi. Jika nilai kapasitans C dinyatakan dalam mikrofarad, maka pada frekuensi industri rangkaian f = 50 Hz kita akan mempunyai ω = 2πf = 100π dan oleh itu tan δ% = 0.01πRC.

Gambar rajah skematik jambatan P525 ditunjukkan dalam Rajah. 3.

nasi. 3. Gambarajah skematik jambatan pengukur AC P525

Pengukuran adalah mungkin untuk voltan sehingga 1 kV dan ke atas 1 kV (3-10 kV), bergantung pada kelas penebat dan kapasiti tapak. Transformer penyukat voltan boleh berfungsi sebagai sumber kuasa. Jambatan itu digunakan dengan kapasitor udara luaran C0.Gambarajah skematik kemasukan peralatan apabila mengukur tan δ ditunjukkan dalam Rajah. 4.

nasi. 4. Gambar rajah sambungan pengubah ujian apabila mengukur tangen sudut kehilangan dielektrik: S — suis; TAB — pelarasan autotransformer; SAC — Suis Kekutuban untuk Pengubah Ujian T

Dua litar pensuisan jambatan digunakan: apa yang dipanggil normal atau lurus, di mana elemen pengukur P disambungkan antara salah satu elektrod struktur penebat yang diuji dan tanah, dan terbalik, di mana ia disambungkan antara elektrod yang diuji. objek dan terminal voltan tinggi jambatan. Litar biasa digunakan apabila kedua-dua elektrod diasingkan dari tanah, diterbalikkan - apabila salah satu elektrod disambung dengan kukuh ke tanah.

Perlu diingat bahawa dalam kes kedua, elemen individu jambatan akan berada di bawah ketegangan ujian penuh. Pengukuran boleh dilakukan pada voltan sehingga 1 kV dan ke atas 1 kV (3-10 kV), bergantung pada kelas penebat dan kapasiti tapak. Transformer penyukat voltan boleh berfungsi sebagai sumber kuasa.

Jambatan itu digunakan dengan kapasitor udara rujukan luaran. Jambatan dan peralatan yang diperlukan diletakkan berdekatan dengan tapak ujian dan pagar dipasang. Wayar yang membawa dari pengubah ujian T ke kapasitor model C, serta kabel penyambung jambatan P, yang berada di bawah voltan, mesti dikeluarkan daripada objek yang dibumikan sekurang-kurangnya 100-150 mm. Pengubah T dannya alat pengawal selia TAB ( LATR) mestilah berada pada jarak sekurang-kurangnya 0.5 m dari jambatan.Jambatan, perumah pengubah dan pengawal selia, serta satu terminal penggulungan sekunder pengubah, mesti dibumikan.

Penunjuk tan δ sering diukur dalam kawasan suis operasi, dan kerana sentiasa ada sambungan kapasitif antara objek ujian dan elemen suis, arus pengaruh mengalir melalui objek ujian. Arus ini, yang bergantung kepada voltan dan fasa voltan yang mempengaruhi dan jumlah kapasitansi sambungan, boleh membawa kepada penilaian yang salah terhadap keadaan penebat, terutamanya pada objek dengan kapasitansi kecil, khususnya sesendal (sehingga 1000-2000 pF).

Mengimbangi jambatan dilakukan dengan melaraskan elemen litar jambatan dan voltan pelindung berulang kali, yang mana penunjuk imbangan disertakan sama ada dalam pepenjuru atau antara skrin dan pepenjuru. Jambatan dianggap seimbang jika tiada arus melaluinya dengan kemasukan serentak penunjuk keseimbangan.

Pada masa pengimbangan jambatan

Gde f ialah kekerapan arus ulang alik yang membekalkan litar

° Cx = (R4 / Rx) Co

Rintangan malar R4 dipilih bersamaan dengan 104/π Ω Dalam kes ini tgδ = C4, di mana kemuatan C4 dinyatakan dalam mikrofarad.

Jika pengukuran dibuat dengan frekuensi f 'selain daripada 50Hz, maka tgδ = (f'/ 50) C4

Apabila pengukuran tangen kehilangan dielektrik dilakukan pada bahagian kecil kabel atau sampel bahan penebat; kerana kapasitinya yang rendah, penguat elektronik diperlukan (contohnya, jenis F-50-1 dengan keuntungan kira-kira 60).Ambil perhatian bahawa jambatan mengambil kira kehilangan dalam wayar yang menyambungkan jambatan ke objek ujian, dan nilai tangen kehilangan dielektrik yang diukur akan lebih sah pada 2πfRzCx, di mana Rz — rintangan wayar.

Apabila mengukur mengikut skema jambatan terbalik, elemen boleh laras litar pengukur berada di bawah voltan tinggi, oleh itu pelarasan elemen jambatan dijalankan sama ada pada jarak menggunakan rod penebat, atau operator diletakkan dalam skrin biasa dengan ukuran elemen.

Tangen sudut kehilangan dielektrik transformer dan mesin elektrik diukur antara setiap belitan dan perumah dengan belitan bebas dibumikan.

Kesan medan elektrik

Membezakan antara kesan elektrostatik dan elektromagnet medan elektrik. Pengaruh elektromagnet dikecualikan oleh perisai penuh. Elemen pengukur diletakkan di dalam perumah logam (cth. jambatan P5026 dan P595). Pengaruh elektrostatik dicipta oleh bahagian hidup suis dan talian kuasa. Vektor voltan yang mempengaruhi boleh menduduki sebarang kedudukan berkenaan dengan vektor voltan ujian.

Terdapat beberapa cara untuk mengurangkan pengaruh medan elektrostatik pada hasil pengukuran tan δ:

• mematikan voltan yang menjana medan pengaruh. Kaedah ini adalah yang paling berkesan, tetapi tidak selalu terpakai dari segi bekalan tenaga kepada pengguna;

• menarik balik objek ujian dari kawasan pengaruh. Matlamat tercapai, tetapi mengangkut objek tidak diingini dan tidak selalu mungkin;

• mengukur frekuensi selain daripada 50 Hz. Ia jarang digunakan kerana memerlukan peralatan khas;

• kaedah pengiraan untuk pengecualian ralat;

• kaedah pampasan pengaruh, di mana penjajaran vektor voltan ujian dan EMF medan terjejas dicapai.

Untuk tujuan ini, penukar fasa disertakan dalam litar kawal selia voltan dan, apabila objek ujian dimatikan, keseimbangan jambatan dicapai. Sekiranya tiada pengawal selia fasa, langkah yang berkesan adalah untuk membekalkan jambatan daripada voltan sistem tiga fasa ini (dengan mengambil kira kekutuban), dalam hal ini hasil pengukuran akan menjadi minimum. Ia selalunya mencukupi untuk menjalankan pengukuran empat kali dengan kekutuban berbeza voltan ujian dan galvanometer jambatan disambungkan; Mereka digunakan secara bebas dan untuk meningkatkan hasil yang diperolehi oleh kaedah lain.