Tiếp tuyến tổn thất điện môi, đo chỉ số tổn thất điện môi

Tổn thất điện môi là năng lượng tiêu tán trong vật liệu cách điện dưới tác động của điện trường lên nó.

Khả năng tiêu tán năng lượng của chất điện môi trong điện trường thường được đặc trưng bởi góc tổn hao điện môi và tang của góc tổn hao điện môi... Trong thí nghiệm, chất điện môi được coi là chất điện môi của tụ điện, điện dung và góc của nó được đo. δ, làm góc pha giữa dòng điện và hiệu điện thế trong mạch điện dung bằng 90°. Góc này được gọi là góc tổn thất điện môi.

Với điện áp xoay chiều, một dòng điện chạy trong lớp cách điện cùng pha với điện áp đặt vào một góc ϕ (Hình 1), nhỏ hơn 90 độ. e-mail ở một góc nhỏ δ, do sự hiện diện của lực cản tích cực.

Cơm. 1.Biểu đồ vectơ của dòng điện qua chất điện môi có tổn hao: U - điện áp trên chất điện môi; I là dòng điện tổng qua chất điện môi; Ia, Ic - tương ứng là các thành phần hoạt động và điện dung của tổng dòng điện; ϕ là góc lệch pha giữa điện áp đặt vào và dòng điện tổng; δ là góc giữa tổng dòng điện và thành phần điện dung của nó

Tỷ lệ giữa thành phần hoạt động của dòng điện Ia với thành phần điện dung Ic được gọi là tiếp tuyến của góc tổn thất điện môi và được biểu thị bằng phần trăm:

Trong một chất điện môi lý tưởng không có tổn thất, góc δ = 0 và theo đó, tan δ = 0. Làm ướt và các khuyết tật cách điện khác gây ra sự gia tăng thành phần hoạt động của dòng tổn thất điện môi và tgδ. Vì trong trường hợp này, thành phần tích cực phát triển nhanh hơn nhiều so với thành phần điện dung, chỉ báo tan δ phản ánh sự thay đổi trạng thái cách điện và tổn thất trong đó. Với một lượng nhỏ vật liệu cách nhiệt, có thể phát hiện các khuyết tật cục bộ và tập trung đã phát triển.

Đo tiếp tuyến tổn thất điện môi

Để đo điện dung và góc tổn hao điện môi (hoặc tgδ), mạch tương đương của tụ điện được biểu diễn dưới dạng tụ điện lý tưởng có điện trở hoạt động mắc nối tiếp (mạch nối tiếp) hoặc là tụ điện lý tưởng có điện trở hoạt động mắc song song (mạch song song ).

Đối với mạch nối tiếp, công suất tác dụng là:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Đối với mạch song song:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

trong đó B. - điện dung của một tụ điện lý tưởng, R - điện trở hoạt động.

Góc cảm giác của tổn thất điện môi thường không vượt quá phần trăm hoặc phần mười của đơn vị (do đó, góc tổn thất điện môi thường được biểu thị bằng phần trăm), sau đó 1 + tg2δ≈ 1, và tổn thất đối với các mạch tương đương nối tiếp và song song P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

Giá trị tổn thất tỷ lệ với bình phương điện áp và tần số đặt vào chất điện môi, giá trị này phải được tính đến khi lựa chọn vật liệu cách điện cho thiết bị điện áp cao và tần số cao.

Với sự gia tăng điện áp đặt vào chất điện môi đến một giá trị UО nhất định, quá trình ion hóa các thể vùi khí và chất lỏng có trong chất điện môi bắt đầu, trong khi δ bắt đầu tăng mạnh do tổn thất bổ sung do quá trình ion hóa gây ra. Tại U1, khí bị ion hóa và khử (Hình 2).

Cơm. 2. Đường cong ion hóa tgδ = f(U)

Tiếp tuyến tổn thất điện môi trung bình được đo ở điện áp thấp hơn UО (thường là 3 — 10 kV). Điện áp được chọn để tạo thuận lợi cho thiết bị thử nghiệm trong khi vẫn duy trì đủ độ nhạy của thiết bị.

Có nghĩa là tiếp tuyến của tổn thất điện môi (tgδ) được chuẩn hóa ở nhiệt độ 20 ° C, do đó phép đo phải được thực hiện ở nhiệt độ gần với nhiệt độ chuẩn hóa (10 — 20 ОС). Trong phạm vi nhiệt độ này, sự thay đổi tổn thất điện môi là nhỏ và đối với một số loại vật liệu cách nhiệt, giá trị đo được có thể được so sánh mà không cần tính toán lại với giá trị chuẩn hóa cho 20 ° C.

Để loại bỏ ảnh hưởng của dòng rò và trường tĩnh điện bên ngoài đến kết quả đo của đối tượng thử nghiệm và xung quanh mạch đo, các thiết bị bảo vệ ở dạng vòng bảo vệ và màn hình được lắp đặt.Sự hiện diện của các tấm chắn nối đất gây ra điện dung đi lạc; để bù đắp cho ảnh hưởng của chúng, phương pháp bảo vệ thường được sử dụng - điện áp có thể điều chỉnh theo giá trị và pha.

Chúng là phổ biến nhất mạch đo cầu tiếp tuyến điện dung và tổn thất điện môi.

Các khuyết tật cục bộ do cầu dẫn điện gây ra được phát hiện tốt nhất bằng cách đo điện trở cách điện DC. Phép đo tan δ được thực hiện với các cầu AC loại MD-16, P5026 (P5026M) hoặc P595, về cơ bản là các máy đo điện dung (cầu Schering). Một sơ đồ của cây cầu được thể hiện trong hình. 3.

Trong sơ đồ này, các tham số của cấu trúc cách ly tương ứng với mạch tương đương với kết nối nối tiếp của tụ điện không tổn hao C và điện trở R được xác định, trong đó tan δ = ωRC, trong đó ω là tần số góc của mạng.

Quá trình đo bao gồm cân bằng (cân bằng) mạch cầu bằng cách điều chỉnh liên tiếp điện trở của điện trở và điện dung của hộp tụ điện. Khi cây cầu ở trạng thái cân bằng, như được chỉ ra bởi thiết bị đo P, thì sự cân bằng được thỏa mãn. Nếu giá trị của điện dung C được biểu thị bằng microfarad, thì ở tần số công nghiệp của mạng f = 50 Hz, chúng ta sẽ có ω = 2πf = 100π và do đó tan δ% = 0,01πRC.

Một sơ đồ nguyên lý của cầu P525 được hiển thị trong Hình. 3.

Cơm. 3. Sơ đồ cầu đo AC P525

Có thể đo điện áp lên đến 1 kV và trên 1 kV (3-10 kV), tùy thuộc vào lớp cách điện và công suất của địa điểm. Máy biến áp đo điện áp có thể đóng vai trò là nguồn điện. Cầu được sử dụng với một tụ điện không khí bên ngoài C0.Sơ đồ bao gồm thiết bị khi đo tan δ được hiển thị trong Hình. 4.

Cơm. 4. Sơ đồ kết nối của máy biến áp thử nghiệm khi đo tiếp tuyến của góc tổn hao điện môi: S — công tắc; TAB — điều chỉnh máy biến áp tự ngẫu; SAC — Công tắc phân cực cho máy biến áp thử nghiệm T

Hai mạch chuyển mạch cầu được sử dụng: cái gọi là bình thường hoặc mạch thẳng, trong đó phần tử đo P được kết nối giữa một trong các điện cực của cấu trúc cách điện được thử nghiệm và mặt đất, và đảo ngược, trong đó nó được kết nối giữa điện cực của cấu trúc cách điện được thử nghiệm đối tượng và thiết bị đầu cuối điện áp cao của cây cầu. Mạch bình thường được sử dụng khi cả hai điện cực được cách ly với mặt đất, ngược lại - khi một trong các điện cực được kết nối chắc chắn với mặt đất.

Cần phải nhớ rằng trong trường hợp sau, các phần tử riêng lẻ của cầu sẽ chịu lực căng thử nghiệm hoàn toàn. Có thể đo ở điện áp lên đến 1 kV và trên 1 kV (3-10 kV), tùy thuộc vào lớp cách điện và công suất của địa điểm. Máy biến áp đo điện áp có thể đóng vai trò là nguồn điện.

Cầu được sử dụng với một tụ điện không khí tham chiếu bên ngoài. Cây cầu và các thiết bị cần thiết được đặt gần địa điểm thử nghiệm và hàng rào được lắp đặt. Dây dẫn từ máy biến áp thử nghiệm T đến tụ điện mô hình C, cũng như các dây cáp kết nối của cầu P, đang chịu điện áp, phải được loại bỏ khỏi các vật thể nối đất ít nhất 100-150 mm. thiết bị điều tiết TAB (LATR) phải cách cầu ít nhất 0,5 m.Vỏ cầu, máy biến áp và bộ điều chỉnh, cũng như một đầu cực của cuộn thứ cấp máy biến áp, phải được nối đất.

Chỉ số tan δ thường được đo trong khu vực thiết bị đóng cắt đang hoạt động và vì luôn có kết nối điện dung giữa đối tượng thử nghiệm và các phần tử của thiết bị đóng cắt, nên dòng điện ảnh hưởng chạy qua đối tượng thử nghiệm. Dòng điện này, phụ thuộc vào điện áp và pha của điện áp ảnh hưởng và tổng điện dung của kết nối, có thể dẫn đến đánh giá không chính xác tình trạng cách điện, đặc biệt là trên các vật thể có điện dung nhỏ, đặc biệt là ống lót (lên đến 1000-2000 pF).

Việc cân bằng cầu được thực hiện bằng cách điều chỉnh liên tục các phần tử của mạch cầu và điện áp bảo vệ, trong đó chỉ báo cân bằng được bao gồm trong đường chéo hoặc giữa màn hình và đường chéo. Cây cầu được coi là cân bằng nếu không có dòng điện chạy qua nó với sự bao gồm đồng thời của chỉ báo cân bằng.

Tại thời điểm cân bằng cầu

Gde f là tần số của dòng điện xoay chiều cung cấp cho mạch

°Cx = (R4/Rx)Co

Điện trở không đổi R4 được chọn bằng 104/π Ω Trong trường hợp này tgδ = C4, trong đó điện dung C4 được biểu thị bằng microfarad.

Nếu phép đo được thực hiện với tần số f' khác 50Hz thì tgδ = (f'/50)C4

Khi phép đo tiếp tuyến tổn thất điện môi được thực hiện trên các đoạn cáp nhỏ hoặc các mẫu vật liệu cách điện; do công suất thấp nên cần có bộ khuếch đại điện tử (ví dụ loại F-50-1 với hệ số khuếch đại khoảng 60).Lưu ý rằng cầu có tính đến tổn thất trong dây nối cầu với đối tượng thử nghiệm và giá trị tiếp tuyến tổn thất điện môi đo được sẽ có giá trị hơn ở 2πfRzCx, trong đó Rz — điện trở của dây.

Khi đo theo sơ đồ cầu ngược, các phần tử điều chỉnh của mạch đo có điện áp cao, do đó việc điều chỉnh các phần tử cầu được thực hiện ở khoảng cách xa bằng cách sử dụng các thanh cách điện hoặc người vận hành được đặt trong một màn hình chung với thiết bị đo. phần tử.

Tiếp tuyến của góc tổn thất điện môi của máy biến áp và máy điện được đo giữa từng cuộn dây và vỏ có cuộn dây tự do nối đất.

hiệu ứng điện trường

Phân biệt tác dụng tĩnh điện và tác dụng điện từ của điện trường. Ảnh hưởng điện từ được loại trừ bằng cách che chắn hoàn toàn. Các phần tử đo được đặt trong vỏ kim loại (ví dụ: cầu nối P5026 và P595). Ảnh hưởng tĩnh điện được tạo ra bởi các bộ phận mang điện của thiết bị đóng cắt và đường dây điện. Vectơ điện áp ảnh hưởng có thể chiếm bất kỳ vị trí nào đối với vectơ điện áp thử nghiệm.

Có một số cách để giảm ảnh hưởng của trường tĩnh điện đến kết quả của phép đo tan δ:

• tắt điện áp tạo ra trường ảnh hưởng. Phương pháp này là hiệu quả nhất, nhưng không phải lúc nào cũng áp dụng được về mặt cung cấp năng lượng cho người tiêu dùng;

• rút đối tượng kiểm tra ra khỏi vùng ảnh hưởng. Mục tiêu đã đạt được, nhưng việc vận chuyển đối tượng là điều không mong muốn và không phải lúc nào cũng có thể thực hiện được;

• đo tần số khác 50 Hz. Nó hiếm khi được sử dụng vì nó đòi hỏi thiết bị đặc biệt;

• phương pháp tính toán để loại trừ lỗi;

• một phương pháp bù các ảnh hưởng, trong đó đạt được sự thẳng hàng của các vectơ của điện áp thử nghiệm và EMF của trường bị ảnh hưởng.

Với mục đích này, một bộ dịch pha được bao gồm trong mạch điều chỉnh điện áp và khi tắt đối tượng thử nghiệm, cân bằng cầu sẽ đạt được. Trong trường hợp không có bộ điều chỉnh pha, một biện pháp hiệu quả có thể là cấp nguồn cho cầu từ điện áp này của hệ thống ba pha (có tính đến cực tính), trong trường hợp đó, kết quả đo sẽ là nhỏ nhất. Thường đủ để thực hiện phép đo bốn lần với các cực tính khác nhau của điện áp thử nghiệm và một điện kế cầu được kết nối; Chúng được sử dụng độc lập và để cải thiện kết quả thu được bằng các phương pháp khác.