משיק הפסד דיאלקטרי, מדידת מדד הפסד דיאלקטרי

אובדן דיאלקטרי הוא האנרגיה המתפזרת בחומר מבודד בהשפעת שדה חשמלי עליו.

יכולתו של דיאלקטרי לפזר אנרגיה בשדה חשמלי מאופיינת בדרך כלל בזווית של הפסדים דיאלקטריים, ובמשיק של אובדן דיאלקטרי זווית... בבדיקה הדיאלקטרי נחשב לדיאלקטרי של קבל, ה- הקיבול והזווית שלהם נמדדים. δ, משלים את זווית הפאזה בין זרם ומתח במעגל הקיבולי ל-90 מעלות. זווית זו נקראת זווית ההפסד הדיאלקטרי.

עם מתח חילופין, זורם זרם בבידוד, שנמצא בשלב עם המתח המופעל בזווית ϕ (איור 1), פחות מ-90 מעלות. דואר אלקטרוני בזווית קטנה δ, עקב נוכחות התנגדות אקטיבית.

אורז. 1.דיאגרמת וקטור של זרמים דרך דיאלקטרי עם הפסדים: U - מתח על הדיאלקטרי; I הוא הזרם הכולל דרך הדיאלקטרי; Ia, Ic - רכיבים פעילים וקיבוליים של הזרם הכולל, בהתאמה; ϕ היא זווית הסטת הפאזה בין המתח המופעל לזרם הכולל; δ היא הזווית בין הזרם הכולל לרכיב הקיבולי שלו

היחס בין הרכיב הפעיל של הזרם Ia לרכיב הקיבולי Ic נקרא הטנגנס של זווית ההפסד הדיאלקטרי והוא מבוטא באחוזים:

בדיאלקטרי אידיאלי ללא הפסדים, הזווית δ = 0 ובהתאם, tan δ = 0. הרטבה וליקויי בידוד אחרים גורמים לעלייה ברכיב הפעיל של זרם ההפסד הדיאלקטרי ו-tgδ. מכיוון שבמקרה זה הרכיב הפעיל גדל הרבה יותר מהר מהקיבולי, מחוון tan δ משקף את השינוי במצב הבידוד וההפסדים בו. עם כמות קטנה של בידוד, ניתן לזהות פגמים מקומיים ומרוכזים מפותחים.

מדידת משיקת הפסד דיאלקטרי

כדי למדוד קיבול וזווית אובדן דיאלקטרי (או tgδ), המעגל המקביל של קבל מיוצג כקבל אידיאלי עם התנגדות אקטיבית המחוברת בסדרה (מעגל סדרתי) או כקבל אידיאלי עם התנגדות אקטיבית המחוברת במקביל (מעגל מקביל ).

עבור מעגל סדרתי, ההספק הפעיל הוא:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

עבור מעגל מקביל:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

כאשר B. - קיבול של קבל אידיאלי; R - התנגדות פעילה.

זווית חישה של הפסדים דיאלקטריים בדרך כלל אינה עולה על מאיות או עשיריות של אחדות (לכן זווית הפסדים דיאלקטריים מבוטאת בדרך כלל באחוזים), ואז 1 + tg2δ≈ 1, והפסדים עבור מעגלים מקבילים סדרתיים ומקבילים P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

ערך ההפסדים הוא פרופורציונלי לריבוע המתח והתדר המופעלים על הדיאלקטרי, אשר יש לקחת בחשבון בעת ​​בחירת חומרי בידוד חשמליים לציוד מתח גבוה ותדר גבוה.

עם עלייה במתח המופעל על הדיאלקטרי לערך מסוים UО, מתחיל היינון של תכלילי גז ונוזל הנמצאים בדיאלקטרי, בעוד ש-δ מתחיל לעלות בחדות עקב הפסדים נוספים הנגרמים על ידי יינון. ב-U1, הגז מיונן ומופחת (איור 2).

אורז. 2. עקומת יינון tgδ = f (U)

משיק הפסד דיאלקטרי ממוצע נמדד במתחים נמוכים מ-UО (בדרך כלל 3 - 10 קילוואט). המתח נבחר כדי להקל על מכשיר הבדיקה תוך שמירה על רגישות מספקת של המכשיר.

כלומר הטנגנס של הפסדים דיאלקטריים (tgδ) מנורמל לטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, לכן המדידה צריכה להתבצע בטמפרטורות קרובות לטמפרטורות המנורמלות (10 - 20 ОС). בטווח טמפרטורות זה, השינוי בהפסדים הדיאלקטריים קטן, ועבור סוגים מסוימים של בידוד ניתן להשוות את הערך הנמדד ללא חישוב מחדש עם הערך המנורמל עבור 20 מעלות צלזיוס.

על מנת לבטל את ההשפעה של זרמי דליפה ושדות אלקטרוסטטיים חיצוניים על תוצאות המדידה של אובייקט הבדיקה וסביב מעגל המדידה, מותקנים התקני הגנה בצורת טבעות מגן ומסכים.נוכחותם של מגנים מוארקים גורמת לקיבולים תועים; כדי לפצות על השפעתם, שיטת ההגנה משמשת בדרך כלל - מתח מתכוונן בערך ובפאזה.

הם הנפוצים ביותר מעגלי מדידת גשרים משיק קיבול והפסדים דיאלקטריים.

פגמים מקומיים הנגרמים על ידי גשרים מוליכים מתגלים בצורה הטובה ביותר על ידי מדידת התנגדות בידוד DC. מדידת tan δ מתבצעת עם גשרי AC מסוגים MD-16, P5026 (P5026M) או P595, שהם בעצם מדי קיבול (גשר Schering). תרשים סכמטי של הגשר מוצג באיור. 3.

בסכימה זו, נקבעים הפרמטרים של מבנה הבידוד התואמים למעגל המקביל עם חיבור סדרתי של קבל ללא הפסדים C ונגד R, שעבורו tan δ = ωRC, כאשר ω הוא התדר הזוויתי של הרשת.

תהליך המדידה מורכב מאיזון (איזון) של מעגל הגשר על ידי התאמה ברציפות של ההתנגדות של הנגד והקיבול של תיבת הקבלים. כאשר הגשר נמצא בשיווי משקל, כפי שמציין מכשיר המדידה P, השוויון מתקיים. אם ערך הקיבול C מבוטא במיקרו-פאראד, אז בתדר התעשייתי של הרשת f = 50 Hz יהיה לנו ω = 2πf = 100π ולכן tan δ% = 0.01πRC.

תרשים סכמטי של גשר P525 מוצג באיור. 3.

אורז. 3. תרשים סכמטי של גשר מדידת AC P525

מדידה אפשרית עבור מתחים עד 1 קילו וולט ומעלה 1 קילו וולט (3-10 קילו וולט), בהתאם לדרגת הבידוד וקיבולת האתר. שנאי למדידת מתח יכול לשמש כמקור כוח. הגשר משמש עם קבל אוויר חיצוני C0.תרשים סכמטי של הכללת הציוד בעת מדידת tan δ מוצג באיור. 4.

אורז. 4. דיאגרמת חיבור של שנאי הבדיקה בעת מדידת הטנגנס של זווית ההפסדים הדיאלקטריים: S - מתג; TAB - התאמת שנאי אוטומטי; SAC - מתג קוטביות עבור Test Transformer T

נעשה שימוש בשני מעגלי מיתוג גשר: מה שנקרא רגיל או ישר, שבו אלמנט המדידה P מחובר בין אחת האלקטרודות של המבנה המבודד שנבדק לבין האדמה, והפוך, שבו הוא מחובר בין האלקטרודה של הנבדק. אובייקט ומסוף המתח הגבוה של הגשר. המעגל הרגיל משמש כאשר שתי האלקטרודות מבודדות מהאדמה, הפוך - כאשר אחת האלקטרודות מחוברת היטב לאדמה.

יש לזכור שבמקרה האחרון האלמנטים הבודדים של הגשר יהיו במתח מבחן מלא. מדידה אפשרית במתחים של עד 1 קילו וולט ומעלה 1 קילו וולט (3-10 קילו וולט), בהתאם לדרגת הבידוד וקיבולת האתר. שנאי למדידת מתח יכול לשמש כמקור כוח.

הגשר משמש עם קבל אוויר ייחוס חיצוני. הגשר והציוד הדרוש ממוקמים בסמיכות לאתר הבדיקה ומותקנת גדר. את החוט המוביל משנאי הבדיקה T לדגם הקבל C, וכן את כבלי החיבור של הגשר P, הנמצאים במתח, יש להסיר מחפצים מוארקים לפחות ב-100-150 מ"מ. השנאי T ושלו התקן ויסות TAB ( LATR) חייב להיות במרחק של לפחות 0.5 מ' מהגשר.יש להארקה את הגשר, השנאי והרגולטור, כמו גם מסוף אחד של הפיתול המשני של השנאי.

המחוון tan δ נמדד לעתים קרובות באזור המתג התפעולי, ומכיוון שתמיד יש חיבור קיבולי בין אובייקט הבדיקה לאלמנטים של מיתוג, הזרם המשפיע זורם דרך אובייקט הבדיקה. זרם זה, התלוי במתח ובפאזה של המתח המשפיע ובקיבול הכולל של החיבור, עלול להוביל להערכה שגויה של מצב הבידוד, במיוחד על עצמים בעלי קיבול קטן, בפרט תותבים (עד 1000-2000). pF).

איזון הגשר נעשה על ידי התאמה חוזרת ונשנית של רכיבי מעגל הגשר ומתח ההגנה, עבורם מחוון האיזון כלול באלכסון או בין המסך לאלכסון. הגשר נחשב מאוזן אם אין דרכו זרם עם הכללה בו זמנית של מחוון האיזון.

בזמן איזון הגשר

Gde f הוא התדר של זרם החילופין המספק את המעגל

° Cx = (R4 / Rx) Co

התנגדות קבועה R4 נבחרת שווה ל-104/π Ω במקרה זה tgδ = C4, כאשר הקיבול C4 מתבטא במיקרו-פאראד.

אם המדידה נעשתה בתדר f 'שלא 50Hz, אז tgδ = (f '/ 50) C4

כאשר מדידת המשיק של ההפסד הדיאלקטרי מתבצעת על קטעים קטנים של כבלים או דגימות של חומרי בידוד; בשל הקיבולת הנמוכה שלהם, יש צורך במגברים אלקטרוניים (לדוגמה, מסוג F-50-1 עם רווח של כ-60).שימו לב שהגשר לוקח בחשבון את ההפסד בחוט המחבר את הגשר לאובייקט הבדיקה, וערך המשיק של ההפסד הדיאלקטרי הנמדד יהיה תקף יותר ב-2πfRzCx, כאשר Rz - התנגדות החוט.

כאשר מודדים לפי סכימת גשר הפוך, האלמנטים המתכווננים של מעגל המדידה נמצאים במתח גבוה, ולכן ההתאמה של רכיבי הגשר מתבצעת או ממרחק באמצעות מוטות מבודדים, או שהמפעיל ממוקם במסך משותף עם מדידה אלמנטים.

הטנגנס של זווית ההפסד הדיאלקטרי של שנאים ומכונות חשמליות נמדד בין כל פיתול לבית עם פיתולים חופשיים מוארקים.

השפעות שדה חשמליות

הבחנה בין השפעות אלקטרוסטטיות ואלקטרומגנטיות של שדה חשמלי. השפעות אלקטרומגנטיות אינן נכללות על ידי מיגון מלא. אלמנטי המדידה ממוקמים בתוך בית מתכת (למשל גשרים P5026 ו-P595). השפעות אלקטרוסטטיות נוצרות על ידי חלקים חיים של מיתוג וקווי חשמל. וקטור המתח המשפיע יכול לתפוס כל מיקום ביחס לווקטור מתח הבדיקה.

ישנן מספר דרכים להפחית את ההשפעה של שדות אלקטרוסטטיים על התוצאות של מדידות tan δ:

• כיבוי המתח שיוצר את השדה המשפיע. שיטה זו היא היעילה ביותר, אך לא תמיד ישימה מבחינת אספקת אנרגיה לצרכנים;

• משיכת חפץ הבדיקה מאזור ההשפעה. המטרה מושגת, אך הובלת החפץ אינה רצויה ולא תמיד אפשרית;

• מדידת תדר שאינו 50 הרץ. הוא משמש לעתים רחוקות כי זה דורש ציוד מיוחד;

• שיטות חישוביות להחרגת שגיאות;

• שיטה של ​​פיצוי של השפעות, שבה מושגת יישור של הווקטורים של מתח הבדיקה וה-EMF של השדה המושפע.

למטרה זו, מחליף פאזה כלול במעגל ויסות המתח, וכאשר אובייקט הבדיקה כבוי, איזון הגשר מושג. בהיעדר וסת פאזה, אמצעי יעיל יכול להיות אספקת הגשר ממתח זה של המערכת התלת פאזית (בהתחשב בקוטביות), ובמקרה זה תוצאת המדידה תהיה מינימלית. לעתים קרובות מספיק לבצע את המדידה ארבע פעמים עם קוטביות שונות של מתח הבדיקה וגלונומטר גשר מחובר; הם משמשים הן באופן עצמאי והן לשיפור התוצאות המתקבלות בשיטות אחרות.