Dielektrik kayıp teğet, dielektrik kayıp indeksi ölçümü

Dielektrik kaybı, üzerindeki bir elektrik alanın etkisi altında bir yalıtkan malzemede dağılan enerjidir.

Bir dielektrikin bir elektrik alanındaki enerjiyi dağıtma yeteneği, genellikle bir dielektrik kayıp açısı ve bir açının teğeti ile karakterize edilir dielektrik kayıp... Testte, dielektrik, bir kapasitörün dielektriği olarak kabul edilir, kapasitansı ve açısı ölçülür. δ, kapasitif devrede akım ve gerilim arasındaki faz açısını 90 ° 'ye tamamlar. Bu açıya dielektrik kayıp açısı denir.

Alternatif bir voltajla, yalıtımda, uygulanan voltajla 90 dereceden daha az bir ϕ açısında (Şekil 1) aynı fazda olan bir akım akar. aktif direncin varlığından dolayı küçük bir δ açısında e-posta.

Pirinç. 1.Kayıplı bir dielektrikten geçen akımların vektör diyagramı: U — dielektrik üzerindeki voltaj; I, dielektrikten geçen toplam akımdır; Ia, Ic - toplam akımın sırasıyla aktif ve kapasitif bileşenleri; ϕ, uygulanan gerilim ile toplam akım arasındaki faz kayması açısıdır; δ, toplam akım ile kapasitif bileşeni arasındaki açıdır

Akım la'nın aktif bileşeninin kapasitif bileşen Ic'ye oranı, dielektrik kayıp açısının tanjantı olarak adlandırılır ve yüzde olarak ifade edilir:

Kayıpsız ideal bir dielektrikte, δ = 0 açısı ve buna bağlı olarak tan δ = 0. Islanma ve diğer yalıtım kusurları, dielektrik kayıp akımının ve tgδ'nın aktif bileşeninde bir artışa neden olur. Bu durumda aktif bileşen, kapasitif olandan çok daha hızlı büyüdüğünden, tan δ göstergesi yalıtım durumundaki değişikliği ve içindeki kayıpları yansıtır. Az miktarda yalıtım ile gelişmiş yerel ve konsantre kusurları tespit etmek mümkündür.

Dielektrik kayıp teğet ölçümü

Kapasitans ve dielektrik kayıp açısını (veya tgδ) ölçmek için, bir kapasitörün eşdeğer devresi, aktif dirençli seri bağlı ideal bir kapasitör (seri devre) veya aktif dirençli paralel bağlı ideal bir kapasitör (paralel devre) olarak temsil edilir. ).

Bir seri devre için aktif güç:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Paralel devre için:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

nerede B - ideal bir kapasitörün kapasitansı; R - aktif direnç.

Dielektrik kayıplarının algılama açısı genellikle birliğin yüzde birini veya onda birini aşmaz (bu nedenle dielektrik kayıplarının açısı genellikle yüzde olarak ifade edilir), ardından 1 + tg2δ≈ 1 ve seri ve paralel eşdeğer devreler için kayıplar P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

Kayıpların değeri, yüksek voltaj ve yüksek frekans ekipmanı için elektrik yalıtım malzemeleri seçerken dikkate alınması gereken, dielektriklere uygulanan voltaj ve frekansın karesiyle orantılıdır.

Dielektrikte uygulanan voltajın belirli bir UО değerine yükselmesiyle, dielektrikte bulunan gaz ve sıvı kapanımlarının iyonlaşması başlarken, iyonlaşmanın neden olduğu ek kayıplar nedeniyle δ keskin bir şekilde artmaya başlar. U1'de gaz iyonize olur ve indirgenir (Şekil 2).

Pirinç. 2. İyonizasyon eğrisi tgδ = f (U)

UО'dan (tipik olarak 3 — 10 kV) daha düşük voltajlarda ölçülen ortalama dielektrik kayıp teğeti Voltaj, yeterli alet hassasiyetini korurken test cihazını kolaylaştırmak için seçilir.

20 ° C'lik bir sıcaklık için normalleştirilmiş dielektrik kayıplarının (tgδ) tanjantı anlamına gelir, bu nedenle ölçüm normalize edilmiş olanlara (10 - 20 ОС) yakın sıcaklıklarda yapılmalıdır. Bu sıcaklık aralığında, dielektrik kayıplarındaki değişim küçüktür ve bazı yalıtım türleri için ölçülen değer, 20 ° C için normalize edilmiş değerle yeniden hesaplama yapılmadan karşılaştırılabilir.

Kaçak akımların ve harici elektrostatik alanların test nesnesinin ölçüm sonuçları üzerindeki ve ölçüm devresi etrafındaki etkisini ortadan kaldırmak için koruyucu halkalar ve ekranlar şeklinde koruyucu cihazlar kurulur.Topraklanmış kalkanların varlığı kaçak kapasitanslara neden olur; etkilerini telafi etmek için genellikle koruma yöntemi kullanılır - değeri ve fazı ayarlanabilir voltaj.

Onlar en yaygın köprü ölçüm devreleri kapasitans teğet ve dielektrik kayıplar.

İletken köprülerin neden olduğu yerel kusurlar en iyi şekilde DC izolasyon direnci ölçülerek tespit edilir. tan δ ölçümü, esas olarak kapasitans ölçerler (Schering köprüsü) olan MD-16, P5026 (P5026M) veya P595 tipi AC köprüleri ile gerçekleştirilir. Köprünün şematik bir diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. 3.

Bu şemada, kayıpsız bir kapasitör C ve bir direnç R'nin seri bağlantısına sahip eşdeğer devreye karşılık gelen izolasyon yapısının parametreleri belirlenir, bunun için tan δ = ωRC, burada ω ağın açısal frekansıdır.

Ölçüm işlemi, direncin direncini ve kapasitör kutusunun kapasitansını art arda ayarlayarak köprü devresinin dengelenmesinden (dengelenmesinden) oluşur. Köprü, ölçüm cihazı P tarafından belirtildiği gibi dengede olduğunda, eşitlik sağlanır. C kapasitansının değeri mikrofarad cinsinden ifade edilirse, o zaman f = 50 Hz ağın endüstriyel frekansında ω = 2πf = 100π ve dolayısıyla tan δ% = 0.01πRC olacaktır.

P525 köprüsünün şematik bir diyagramı, Şekil 1'de gösterilmektedir. 3.

Pirinç. 3. AC ölçüm köprüsü P525'in şematik diyagramı

Sahanın yalıtım sınıfına ve kapasitesine bağlı olarak 1 kV'a kadar ve 1 kV (3-10 kV) üzerindeki gerilimler için ölçüm yapılabilir. Gerilim ölçüm trafosu güç kaynağı olarak kullanılabilir. Köprü, harici bir hava kondansatörü C0 ile kullanılır.Tan δ ölçülürken ekipmanın dahil edilmesinin şematik bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.

Pirinç. 4. Dielektrik kayıp açısının teğetini ölçerken test transformatörünün bağlantı şeması: S - anahtar; SEKME — otomatik dönüştürücü ayarı; SAC — Test Transformatörü T için Polarite Anahtarı

İki köprü anahtarlama devresi kullanılır: P ölçüm elemanının test edilen yalıtım yapısının elektrotlarından biri ile toprak arasına bağlandığı normal veya düz ve test edilenin elektrotu arasına bağlandığı ters çevrilmiş. nesne ve köprünün yüksek voltaj terminali. Normal devre, her iki elektrot da zeminden izole edildiğinde, tersine çevrildiğinde - elektrotlardan biri toprağa sıkıca bağlandığında kullanılır.

İkinci durumda, köprünün münferit elemanlarının tam test gerilimi altında olacağı unutulmamalıdır. Sahanın yalıtım sınıfına ve kapasitesine bağlı olarak 1 kV'a kadar ve 1 kV (3-10 kV) üzerindeki gerilimlerde ölçüm yapılabilmektedir. Gerilim ölçüm trafosu güç kaynağı olarak kullanılabilir.

Köprü, harici bir referans hava kondansatörü ile birlikte kullanılır. Köprü ve gerekli ekipman, test sahasına yakın bir yere yerleştirilir ve bir çit kurulur. Test transformatörü T'den model kondansatör C'ye giden tel ve P köprüsünün gerilim altındaki bağlantı kabloları topraklanmış nesnelerden en az 100-150 mm uzaklaştırılmalıdır. düzenleme cihazı TAB ( LATR) köprüden en az 0,5 m uzakta olmalıdır.Köprü, trafo ve regülatör mahfazaları ile trafo sekonder sargısının bir terminali topraklanmalıdır.

Gösterge tan δ genellikle işletim şalt alanında ölçülür ve test nesnesi ile anahtarlama cihazı elemanları arasında her zaman kapasitif bir bağlantı olduğundan, etkileyen akım test nesnesinden akar. Etkileyen voltajın voltajına ve fazına ve bağlantının toplam kapasitansına bağlı olan bu akım, özellikle küçük kapasitanslı nesnelerde, özellikle burçlarda (1000-2000'e kadar) yalıtım durumunun yanlış değerlendirilmesine yol açabilir. pF).

Köprünün dengelenmesi, köprü devresinin elemanlarını ve denge göstergesinin köşegende veya ekran ile köşegen arasında yer aldığı koruyucu voltajı tekrar tekrar ayarlayarak yapılır. Denge göstergesinin eşzamanlı olarak dahil edilmesiyle içinden akım yoksa köprü dengeli kabul edilir.

Köprü dengelemesi sırasında

Gde f, devreyi besleyen alternatif akımın frekansıdır

° Cx = (R4 / Rx) Co

Sabit direnç R4, 104/π Ω'a eşit olarak seçilir. Bu durumda tgδ = C4, burada C4 kapasitansı mikrofarad cinsinden ifade edilir.

Ölçüm, 50 Hz'den farklı bir f ' frekansı ile yapıldıysa, tgδ = (f '/ 50) C4

Dielektrik kayıp teğet ölçümü, kablonun küçük bölümleri veya yalıtım malzemeleri numuneleri üzerinde yapıldığında; düşük kapasiteleri nedeniyle elektronik amplifikatörler gereklidir (örneğin, yaklaşık 60 kazançlı F-50-1 tipi).Köprünün, köprüyü test nesnesine bağlayan teldeki kaybı hesaba kattığını ve ölçülen dielektrik kayıp teğet değerinin, Rz - telin direnci olduğu 2πfRzCx'te daha geçerli olacağını unutmayın.

Tersine çevrilmiş bir köprü şemasına göre ölçüm yaparken, ölçüm devresinin ayarlanabilir elemanları yüksek voltaj altındadır, bu nedenle köprü elemanlarının ayarı ya yalıtım çubukları kullanılarak belli bir mesafede gerçekleştirilir ya da operatör ölçüm ile ortak bir ekrana yerleştirilir. elementler.

Transformatörlerin ve elektrik makinelerinin dielektrik kayıp açısının teğeti, her bir sargı ile topraklanmış serbest sargılı mahfaza arasında ölçülür.

Elektrik alan etkileri

Bir elektrik alanın elektrostatik ve elektromanyetik etkilerini ayırt eder. Elektromanyetik etkiler tam ekranlama ile hariç tutulur. Ölçüm elemanları metal bir mahfazaya yerleştirilmiştir (örn. P5026 ve P595 köprüleri). Elektrostatik etkiler, şalt cihazlarının ve elektrik hatlarının canlı parçaları tarafından oluşturulur. Etkileyen voltaj vektörü, test voltajı vektörüne göre herhangi bir konumu işgal edebilir.

Elektrostatik alanların tan δ ölçümlerinin sonuçları üzerindeki etkisini azaltmanın birkaç yolu vardır:

• etki alanını oluşturan voltajın kapatılması. Bu yöntem en etkilidir, ancak tüketicilere enerji temini açısından her zaman geçerli değildir;

• test nesnesini etki alanından çekmek. Amaca ulaşılır, ancak nesnenin taşınması istenmez ve her zaman mümkün değildir;

• 50 Hz dışında bir frekansın ölçülmesi. Özel ekipman gerektirdiği için nadiren kullanılır;

• hata dışlama için hesaplama yöntemleri;

• test voltajı vektörlerinin ve etkilenen alanın EMF'sinin hizalanmasının sağlandığı bir etkilerin telafisi yöntemi.

Bu amaçla gerilim düzenleme devresine bir faz kaydırıcı dahil edilir ve test nesnesi kapatıldığında köprü dengesi sağlanır. Bir faz regülatörünün yokluğunda, köprüyü üç fazlı sistemin bu voltajından beslemek (polarite dikkate alınarak) etkili bir önlem olabilir, bu durumda ölçüm sonucu minimum olacaktır. Test voltajının farklı kutupları ve bağlı bir köprü galvanometre ile ölçümün dört kez gerçekleştirilmesi genellikle yeterlidir; Hem bağımsız olarak hem de diğer yöntemlerle elde edilen sonuçları iyileştirmek için kullanılırlar.