Tangente de pérdida dieléctrica, medición del índice de pérdida dieléctrica

La pérdida dieléctrica es la energía disipada en un material aislante bajo la influencia de un campo eléctrico sobre él.

La capacidad de un dieléctrico para disipar energía en un campo eléctrico generalmente se caracteriza por un ángulo de pérdidas dieléctricas y una tangente de un ángulo de pérdidas dieléctricas... En la prueba, el dieléctrico se considera el dieléctrico de un capacitor, el la capacitancia y el ángulo de los cuales se miden. δ, complementando el ángulo de fase entre corriente y voltaje en el circuito capacitivo a 90°. Este ángulo se denomina ángulo de pérdida dieléctrica.

Con un voltaje alterno, fluye una corriente en el aislamiento, que está en fase con el voltaje aplicado en un ángulo ϕ (Fig. 1), menos de 90 grados. correo electrónico en un pequeño ángulo δ, debido a la presencia de resistencia activa.

Arroz. 1.Diagrama vectorial de corrientes a través de un dieléctrico con pérdidas: U — voltaje en el dieléctrico; I es la corriente total a través del dieléctrico; Ia, Ic — componentes activa y capacitiva de la corriente total, respectivamente; ϕ es el ángulo de desfase entre la tensión aplicada y la corriente total; δ es el ángulo entre la corriente total y su componente capacitivo

La relación entre la componente activa de la corriente Ia y la componente capacitiva Ic se denomina tangente del ángulo de pérdida dieléctrica y se expresa en porcentaje:

En un dieléctrico ideal sin pérdidas, el ángulo δ = 0 y, en consecuencia, tan δ = 0. La humectación y otros defectos de aislamiento provocan un aumento en el componente activo de la corriente de pérdida dieléctrica y tgδ. Dado que en este caso el componente activo crece mucho más rápido que el capacitivo, el indicador tan δ refleja el cambio en el estado del aislamiento y las pérdidas en él. Con una pequeña cantidad de aislamiento, es posible detectar defectos locales y concentrados desarrollados.

Medida de tangente de pérdidas dieléctricas

Para medir la capacitancia y el ángulo de pérdida dieléctrica (o tgδ), el circuito equivalente de un capacitor se representa como un capacitor ideal con una resistencia activa conectada en serie (circuito en serie) o como un capacitor ideal con una resistencia activa conectada en paralelo (circuito en paralelo). ).

Para un circuito en serie, la potencia activa es:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Para un circuito en paralelo:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

donde B. — capacitancia de un capacitor ideal, R — resistencia activa.

El ángulo de detección de las pérdidas dieléctricas generalmente no excede las centésimas o las décimas de la unidad (por lo tanto, el ángulo de las pérdidas dieléctricas generalmente se expresa como un porcentaje), luego 1 + tg2δ≈ 1, y las pérdidas para circuitos equivalentes en serie y paralelo P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

El valor de las pérdidas es proporcional al cuadrado de la tensión y la frecuencia aplicada al dieléctrico, lo que debe tenerse en cuenta a la hora de elegir materiales de aislamiento eléctrico para equipos de alta tensión y alta frecuencia.

Con un aumento en el voltaje aplicado al dieléctrico a un cierto valor UО, comienza la ionización de las inclusiones de gas y líquido presentes en el dieléctrico, mientras que δ comienza a aumentar bruscamente debido a las pérdidas adicionales causadas por la ionización. En U1, el gas se ioniza y reduce (Fig. 2).

Arroz. 2. Curva de ionización tgδ = f (U)

Tangente de pérdida dieléctrica media medida a voltajes inferiores a UО (típicamente 3 — 10 kV) El voltaje se elige para facilitar el dispositivo de prueba mientras se mantiene suficiente sensibilidad del instrumento.

Es decir, la tangente de las pérdidas dieléctricas (tgδ) normalizadas para una temperatura de 20 ° C, por lo tanto, la medición debe realizarse a temperaturas cercanas a las normalizadas (10 — 20 ОС). En este rango de temperatura, el cambio en las pérdidas dieléctricas es pequeño y, para algunos tipos de aislamiento, el valor medido se puede comparar sin recálculo con el valor normalizado para 20 °C.

Para eliminar la influencia de las corrientes de fuga y los campos electrostáticos externos en los resultados de medición del objeto de prueba y alrededor del circuito de medición, se instalan dispositivos de protección en forma de anillos protectores y pantallas.La presencia de pantallas puestas a tierra provoca capacitancias parásitas; para compensar su influencia, generalmente se usa el método de protección: voltaje ajustable en valor y fase.

son los mas comunes circuitos de medida de puentes tangente de capacitancia y pérdidas dieléctricas.

Los defectos locales causados ​​por puentes conductores se detectan mejor midiendo la resistencia de aislamiento de CC. La medida de tan δ se realiza con puentes AC de tipo MD-16, P5026 (P5026M) o P595, que son esencialmente medidores de capacitancia (puente de Schering). Un diagrama esquemático del puente se muestra en la Fig. 3.

En este esquema se determinan los parámetros de la estructura de aislamiento correspondiente al circuito equivalente con conexión en serie de un capacitor sin pérdidas C y una resistencia R, para lo cual tan δ = ωRC, donde ω es la frecuencia angular de la red.

El proceso de medición consiste en equilibrar (balancear) el circuito del puente ajustando sucesivamente la resistencia de la resistencia y la capacitancia de la caja del capacitor. Cuando el puente está en equilibrio, como lo indica el dispositivo de medición P, se cumple la igualdad. Si el valor de la capacitancia C se expresa en microfaradios, entonces a la frecuencia industrial de la red f = 50 Hz tendremos ω = 2πf = 100π y por tanto tan δ% = 0.01πRC.

Un diagrama esquemático del puente P525 se muestra en la Fig. 3.

Arroz. 3. Diagrama esquemático del puente de medición de CA P525

La medición es posible para tensiones de hasta 1 kV y superiores a 1 kV (3-10 kV), según la clase de aislamiento y la capacidad del sitio. Un transformador de medición de voltaje puede servir como fuente de energía. El puente se utiliza con un condensador de aire externo C0.Un diagrama esquemático de la inclusión del equipo al medir tan δ se muestra en la Fig. 4.

Arroz. 4. Diagrama de conexión del transformador de prueba al medir la tangente del ángulo de pérdidas dieléctricas: S - interruptor; TAB — ajuste del autotransformador; SAC — Interruptor de polaridad para transformador de prueba T

Se utilizan dos circuitos de conmutación de puente: el denominado normal o recto, en el que el elemento de medida P se conecta entre uno de los electrodos de la estructura aislante ensayada y tierra, y el invertido, en el que se conecta entre el electrodo de la ensayada. objeto y el terminal de alto voltaje del puente. El circuito normal se usa cuando ambos electrodos están aislados de tierra, invertidos, cuando uno de los electrodos está firmemente conectado a tierra.

Debe recordarse que en este último caso los elementos individuales del puente estarán bajo tensión de prueba completa. La medición es posible a tensiones de hasta 1 kV y superiores a 1 kV (3-10 kV), según la clase de aislamiento y la capacidad del sitio. Un transformador de medición de voltaje puede servir como fuente de energía.

El puente se utiliza con un condensador de aire de referencia externo. El puente y el equipo necesario se colocan muy cerca del sitio de prueba y se instala una cerca. El cable que conduce del transformador de prueba T al condensador modelo C, así como los cables de conexión del puente P, que están bajo tensión, deben separarse de los objetos puestos a tierra por lo menos 100-150 mm. El transformador T y su dispositivo de regulación TAB ( LATR) debe estar a una distancia de al menos 0,5 m del puente.Las carcasas del puente, del transformador y del regulador, así como un terminal del devanado secundario del transformador, deben conectarse a tierra.

El indicador tan δ a menudo se mide en el área de la aparamenta operativa y, dado que siempre hay una conexión capacitiva entre el objeto de prueba y los elementos de la aparamenta, la corriente de influencia fluye a través del objeto de prueba. Esta corriente, que depende de la tensión y fase de la tensión que influye y de la capacidad total de la conexión, puede conducir a una evaluación incorrecta del estado del aislamiento, especialmente en objetos con una capacidad pequeña, en particular los pasatapas (hasta 1000-2000 pF).

El equilibrio del puente se realiza ajustando repetidamente los elementos del circuito del puente y el voltaje de protección, para lo cual el indicador de equilibrio se incluye en la diagonal o entre la pantalla y la diagonal. El puente se considera equilibrado si no hay corriente a través de él con la inclusión simultánea del indicador de equilibrio.

En el momento del equilibrio del puente

Gde f es la frecuencia de la corriente alterna que alimenta el circuito

° Cx = (R4 / Rx) Co

Se elige una resistencia constante R4 igual a 104/π Ω En este caso tgδ = C4, donde la capacitancia C4 se expresa en microfaradios.

Si la medida se realizó con una frecuencia f' distinta a 50Hz, entonces tgδ = (f'/ 50) C4

Cuando la medición de la tangente de pérdidas dieléctricas se realice en pequeñas secciones de cable o muestras de materiales aislantes; debido a su baja capacidad, son necesarios amplificadores electrónicos (por ejemplo, del tipo F-50-1 con una ganancia de unos 60).Tenga en cuenta que el puente tiene en cuenta la pérdida en el cable que conecta el puente al objeto de prueba, y el valor de tangente de pérdida dieléctrica medido será más válido en 2πfRzCx, donde Rz — resistencia del cable.

Al medir según un esquema de puente invertido, los elementos ajustables del circuito de medición están bajo alta tensión, por lo tanto, el ajuste de los elementos del puente se realiza a distancia utilizando varillas aislantes, o el operador se coloca en una pantalla común con medición elementos.

La tangente del ángulo de pérdida dieléctrica de transformadores y máquinas eléctricas se mide entre cada devanado y la carcasa con devanados libres puestos a tierra.

Efectos de campo eléctrico

Distinguir entre los efectos electrostáticos y electromagnéticos de un campo eléctrico. Las influencias electromagnéticas quedan excluidas mediante un blindaje completo. Los elementos de medición se colocan en una carcasa de metal (por ejemplo, puentes P5026 y P595). Las influencias electrostáticas son creadas por partes activas de aparamenta y líneas eléctricas. El vector de tensión de influencia puede ocupar cualquier posición con respecto al vector de tensión de prueba.

Hay varias formas de reducir la influencia de los campos electrostáticos en los resultados de las mediciones de tan δ:

• desconectar la tensión que genera el campo de influencia. Este método es el más efectivo, pero no siempre aplicable en términos de suministro de energía a los consumidores;

• retirar el objeto de prueba del área de influencia. El objetivo se logra, pero transportar el objeto no es deseable y no siempre es posible;

• medir una frecuencia distinta de 50 Hz. Rara vez se usa porque requiere un equipo especial;

• métodos computacionales para la exclusión de errores;

• un método de compensación de influencias, en el que se logra una alineación de los vectores de la tensión de prueba y la FEM del campo afectado.

Para este propósito, se incluye un desfasador en el circuito de regulación de voltaje y, cuando el objeto de prueba se apaga, se logra el equilibrio del puente. En ausencia de un regulador de fase, una medida eficaz puede ser alimentar el puente desde esta tensión del sistema trifásico (teniendo en cuenta la polaridad), en cuyo caso el resultado de la medida será mínimo. A menudo es suficiente realizar la medición cuatro veces con diferentes polaridades de la tensión de prueba y un galvanómetro de puente conectado; Se utilizan tanto de forma independiente como para mejorar los resultados obtenidos por otros métodos.