Измерение тангенса угла диэлектрических потерь конденсатора

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь конденсатора

Диэлектрическими потерями называют энергию, рассеиваемую в электроизоляционном материале под воздействием на него электрического поля.

Способность диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле обычно характеризуют углом диэлектрических потерь , а также тангенсом угла диэлектрических потерь . При испытании диэлектрик рассматривается как диэлектрик конденсатора, у которого измеряется емкость и угол δ , дополняющий до 90° угол сдвига фаз между током и напряжением в емкостной цепи. Этот угол называется углом диэлектрических потерь .

При переменном напряжении в изоляции протекает ток, опережающий по фазе приложенное напряжение на угол ϕ (рис. 1), меньший 90 град. эл. на небольшой угол δ, обусловленный наличием активного сопротивления.

Рис. 1. Векторная диаграмма токов через диэлектрик с потерями: U — напряжение на диэлектрике; I — полный ток через диэлектрик; Ia,Ic — соответственно активная и емкостная составляющие полного тока; ϕ — угол фазного сдвига между приложенным напряжением и полным током; δ — угол между полным током и его емкостной составляющей

Отношение активной составляющей тока Ia к емкостной составляющей Ic называется тангенсом угла диэлектрических потерь и выражается в процентах:

В идеальном диэлектрике без потерь угол δ=0 и, соответственно, tg δ=0. Увлажнение и другие дефекты изоляции вызывают увеличение активной составляющей тока диэлектрических потерь и tgδ. Поскольку при этом активная составляющая растет значительно быстрее, чем емкостная, показатель tg δ отражает изменение состояния изоляции и потери в ней. При малом объеме изоляции удается обнаружить развитые местные и сосредоточенные дефекты.

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь

Для измерения емкости и угла диэлектрических потерь (или tg δ ) эквивалентную схему конденсатора представляют как идеальный конденсатор с последовательно включенным активным сопротивлением (последовательная схема) или как идеальный конденсатор с параллельно включенным активным сопротивлением (параллельная схема).

Для последовательной схемы активная мощность:

Р=(U 2 ω tg δ )/( 1+tg 2 δ ) , tg δ = ω С R

Для параллельной схемы:

Р=U2 ω tg δ, tg δ = 1/ (ω С R )

где С — емкость идеального конденсатора; R — активное сопротивление.

Значение угла диэлектрических потерь обычно не превышает сотых или десятых долей единицы (поэтому угол диэлектрических потерь принято выражать в процентах), тогда 1+tg 2 δ ≈ 1, а потери для последовательной и параллельной схем замещения Р=U 2 ω tg δ, tg δ = 1/ (ω С R )

Значение потерь пропорционально квадрату приложенного к диэлектрику напряжения и частоте, что необходимо учитывать при выборе электроизоляционных материалов для аппаратуры высокого напряжения и высокочастотной.

С увеличением приложенного к диэлектрику напряжения до некоторого значения U о начинается ионизация имеющихся в диэлектрике газовых и жидкостных включений, при этом δ начинает резко возрастать за счет дополнительных потерь, вызванных ионизацией. При U1 газ ионизирован и уменьшается (рис. 2).

Рис. 2. Ионизационная кривая tg δ = f (U)

Значение тангенса угла диэлектрических потерь измеряют при напряжениях, меньших U о (обычно 3 — 10 кВ). Напряжение выбирается так, чтобы облегчить испытательное устройство при сохранении достаточной чувствительности прибора.

Значение тангенса угла диэлектрических потерь ( tg δ) нормируется для температуры 20 °С, поэтому измерение следует производить при температурах, близких к нормированной (10 — 20 о С). В этом диапазоне температур изменение диэлектрических потерь невелико, и для некоторых типов изоляции измеренное значение может без пересчета сравниваться с нормированным для 20 °С.

Для устранения влияния токов утечки и внешних электростатических полей на результаты измерения на испытуемом объекте и вокруг измерительной схемы монтируют защитные приспособления в виде охранных колец и экранов. Наличие заземленных экранов вызывает появление паразитных емкостей; для компенсации их влияния обычно применяют метод защитного — напряжения, регулируемого по значению и фазе.

Наибольшее распространение получили мостовые схемы измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь .

Местные дефекты, обусловленные сквозными проводящими мостиками, лучше обнаруживаются измерением сопротивления изоляции на постоянном токе. Измерение tg δ производят мостами переменного тока типов МД-16, Р5026 (Р5026М) или Р595, которые являются по существу измерителями емкости (мост Шеринга). Принципиальная схема моста приведена на рис. 3.

В этой схеме определяются параметры изоляционной конструкции, соответствующие схеме замещения с последовательным соединением конденсатора без потерь С и резистора R, для которой tg δ=ωRC, где ω — угловая частота сети.

Процесс измерения заключается в уравновешивании (балансировке) мостовой схемы поочередной регулировкой сопротивления резистора и емкости магазина конденсаторов. При равновесии моста, которое индицируется измерительным прибором Р, выполняется равенство. Если значение емкости С выразить в микрофарадах, то при промышленной частоте сети f = 50 Гц будем иметь ω=2πf = 100π и, следовательно, tg δ % = 0,01πRC.

П ринципиальная схема моста Р525 приведена на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная схема измерительного моста переменного тока Р525

Измерение возможно на напряжение до 1 кВ и выше 1 кВ (3—10 кВ) в зависимости от класса изоляции и емкости объекта. В качестве источника питания может служить измерительный трансформатор напряжения. Мост используется с внешним воздушным конденсатором С0. Принципиальная схема включения аппаратуры при измерении tg δ показана на рис. 4.

Читайте также:  Лучший чай для заваривания

Рис. 4. Схема включения испытательного трансформатора при измерении тангенса угла диэлектрических потерь: S — рубильник; TAB — регулировочный автортрансформатор; SAC — переключатель полярности выводов испытательного трансформатор Т

Применяют две схемы включения моста: так называемую нормальную, или прямую, в которой измерительный элемент Р включен между одним из электродов испытуемой изоляционной конструкции и землей, и перевернутую, где он включен между электродом испытуемого объекта и выводом высокого напряжения моста. Нормальную схему применяют, когда оба электрода изолированы от земли, перевернутую — когда один из электродов наглухо соединен с землей.

Необходимо помнить, что в последнем случае отдельные элементы моста будут находиться под полным испытательным напряжением. Измерение возможно на напряжении до 1 кВ и выше 1 кВ (3—10 кВ) в зависимости от класса изоляции и емкости объекта. В качестве источника питания может служить измерительный трансформатор напряжения.

Мост используется с внешним образцовым воздушным конденсатором. Мост и необходимую аппаратуру размещают в непосредственной близости к испытуемому объекту и устанавливают ограждение. Провод, идущий от испытательного трансформатора Т к образцовому конденсатору С, а также соединительные кабели моста Р, находящиеся под напряжением, должны быть удалены от заземленных предметов не менее чем на 100—150 мм. Трансформатор Т и его регулировочное устройство ТАВ (ЛАТР) должны отстоять от моста не менее чем на 0,5 м. Корпуса моста, трансформатора и регулирующего устройства, а также один вывод вторичной обмотки трансформатора обязательно заземляют.

Показатель tg δ часто измеряется в зоне действующего РУ, а, поскольку между объектом испытания и элементами РУ всегда имеется емкостная связь, через испытуемый объект протекает ток влияния. Этот ток, зависящий от напряжения и фазы влияющего напряжения и суммарной емкости связи, может привести к неправильной оценке состояния изоляции, особенно объектов небольшой емкости, в частности вводов (до 1000—2000 пФ).

Уравновешивание моста производится путем многократного регулирования элементов схемы моста и защитного напряжения, для чего индикатор равновесия включается то в диагональ, то между экраном и диагональю. Мост считается уравновешенным, если при обоих включениях индикатора равновесия ток через него отсутствует.

В момент равновесия моста

г де f — частота переменного тока, питающего схему

Постоянное сопротивление R4 выбирается равным 10 4 / π Ом. В этом случае tg δ = С4, где емкость С4 выражена в микрофарадах.

Если измерение проводилось на частоте f’ , отличной от 50Гц, то tg δ = (f’/50)C4

Когда измерение тангесна угла диэлектрических потерь производится на небольших отрезках кабеля или образцах изоляционных материалов, из-за их малой емкости необходимы электронные усилители (например, типа Ф-50-1 с коэффициентом усиления около 60). Следует иметь в виду, что мост учитывает потери в проводе, соединяющем мост с испытуемым объектом, и измеренное значение тангенса угла диэлектрических потерь будет больше действительного на 2 π fRzCx , где Rz — сопротивление провода.

При измерениях по схеме перевернутого моста регулируемые элементы измерительной схемы находятся под высоким напряжением, поэтому регулирование элементов моста либо производят и а расстоянии с помощью изолирующих штанг, либо оператора помещают в общем экране с измерительными элементами.

Тангенс угла диэлектрических потерь трансформаторов и электрических машин измеряют между каждой обмоткой и корпусом при заземленных свободных обмотках.

Влияния электрического поля

Различают электростатические и электромагнитные влияния электрического поля. Электромагнитные влияния исключаются полным экранированием. Измерительные элементы размещают в металлическом корпусе (например, мосты Р5026 и Р595). Электростатические влияния создаются находящимися под напряжением частями РУ и ЛЭП. Вектор влияющего напряжения может занимать любое положение по отношению к вектору испытательного напряжения.

Известны несколько способов уменьшения влияния электростатических полей на результаты измерения tg δ:

отключение напряжения, создающего влияющее поле. Этот способ наиболее эффективен, но не всегда применим по условиям энергоснабжения потребителей;

вывод объекта испытания из зоны влияния. Цель достигается, но транспортировка объекта нежелательна и не всегда возможна;

измерение на частоте, отличной от 50 Гц. Применяется редко, так как требует специальной аппаратуры;

расчетные методы исключения погрешности;

метод компенсации влияний, при котором достигается совмещение векторов испытательного напряжения и ЭДС влияющего поля.

С этой целью в цепь регулирования напряжения включают фазорегулятор и при отключенном объекте испытания добиваются равновесия моста. При отсутствии фазорегулятора эффективной мерой может явиться питание моста от того напряжения трехфазной системы (с учетом полярности), при котором результат измерения будет минимальным. Часто бывает достаточно выполнить измерение четыре раза при разных полярностях испытательного напряжения и подключении гальванометра моста; Применяются как самостоятельно, так и для уточнения результатов, полученных другими методами.

Измерение сопротивления изоляции бум ажио-масляных конденсаторов (косинусных, связи, отбора мощности) производится мега-омметрами на напряжение 2500 В.

Отличительной особенностью конденсаторов, в особенности косинусных, является длительное удержание заряда, которое может представлять опасность для персонала. Поэтому ВО ВСЕХ СЛУЧАЯХ ПЕРЕД ПРОВЕДЕНИЕМ ПРИСОЕДИНЕНИЙ В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СХЕМЕ НЕОБХОДИМО ПРЕДВАРИТЕЛЬНО РАЗРЯДИТЬ ПРОВЕРЯЕМЫЙ КОНДЕНСАТОР путем закорачивания его выводов и соединения их с землей.

У косинусных конденсаторов сопротивление изоляции измеряется как относительно корпуса конденсатора, так и между его выводами. Сопротивление изоляции у трехфазных конденсаторов измеряется последовательно между каждой парой закороченных выводов, соединенных с корпусом, и третьим выводом в соответствии с таблицей.

Читайте также:  Можно ли заливать стяжку на пеноплекс

Последовательность измерений для трехфазных конденсаторов

Обозначение вывода

Обозначение измеряемой емкости

Выводы, между которыми производится измерение

1 — 2, 3, корпус

2 — 1,3, корпус

3 — 1,2, корпус

У конденсаторов связи и отбора мощности сопротивление измеряется между фланцами конденсатора. При измерениях сопротивления изоляции конденсаторов до их монтажа подсоединение выводов мегаомметра к выводам или фланцам конденсатора может быть произвольным.

При измерениях сопротивления изоляции смонтированных конденсаторов связи (делителей напряжения) расшиновка, снятие заземления на стороне ВН и отсоединение от земли нижнего элемента не требуется. При этом, чтобы не измерять сопротивление параллельно включенных элементов, необходимо использовать вывод мегаомметра "Э", который подключается к фланцу элемента конденсатора со стороны подсоединения вывода мегаомметра "r х ", как показано на рис. 1

Рис. 1. Схема измерения сопротивления изоляции конденсаторов связи, делителей напряжения и отбора мощности

2. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь и емкости

Измерение емкости косинусных конденсаторов рекомендуется производить методом амперметра-вольтметра или с помощью двух вольтметров. На рис. 2 приведены схемы измерения емкости.

Рис. 2. Схемы измерения емкости

Расчет емкости производится по формулам:

при использовании метода амперметра-вольтметра

при использовании двух вольтметров

где С х — значение емкости, мкФ;

I — значение тока, А;

w- угловая частота;

U — значение напряжения по вольтметру V, В;

U 1 — значение напряжения по вольтметру VI, В;

U 2 — значение напряжения по вольтметру V2, В;

R 2 — значение сопротивления вольтметра V2, Ом.

Измерения рекомендуется производить при напряжении 110-220 В переменного тока. Для трехфазных конденсаторов измерения производятся в соответствии с таблицей. Полная емкость трехфазного конденсатора определяется по формуле

Возможно также определение емкости косинусных конденсаторов мостами переменного тока.

Тангенс угла диэлектрических потерь и емкость конденсаторов связи, делителей напряжения и отбора мощности измеряется с помощью мостов переменного тока (например, типа Р5026). Измерения производятся при приложении напряжения до 10 кВ (но не выше номинального).

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь конденсаторов связи, делителей напряжения и отбора мощности до монтажа рекомендуется производить по перевернутой схеме моста с целью уменьшения трудозатрат на проведение измерений. По этой же причине перевернутая схема моста переменного тока рекомендуется при проведении измерении тангенса угла диэлектрических потерь и емкости нижних и верхних элементов собранных конденсаторов связи и делителей напряжения (в этом случае не требуется разземление ошиновки на стороне высокого напряжения и отсоединение от земли нижнего элемента). Рекомендуемые при этом схемы измерений тангенса угла диэлектрических потерь и емкости приведены на рис. 3. Подача напряжения на элемент со стороны подсоединения вывода моста "С х " уменьшает погрешность измерений тангенса угла диэлектрических потерь и емкости за счет исключения протекания тока по элементу между выводом "С х " моста и выводом высокого напряжения испытательного трансформатора.

Рис. 3. Схемы измерений tg и емкости конденсаторов по перевернутой схеме моста переменного тока:

Пр — предохранитель; В — выключатель (рубильник); К — переключатель полярности напряжения; Р — регулятор напряжения; Тр — испытательный трансформатор; Ф — фазорегулятор; V — вольтметр

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь и емкости средних элементов конденсаторов связи, делителей напряжения и отбора мощности рекомендуется производить по нормальной схеме моста переменного тока, как показано на рис. 4.

Рис. 4. Схема измерений tg и емкости конденсаторов по нормальной схеме моста переменного тока.

Обозначения те же, что и на рис. 3

3. Испытание повышенным напряжением

Испытания конденсаторов повышенным напряжением производится по схеме, приведенной на рис. 5. Испытанию подвергается изоляция относительно корпуса, выводы конденсатора на время испытаний закорачиваются. (Конденсаторы, имеющие один вывод, соединенный с корпусом, не должны подвергаться испытаниям повышенным напряжением). Контроль испытательного напряжения рекомендуется выполнять на стороне высшего напряжения статическим киловолътметром. Допускается измерение напряжения на стороне низшего напряжения с пересчетом испытательного напряжения по коэффициенту трансформации используемого трансформатора.

Батарея конденсаторов испытывается по окончании монтажа путем трехкратного включения на номинальное напряжение.

Рис. 5. Схема испытаний косинусных конденсаторов повышенным напряжением промышленной частоты:

Р — рубильник; А — автоматический выключатель с защитой без выдержки времени; РН — регулятор напряжения; Тр — испытательный трансформатор; к V — статический киловольтметр; V — вольтметр

При отсутствии испытательной установки необходимой мощности испытание конденсаторов повышенным напряжением промышленной частоты может быть заменено испытанием повышенным выпрямленным напряжением.

1. Общая часть.

1.1. Тангенс угла диэлектрических потерь (tg d) определяется как отношение активной составляющей тока утечки через изоляцию к его реактивной составляющей. При приложенном переменном напряжении является важной характеристикой изоляции трансформаторов и вводов высокого напряжения. Обычно tg d выражается в %:

tg d % = 100 х tg d

1.2. Значение tg d нормируется для каждого вида оборудования.

2. Указание мер безопасности.

2.1. Допуск к измерениям осуществляется по наряду и руководителем работ, а если он не назначен, то производителем работ. Наряд на измерения выдает в этих случаях работник.

Читайте также:  Шапка с мордочкой крючком

2.2. Измерения проводит бригада, в которой производитель работ должен иметь группу VI, а члены бригады – III.

2.3. К измерениям допускаются лица, прошедшие специальную подготовку и имеющие практический опыт работы проведения измерений.

Не допускается одновременное проведение измерений и других работ различными бригадами в пределах одного присоединения.

2.4. При измерении tg d по перевернутой схеме внутренние узлы моста находятся под высоким напряжением. Любые измерения мостом производятся для обеспечения безопасности с диэлектрической подставки или резинового коврика и в диэлектрических перчатках.

3. Подготовка рабочего места.

3.1. Перед началом измерений проверяется стационарное заземление корпусов, испытываемого оборудования и надежно заземляют экран измерительного моста одного из выводов повышающего трансформатора. Сечение заземляющих проводников должно быть не менее 4 мм 2 .

3.2. Место измерения, а также соединительные провода, находящиеся под напряжением, ограждают. Вывешивают плакат «Испытание! Опасно для жизни!».

Присоединение измерительной схемы к сети напряжения 220 В проводят через коммутационные аппараты с видимым разрывом в том числе через штепсельную вилку. При сборке измерительной схемы перед присоединением к сети 220 В на высокий вывод установки накладывают заземления при помощи специальной заземляющей штанги.

4. Техническая оснащенность.

4.1. Мост типа Р 5026.

4.2. Испытываемый трансформатор НОМ .

4.3. Образцовый конденсатор P5023.

4.4. Регулировочный автотрансформатор.

5. Порядок работы.

5.1. Убедиться в отсутствии напряжения на испытываемом оборудовании.

5.2. Собрать схему для проведения измерений, нормальную или перевернутую, согласно конструктивным особенностям трансформатора.

5.3. Заземлить разрядной штангой высоковольтный вывод схемы.

5.4. В схеме на рис. 1 высокое напряжение от вспомогательного трансформатора подается на токоведущий вывод проверяемого объекта, что соответствует нормальной схеме измерения. В отличие от этой схемы существует перевернутая схема измерения tgd, в которой зажимы моста для заземления и подачи высокого напряжения меняются местами.

Перевернутая схема менее точна, чем нормальная. Однако измерения tg d изоляции трансформаторов, а также установленных на аппарате вводов могут производиться только по перевернутой схеме в связи с тем, что один из электродов в этих случаях заземлен. При измерении по перевернутой схеме внутренние узлы моста (R3, C4 и т.п.) находятся под высоким напряжением, так как напряжение от трансформатора подается на экран моста. Но в связи с тем, что экран с узлами изолирован на полное испытательное напряжение от корпуса (кроме того, заземляемого), обеспечивается безопасность измерения и при перевернутой схеме. Любые измерения мостом производятся для обеспечения безопасности с диэлектрической подставки или резинового коврика и в диэлектрических перчатках.

Отличительной особенностью мостов Р 595 и Р 5026 является наличие нуль-индикатора, в качестве которого используется транзисторный избирательный усилитель с питанием от элементов постоянного тока со стрелочным прибором (микроамперметр М 4204) на выходе. Максимальная чувствительность нуль-индикатора не менее 2 мкА/мкВ.

Для обеспечения точности измерения мост и вспомогательная аппаратура, необходимая для измерения, располагается в непосредственной близости от проверяемого объекта (рис. 2); при этом требуется безусловное соблюдение правил техники безопасности, предусматриваемых для испытаний повышенным напряжением. В качестве испытательного используется измерительный трансформатор напряжения НОМ-10 или НОМ-6.

Измерения tg d аппаратов с номинальным напряжением 6 кВ производят на напряжении 6 кВ, а аппаратов с номинальным напряжением менее 6 кВ — на напряжении 220-380 В. измерения производятся при удовлетворительных результатах оценки состояния изоляции с помощью мегаомметра и другими способами и удовлетворительных результатах испытаний пробы масла. Измерения при сушке производят на напряжении 220-380 В. Результаты измерений tg d сравниваются с допустимыми нормами и с результатами предыдущих измерений, в том числе заводскими.

При измерениях tg d возможны электромагнитные влияния на мост испытательного трансформатора и регулировочного автотрансформатора. Во избежание этого рекомендуется располагать их на расстоянии не менее 0,5 м от моста.

Порядок измерений мостами Р 5026, МД-16 и Р 595 излагается в заводских инструкциях.

Измерения tg d рекомендуется производить при температурах от +10 до +40 °С. Для приведения измеренных значений tg d к необходимой температуре (например, измерений на заводе для сравнения) используются следующие коэффициенты:

Разность температур 1 2 3 4 5 10 15

Коэффициент измерения tg d:

волокнистой изоляции 1,03 1,06 1,09 1,12 1,15 1,31 1,51

трансформаторного масла 1,04 1,08 1,13 1,17 1,22 1,5 1,84

Разность температур 20 25 30 35 40 45 60

Коэффициент измерения tg d:

волокнистой изоляции 1,75 2 2,3 — — — —

трансформаторного масла 2,25 2,75 3,4 4,15 5,1 6,2 7,5

НТД и техническая литература:

  • Межотраслевые правила по охране труда (ПБ) при эксплуатации электроустановок.
  • ПОТ Р М — 016 — 2001. — М.: 2001.
  • Правила устройства электроустановок Глава 1.8 Нормы приемосдаточных испытаний Седьмое издание
  • Объем и нормы испытаний электрооборудования. Издание шестое с изменениями и дополнениями — М.:НЦ ЭНАС, 2004.
  • Наладка и испытания электрооборудования станций и подстанций/ под ред. Мусаэляна Э.С. -М.:Энергия, 1979.
  • Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. — М.: ОРГРЭС, 1997.
Ссылка на основную публикацию
Adblock detector