Tangens des dielektrischen Verlusts, Messung des dielektrischen Verlustindex

Der dielektrische Verlust ist die Energie, die in einem Isoliermaterial unter dem Einfluss eines darauf befindlichen elektrischen Feldes verloren geht.

Die Fähigkeit eines Dielektrikums, Energie in einem elektrischen Feld abzuleiten, wird normalerweise durch den Winkel der dielektrischen Verluste und den Tangens des dielektrischen Verlustwinkels charakterisiert. Im Test wird das Dielektrikum als Dielektrikum eines Kondensators betrachtet Kapazität und Winkel werden gemessen. δ, der den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung im kapazitiven Kreis auf 90° ergänzt. Dieser Winkel wird als dielektrischer Verlustwinkel bezeichnet.

Bei einer Wechselspannung fließt in der Isolierung ein Strom, der in Phase mit der angelegten Spannung in einem Winkel ϕ (Abb. 1) kleiner als 90 Grad ist. E-Mail in einem kleinen Winkel δ aufgrund des Vorhandenseins eines aktiven Widerstands.

Reis. 1.Vektordiagramm der Ströme durch ein Dielektrikum mit Verlusten: U – Spannung am Dielektrikum; I ist der Gesamtstrom durch das Dielektrikum; Ia, Ic – aktive bzw. kapazitive Komponenten des Gesamtstroms; ϕ ist der Phasenverschiebungswinkel zwischen der angelegten Spannung und dem Gesamtstrom; δ ist der Winkel zwischen dem Gesamtstrom und seiner kapazitiven Komponente

Das Verhältnis der aktiven Komponente des Stroms Ia zur kapazitiven Komponente Ic wird als Tangens des dielektrischen Verlustwinkels bezeichnet und in Prozent ausgedrückt:

In einem idealen Dielektrikum ohne Verluste ist der Winkel δ = 0 und dementsprechend tan δ = 0. Benetzung und andere Isolationsfehler führen zu einem Anstieg der aktiven Komponente des dielektrischen Verluststroms und von tgδ. Da in diesem Fall die aktive Komponente viel schneller wächst als die kapazitive, spiegelt der tan δ-Indikator die Änderung des Isolationszustands und die darin enthaltenen Verluste wider. Mit einer geringen Isolationsmenge ist es möglich, entstandene lokale und konzentrierte Defekte zu erkennen.

Messung des dielektrischen Verlustfaktors

Zur Messung der Kapazität und des dielektrischen Verlustwinkels (oder tgδ) wird das Ersatzschaltbild eines Kondensators als idealer Kondensator mit in Reihe geschaltetem aktivem Widerstand (Reihenschaltung) oder als idealer Kondensator mit parallel geschaltetem aktivem Widerstand (Parallelschaltung) dargestellt ).

Bei einer Reihenschaltung beträgt die Wirkleistung:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Für eine Parallelschaltung:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

wo B. – Kapazität eines idealen Kondensators; R. – aktiver Widerstand.

Der Erfassungswinkel dielektrischer Verluste überschreitet normalerweise nicht Hundertstel oder Zehntel Eins (daher wird der Winkel dielektrischer Verluste normalerweise in Prozent ausgedrückt), dann ist 1 + tg2δ≈ 1 und Verluste für Reihen- und Parallel-Ersatzschaltungen P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

Der Wert der Verluste ist proportional zum Quadrat der an das Dielektrikum angelegten Spannung und Frequenz, was bei der Auswahl elektrischer Isoliermaterialien für Hochspannungs- und Hochfrequenzgeräte berücksichtigt werden muss.

Mit einer Erhöhung der an das Dielektrikum angelegten Spannung auf einen bestimmten Wert UО beginnt die Ionisierung der im Dielektrikum vorhandenen Gas- und Flüssigkeitseinschlüsse, während δ aufgrund zusätzlicher Ionisierungsverluste stark anzusteigen beginnt. Bei U1 wird das Gas ionisiert und reduziert (Abb. 2).

Reis. 2. Ionisationskurve tgδ = f (U)

Mittlerer Tangens des dielektrischen Verlusts, gemessen bei Spannungen unter UО (typischerweise 3 – 10 kV). Die Spannung wird so gewählt, dass sie den Test des Geräts erleichtert und gleichzeitig eine ausreichende Empfindlichkeit des Instruments aufrechterhält.

Dies bedeutet, dass der Tangens der dielektrischen Verluste (tgδ) für eine Temperatur von 20 ° C normalisiert ist. Daher sollte die Messung bei Temperaturen durchgeführt werden, die nahe an den normalisierten Temperaturen liegen (10 - 20 ОС). In diesem Temperaturbereich ist die Änderung der dielektrischen Verluste gering und bei einigen Isolationsarten kann der Messwert ohne Neuberechnung mit dem normierten Wert für 20 °C verglichen werden.

Um den Einfluss von Ableitströmen und äußeren elektrostatischen Feldern auf die Messergebnisse des Prüflings und rund um den Messkreis zu eliminieren, werden Schutzeinrichtungen in Form von Schutzringen und -schirmen installiert.Das Vorhandensein geerdeter Abschirmungen führt zu Streukapazitäten; Um ihren Einfluss zu kompensieren, wird üblicherweise die Schutzmethode verwendet – eine in Wert und Phase einstellbare Spannung.

Sie kommen am häufigsten vor Brückenmesskreise Kapazitätsfaktor und dielektrische Verluste.

Lokale Defekte, die durch leitende Brücken verursacht werden, lassen sich am besten durch Messung des DC-Isolationswiderstands erkennen. Die Messung von tan δ erfolgt mit Wechselstrombrücken der Typen MD-16, P5026 (P5026M) oder P595, bei denen es sich im Wesentlichen um Kapazitätsmessgeräte (Schering-Brücke) handelt. Ein schematisches Diagramm der Brücke ist in Abb. dargestellt. 3.

In diesem Schema werden die Parameter der Isolationsstruktur bestimmt, die dem Ersatzschaltbild mit einer Reihenschaltung aus einem verlustfreien Kondensator C und einem Widerstand R entspricht, für die tan δ = ωRC gilt, wobei ω die Kreisfrequenz des Netzwerks ist.

Der Messvorgang besteht darin, die Brückenschaltung abzugleichen (abzugleichen), indem der Widerstandswert des Widerstands und die Kapazität des Kondensatorkastens nacheinander angepasst werden. Wenn sich die Brücke im Gleichgewicht befindet, wie das Messgerät P anzeigt, ist die Gleichheit erfüllt. Wenn der Wert der Kapazität C in Mikrofarad ausgedrückt wird, dann gilt bei der Industriefrequenz des Netzwerks f = 50 Hz ω = 2πf = 100π und daher tan δ% = 0,01πRC.

Ein schematisches Diagramm der P525-Brücke ist in Abb. dargestellt. 3.

Reis. 3. Schematische Darstellung der AC-Messbrücke P525

Die Messung ist für Spannungen bis 1 kV und über 1 kV (3-10 kV) möglich, abhängig von der Isolationsklasse und Kapazität des Standortes. Als Stromquelle kann ein Spannungsmesstransformator dienen. Die Brücke wird mit einem externen Luftkondensator C0 verwendet.Ein schematisches Diagramm der Einbeziehung der Ausrüstung bei der Messung von tan δ ist in Abb. dargestellt. 4.

Reis. 4. Anschlussplan des Prüftransformators bei der Messung des Tangens des Winkels der dielektrischen Verluste: S – Schalter; TAB – Spartransformator-Einstellung; SAC – Polaritätsschalter für Prüftransformator T

Es werden zwei Brückenschaltkreise verwendet: der sogenannte Normal- oder Geradenschaltkreis, bei dem das Messelement P zwischen einer der Elektroden der getesteten Isolierstruktur und der Erde angeschlossen ist, und der invertierte, bei dem es zwischen der Elektrode der getesteten Isolierstruktur angeschlossen ist Objekt und dem Hochspannungsanschluss der Brücke. Der normale Stromkreis wird verwendet, wenn beide Elektroden von der Erde isoliert sind, umgekehrt – wenn eine der Elektroden fest mit der Erde verbunden ist.

Es ist zu beachten, dass im letzteren Fall die einzelnen Elemente der Brücke unter voller Prüfspannung stehen. Die Messung ist bei Spannungen bis 1 kV und über 1 kV (3-10 kV) möglich, abhängig von der Isolationsklasse und Kapazität des Standortes. Als Stromquelle kann ein Spannungsmesstransformator dienen.

Die Brücke wird mit einem externen Referenzluftkondensator verwendet. Die Brücke und die notwendige Ausrüstung werden in unmittelbarer Nähe des Testgeländes platziert und ein Zaun installiert. Die Leitung, die vom Prüftransformator T zum Modellkondensator C führt, sowie die unter Spannung stehenden Anschlusskabel der Brücke P müssen mindestens 100-150 mm von geerdeten Gegenständen entfernt sein. Der Transformator T und seine Das Regelgerät TAB ( LATR) muss einen Abstand von mindestens 0,5 m von der Brücke haben.Die Brücken-, Transformator- und Reglergehäuse sowie ein Anschluss der Sekundärwicklung des Transformators müssen geerdet werden.

Der Indikator tan δ wird häufig im betrieblichen Schaltanlagenbereich gemessen und da zwischen dem Prüfling und den Schaltanlagenelementen immer eine kapazitive Verbindung besteht, fließt der Einflussstrom durch den Prüfling. Dieser Strom, der von der Spannung und Phase der Einflussspannung und der Gesamtkapazität der Verbindung abhängt, kann insbesondere bei Objekten mit geringer Kapazität, insbesondere Durchführungen (bis 1000-2000) zu einer falschen Beurteilung des Isolationszustandes führen pF).

Das Ausbalancieren der Brücke erfolgt durch wiederholtes Anpassen der Elemente der Brückenschaltung und der Schutzspannung, wobei die Balance-Anzeige entweder in der Diagonale oder zwischen Bildschirm und Diagonale enthalten ist. Die Brücke gilt als ausgeglichen, wenn kein Strom durch sie fließt und gleichzeitig die Gleichgewichtsanzeige eingeschaltet ist.

Zum Zeitpunkt des Brückenausgleichs

Gde f ist die Frequenz des Wechselstroms, der den Stromkreis versorgt

° Cx = (R4 / Rx) Co

Der konstante Widerstand R4 wird gleich 104/π Ω gewählt. In diesem Fall ist tgδ = C4, wobei die Kapazität C4 in Mikrofarad ausgedrückt wird.

Wurde die Messung mit einer anderen Frequenz f‘ als 50Hz durchgeführt, dann gilt tgδ = (f‘/50) C4

Wenn die Messung des dielektrischen Verlustfaktors an kleinen Kabelabschnitten oder Isoliermaterialproben durchgeführt wird; Aufgrund ihrer geringen Kapazität sind elektronische Verstärker erforderlich (z. B. vom Typ F-50-1 mit einer Verstärkung von etwa 60).Beachten Sie, dass die Brücke den Verlust im Draht berücksichtigt, der die Brücke mit dem Testobjekt verbindet, und der gemessene Tangens des dielektrischen Verlusts bei 2πfRzCx gültiger ist, wobei Rz der Widerstand des Drahtes ist.

Bei der Messung nach einem umgekehrten Brückenschema stehen die einstellbaren Elemente des Messkreises unter Hochspannung, daher erfolgt die Justierung der Brückenelemente entweder aus der Ferne mit Isolierstäben oder der Bediener wird mit der Messung in einen gemeinsamen Bildschirm gestellt Elemente.

Der Tangens des dielektrischen Verlustwinkels von Transformatoren und elektrischen Maschinen wird bei geerdeten freien Wicklungen zwischen jeder Wicklung und dem Gehäuse gemessen.

Elektrische Feldeffekte

Unterscheiden Sie zwischen elektrostatischen und elektromagnetischen Wirkungen eines elektrischen Feldes. Durch die Vollschirmung werden elektromagnetische Einflüsse ausgeschlossen. Die Messelemente sind in einem Metallgehäuse untergebracht (z. B. Brücken P5026 und P595). Elektrostatische Einflüsse entstehen durch spannungsführende Teile von Schaltanlagen und Stromleitungen. Der Einflussspannungsvektor kann bezüglich des Prüfspannungsvektors eine beliebige Position einnehmen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Einfluss elektrostatischer Felder auf die Ergebnisse von tan δ-Messungen zu reduzieren:

• Abschalten der das Einflussfeld erzeugenden Spannung. Diese Methode ist die effektivste, aber im Hinblick auf die Energieversorgung der Verbraucher nicht immer anwendbar;

• Entfernen des Prüflings aus dem Einflussbereich. Das Ziel wird erreicht, der Transport des Objekts ist jedoch unerwünscht und nicht immer möglich;

• Messung einer anderen Frequenz als 50 Hz. Es wird selten verwendet, da hierfür eine spezielle Ausrüstung erforderlich ist.

• Rechenmethoden zum Fehlerausschluss;

• ein Verfahren zur Kompensation von Einflüssen, bei dem eine Angleichung der Vektoren der Prüfspannung und der EMK des beeinflussten Feldes erreicht wird.

Zu diesem Zweck wird ein Phasenschieber in den Spannungsregelkreis eingebunden und beim Ausschalten des Prüflings wird die Brückenbalance erreicht. Bei Fehlen eines Phasenreglers kann eine wirksame Maßnahme darin bestehen, die Brücke aus dieser Spannung des Drehstromsystems (unter Berücksichtigung der Polarität) zu versorgen. In diesem Fall ist das Messergebnis minimal. Oft reicht es aus, die Messung viermal mit unterschiedlicher Polarität der Prüfspannung und angeschlossenem Brückengalvanometer durchzuführen; Sie werden sowohl unabhängig als auch zur Verbesserung der mit anderen Methoden erzielten Ergebnisse verwendet.