Tangent de pèrdua dielèctrica, mesura de l'índex de pèrdua dielèctrica

La pèrdua dielèctrica és l'energia dissipada en un material aïllant sota la influència d'un camp elèctric sobre ell.

La capacitat d'un dielèctric per dissipar energia en un camp elèctric es caracteritza normalment per un angle de pèrdues dielèctriques, i una tangent d'un angle de pèrdua dielèctrica... En la prova, el dielèctric es considera com el dielèctric d'un condensador, el la capacitat i l'angle de la qual es mesuren. δ, complementant l'angle de fase entre el corrent i la tensió al circuit capacitiu a 90 °. Aquest angle s'anomena angle de pèrdua dielèctrica.

Amb una tensió alterna, circula un corrent per l'aïllament, que està en fase amb la tensió aplicada en un angle ϕ (Fig. 1), inferior a 90 graus. correu electrònic amb un petit angle δ, a causa de la presència de resistència activa.

Arròs. 1.Diagrama vectorial de corrents a través d'un dielèctric amb pèrdues: U — voltatge sobre el dielèctric; I és el corrent total a través del dielèctric; Ia, Ic — components actius i capacitius del corrent total, respectivament; ϕ és l'angle de desfasament entre la tensió aplicada i el corrent total; δ és l'angle entre el corrent total i la seva component capacitiva

La relació entre la component activa del corrent Ia i la component capacitiva Ic s'anomena tangent de l'angle de pèrdua dielèctrica i s'expressa com a percentatge:

En un dielèctric ideal sense pèrdues, l'angle δ = 0 i, en conseqüència, tan δ = 0. La humectació i altres defectes d'aïllament provoquen un augment del component actiu del corrent de pèrdua dielèctrica i tgδ. Com que en aquest cas el component actiu creix molt més ràpid que el capacitiu, l'indicador tan δ reflecteix el canvi en l'estat d'aïllament i les pèrdues en ell. Amb una petita quantitat d'aïllament, és possible detectar defectes locals i concentrats desenvolupats.

Mesura de la tangent de pèrdues dielèctriques

Per mesurar la capacitat i l'angle de pèrdua dielèctrica (o tgδ), el circuit equivalent d'un condensador es representa com un condensador ideal amb una resistència activa connectada en sèrie (circuit en sèrie) o com un condensador ideal amb una resistència activa connectada en paral·lel (circuit paral·lel). ).

Per a un circuit en sèrie, la potència activa és:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Per a un circuit paral·lel:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

on B. — capacitat d'un condensador ideal, R — resistència activa.

L'angle de sensació de pèrdues dielèctriques normalment no supera les centèsimes o dècimes d'unitat (per tant, l'angle de les pèrdues dielèctriques s'expressa generalment en percentatge), aleshores 1 + tg2δ≈ 1, i les pèrdues per a circuits equivalents en sèrie i paral·lel P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

El valor de les pèrdues és proporcional al quadrat de la tensió i freqüència aplicada al dielèctric, que s'ha de tenir en compte a l'hora d'escollir materials aïllants elèctrics per a equips d'alta tensió i alta freqüència.

Amb un augment de la tensió aplicada al dielèctric fins a un determinat valor UО, comença la ionització de les inclusions de gas i líquid presents al dielèctric, mentre que δ comença a augmentar bruscament a causa de les pèrdues addicionals causades per la ionització. A U1, el gas s'ionitza i es redueix (Fig. 2).

Arròs. 2. Corba d'ionització tgδ = f (U)

Tangent de pèrdua dielèctrica mitjana mesurada a tensions inferiors a UО (normalment 3-10 kV) La tensió s'escull per facilitar el dispositiu de prova mantenint una sensibilitat suficient de l'instrument.

És a dir, la tangent de pèrdues dielèctriques (tgδ) normalitzada per a una temperatura de 20 ° C, per tant, la mesura s'ha de dur a terme a temperatures properes a les normalitzades (10 - 20 ОС). En aquest rang de temperatura, el canvi en les pèrdues dielèctriques és petit i, per a alguns tipus d'aïllament, el valor mesurat es pot comparar sense recàlcul amb el valor normalitzat per a 20 ° C.

Per eliminar la influència dels corrents de fuga i dels camps electrostàtics externs en els resultats de mesura de l'objecte de prova i al voltant del circuit de mesura, s'instal·len dispositius de protecció en forma d'anells i pantalles de protecció.La presència de blindatges posats a terra provoca capacitats perdudes; per compensar la seva influència, s'acostuma a utilitzar el mètode de protecció: tensió ajustable en valor i fase.

Són els més habituals ponts de circuits de mesura tangent de capacitat i pèrdues dielèctriques.

Els defectes locals causats pels ponts conductors es detecten millor mesurant la resistència d'aïllament de CC. La mesura de tan δ es realitza amb ponts de CA dels tipus MD-16, P5026 (P5026M) o P595, que són essencialment mesuradors de capacitat (pont Schering). A la figura es mostra un esquema esquemàtic del pont. 3.

En aquest esquema, es determinen els paràmetres de l'estructura d'aïllament corresponents al circuit equivalent amb una connexió en sèrie d'un condensador C sense pèrdues i una resistència R, per als quals tan δ = ωRC, on ω és la freqüència angular de la xarxa.

El procés de mesura consisteix a equilibrar (equilibrar) el circuit del pont ajustant successivament la resistència de la resistència i la capacitat de la caixa del condensador. Quan el pont està en equilibri, tal com indica el dispositiu de mesura P, la igualtat es compleix. Si el valor de la capacitat C s'expressa en microfarads, aleshores a la freqüència industrial de la xarxa f = 50 Hz tindrem ω = 2πf = 100π i per tant tan δ% = 0,01πRC.

A la figura es mostra un diagrama esquemàtic del pont P525. 3.

Arròs. 3. Esquema del pont de mesura de CA P525

La mesura és possible per a tensions de fins a 1 kV i superiors a 1 kV (3-10 kV), depenent de la classe d'aïllament i la capacitat del lloc. Un transformador de mesura de tensió pot servir com a font d'alimentació. El pont s'utilitza amb un condensador d'aire extern C0.A la Fig. 4.

Arròs. 4. Esquema de connexió del transformador de prova en mesurar la tangent de l'angle de pèrdues dielèctriques: S — interruptor; TAB — ajust de l'autotransformador; SAC — Interruptor de polaritat per al transformador de prova T

S'utilitzen dos circuits de commutació de pont: l'anomenat normal o recte, en què l'element de mesura P està connectat entre un dels elèctrodes de l'estructura aïllant provada i el terra, i invertit, on es connecta entre l'elèctrode de l'aïllament provat. objecte i el terminal d'alta tensió del pont. El circuit normal s'utilitza quan els dos elèctrodes estan aïllats de terra, invertits, quan un dels elèctrodes està fermament connectat a terra.

Cal recordar que, en aquest últim cas, els elements individuals del pont estaran sota plena tensió de prova. El mesurament és possible a tensions de fins a 1 kV i superiors a 1 kV (3-10 kV), depenent de la classe d'aïllament i la capacitat del lloc. Un transformador de mesura de tensió pot servir com a font d'alimentació.

El pont s'utilitza amb un condensador d'aire de referència extern. El pont i l'equip necessari es col·loquen molt a prop del lloc de prova i s'instal·la una tanca. El cable que condueix del transformador de prova T al condensador del model C, així com els cables de connexió del pont P, que estan sota tensió, s'han de treure dels objectes connectats a terra almenys 100-150 mm. El transformador T i el seu El dispositiu regulador TAB (LATR) ha d'estar a una distància mínima de 0,5 m del pont.Els carcasses del pont, del transformador i del regulador, així com un terminal del bobinat secundari del transformador, s'han de posar a terra.

L'indicador tan δ es mesura sovint a l'àrea de l'aparell de commutació operativa, i com que sempre hi ha una connexió capacitiva entre l'objecte de prova i els elements de l'aparell de commutació, el corrent d'influència flueix a través de l'objecte de prova. Aquest corrent, que depèn de la tensió i la fase de la tensió d'influència i de la capacitat total de la connexió, pot conduir a una avaluació incorrecta de l'estat d'aïllament, especialment en objectes amb una capacitat petita, en particular casquilles (fins a 1000-2000). pF).

L'equilibri del pont es fa ajustant repetidament els elements del circuit del pont i la tensió de protecció, per la qual cosa l'indicador d'equilibri s'inclou a la diagonal o entre la pantalla i la diagonal. El pont es considera equilibrat si no hi ha corrent a través del mateix amb la inclusió simultània de l'indicador d'equilibri.

En el moment de l'equilibri del pont

Gde f és la freqüència del corrent altern que alimenta el circuit

° Cx = (R4 / Rx) Co

S'escull una resistència constant R4 igual a 104/π Ω En aquest cas tgδ = C4, on la capacitat C4 s'expressa en microfarads.

Si la mesura s'ha fet amb una freqüència f ' diferent de 50 Hz, aleshores tgδ = (f '/ 50) C4

Quan la mesura de la tangent de pèrdua dielèctrica es realitza en petites seccions de cable o mostres de materials aïllants; a causa de la seva baixa capacitat, són necessaris amplificadors electrònics (per exemple, del tipus F-50-1 amb un guany d'uns 60).Tingueu en compte que el pont té en compte la pèrdua del cable que connecta el pont amb l'objecte de prova, i el valor de tangent de pèrdua dielèctrica mesurada serà més vàlid a 2πfRzCx, on Rz és la resistència del cable.

Quan es mesura segons un esquema de pont invertit, els elements ajustables del circuit de mesura estan sota alta tensió, per tant, l'ajust dels elements del pont es realitza a distància mitjançant barres aïllants o l'operador es col·loca en una pantalla comuna amb mesura. elements.

La tangent de l'angle de pèrdua dielèctrica dels transformadors i màquines elèctriques es mesura entre cada bobinatge i la carcassa amb bobinatges lliures posats a terra.

Efectes de camp elèctric

Distingir entre efectes electrostàtics i electromagnètics d'un camp elèctric. Les influències electromagnètiques queden excloses pel blindatge total. Els elements de mesura es col·loquen en una carcassa metàl·lica (per exemple, ponts P5026 i P595). Les influències electrostàtiques són creades per les parts actives de l'aparell de commutació i les línies elèctriques. El vector de tensió d'influència pot ocupar qualsevol posició respecte al vector de tensió de prova.

Hi ha diverses maneres de reduir la influència dels camps electrostàtics en els resultats de les mesures de tan δ:

• apagant la tensió que genera el camp d'influència. Aquest mètode és el més eficaç, però no sempre aplicable pel que fa al subministrament d'energia als consumidors;

• retirant l'objecte de prova de l'àrea d'influència. L'objectiu s'aconsegueix, però transportar l'objecte és indesitjable i no sempre és possible;

• mesurant una freqüència diferent de 50 Hz. Poques vegades s'utilitza perquè requereix un equipament especial;

• mètodes computacionals per a l'exclusió d'errors;

• un mètode de compensació d'influències, en el qual s'aconsegueix una alineació dels vectors de la tensió de prova i la FEM del camp afectat.

Amb aquesta finalitat, s'inclou un desfasador al circuit de regulació de tensió i, quan l'objecte de prova està apagat, s'aconsegueix l'equilibri del pont. En absència d'un regulador de fase, una mesura eficaç pot ser alimentar el pont des d'aquesta tensió del sistema trifàsic (tenint en compte la polaritat), en aquest cas el resultat de la mesura serà mínim. Sovint n'hi ha prou amb dur a terme la mesura quatre vegades amb diferents polaritats de la tensió de prova i un galvanòmetre de pont connectat; S'utilitzen tant de manera independent com per millorar els resultats obtinguts per altres mètodes.