Tangen kerugian dielektrik, pengukuran indeks kerugian dielektrik

Kerugian dielektrik adalah energi yang hilang dalam bahan isolasi di bawah pengaruh medan listrik di atasnya.

Kemampuan dielektrik untuk mendisipasi energi dalam medan listrik biasanya ditandai dengan sudut kehilangan dielektrik, dan garis singgung dari sudut kehilangan dielektrik... Dalam pengujian, dielektrik dianggap sebagai dielektrik kapasitor, kapasitansi dan sudut yang diukur. δ, melengkapi sudut fase antara arus dan tegangan di sirkuit kapasitif hingga 90 °. Sudut ini disebut sudut kerugian dielektrik.

Dengan tegangan bolak-balik, arus mengalir dalam isolasi, yang sefasa dengan tegangan yang diberikan pada sudut ϕ (Gbr. 1), kurang dari 90 derajat. email dengan sudut kecil δ, karena adanya resistensi aktif.

Beras. 1.Diagram vektor arus melalui dielektrik dengan kerugian: U — tegangan pada dielektrik; I adalah arus total yang melalui dielektrik; Ia, Ic — masing-masing komponen aktif dan kapasitif dari arus total; ϕ adalah sudut pergeseran fasa antara tegangan yang diberikan dan arus total; δ adalah sudut antara arus total dan komponen kapasitifnya

Rasio komponen aktif Ia saat ini dengan komponen kapasitif Ic disebut garis singgung sudut kehilangan dielektrik dan dinyatakan sebagai persentase:

Dalam dielektrik ideal tanpa rugi-rugi, sudut δ = 0 dan, karenanya, tan δ = 0. Pembasahan dan cacat insulasi lainnya menyebabkan peningkatan komponen aktif arus rugi dielektrik dan tgδ. Karena dalam hal ini komponen aktif tumbuh jauh lebih cepat daripada komponen kapasitif, indikator tan δ mencerminkan perubahan keadaan insulasi dan kerugian di dalamnya. Dengan sejumlah kecil insulasi, dimungkinkan untuk mendeteksi cacat lokal dan terkonsentrasi yang berkembang.

Pengukuran tangen kerugian dielektrik

Untuk mengukur kapasitansi dan sudut kehilangan dielektrik (atau tgδ), rangkaian ekuivalen kapasitor direpresentasikan sebagai kapasitor ideal dengan resistansi aktif yang dihubungkan secara seri (rangkaian seri) atau sebagai kapasitor ideal dengan resistansi aktif yang dihubungkan secara paralel (rangkaian paralel). ).

Untuk rangkaian seri, daya aktifnya adalah:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Untuk rangkaian paralel:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

dimana B. — kapasitansi kapasitor ideal; R — resistansi aktif.

Sudut rugi-rugi dielektrik biasanya tidak melebihi seperseratus atau sepersepuluh kesatuan (oleh karena itu sudut rugi-rugi dielektrik biasanya dinyatakan dalam persentase), maka 1 + tg2δ≈ 1, dan rugi-rugi untuk rangkaian ekuivalen seri dan paralel P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

Nilai kerugian sebanding dengan kuadrat tegangan dan frekuensi yang diterapkan pada dielektrik, yang harus diperhitungkan saat memilih bahan isolasi listrik untuk peralatan tegangan tinggi dan frekuensi tinggi.

Dengan peningkatan tegangan yang diterapkan pada dielektrik ke nilai UО tertentu, ionisasi inklusi gas dan cairan yang ada dalam dielektrik dimulai, sementara δ mulai meningkat tajam karena kerugian tambahan yang disebabkan oleh ionisasi. Pada U1, gas terionisasi dan tereduksi (Gbr. 2).

Beras. 2. Kurva ionisasi tgδ = f (U)

Rata-rata tangen kerugian dielektrik diukur pada voltase lebih rendah dari UО (biasanya 3 — 10 kV).Tegangan dipilih untuk memfasilitasi perangkat uji dengan tetap mempertahankan sensitivitas instrumen yang memadai.

Berarti tangen kerugian dielektrik (tgδ) dinormalisasi untuk suhu 20 ° C, oleh karena itu pengukuran harus dilakukan pada suhu yang mendekati normal (10 — 20 ОС). Dalam kisaran suhu ini, perubahan kerugian dielektrik kecil, dan untuk beberapa jenis insulasi, nilai terukur dapat dibandingkan tanpa perhitungan ulang dengan nilai normalisasi untuk 20 ° C.

Untuk menghilangkan pengaruh arus bocor dan medan elektrostatik eksternal pada hasil pengukuran benda uji dan di sekitar rangkaian pengukur, dipasang alat pelindung berupa cincin pelindung dan layar.Kehadiran perisai yang diarde menyebabkan kapasitansi yang menyimpang; untuk mengkompensasi pengaruhnya, metode perlindungan biasanya digunakan - tegangan dapat disesuaikan dalam nilai dan fase.

Mereka adalah yang paling umum rangkaian pengukur jembatan tangen kapasitansi dan rugi-rugi dielektrik.

Cacat lokal yang disebabkan oleh jembatan konduktif paling baik dideteksi dengan mengukur resistansi isolasi DC. Pengukuran tan δ dilakukan dengan jembatan AC tipe MD-16, P5026 (P5026M) atau P595, yang pada dasarnya adalah meter kapasitansi (jembatan Schering). Diagram skematis jembatan ditunjukkan pada Gambar. 3.

Dalam skema ini, parameter struktur isolasi yang sesuai dengan rangkaian ekuivalen dengan koneksi seri kapasitor lossless C dan resistor R ditentukan, di mana tan δ = ωRC, di mana ω adalah frekuensi sudut jaringan.

Proses pengukuran terdiri dari penyeimbangan (balancing) rangkaian jembatan dengan mengatur resistansi resistor dan kapasitansi kotak kapasitor secara berturut-turut. Ketika jembatan berada dalam kesetimbangan, seperti yang ditunjukkan oleh alat pengukur P, persamaan tersebut terpenuhi. Jika nilai kapasitansi C dinyatakan dalam mikrofarad, maka pada frekuensi industri jaringan f = 50 Hz kita akan mendapatkan ω = 2πf = 100π dan karenanya tan δ% = 0,01πRC.

Diagram skematik jembatan P525 ditunjukkan pada Gambar. 3.

Beras. 3. Diagram skematik jembatan pengukur AC P525

Pengukuran dimungkinkan untuk voltase hingga 1 kV dan di atas 1 kV (3-10 kV), tergantung pada kelas insulasi dan kapasitas lokasi. Trafo pengukur tegangan dapat berfungsi sebagai sumber listrik. Jembatan ini digunakan dengan kapasitor udara eksternal C0.Diagram skematik penyertaan peralatan saat mengukur tan δ ditunjukkan pada Gambar. 4.

Beras. 4. Diagram koneksi transformator uji saat mengukur garis singgung sudut kerugian dielektrik: S — sakelar; TAB — penyesuaian transformator otomatis; SAC — Sakelar Polaritas untuk Test Transformer T

Dua sirkuit switching jembatan digunakan: yang disebut normal atau lurus, di mana elemen pengukur P dihubungkan antara salah satu elektroda dari struktur isolasi yang diuji dan tanah, dan terbalik, di mana dihubungkan antara elektroda yang diuji objek dan terminal tegangan tinggi jembatan. Sirkuit normal digunakan ketika kedua elektroda diisolasi dari tanah, terbalik - ketika salah satu elektroda terhubung dengan kuat ke tanah.

Harus diingat bahwa dalam kasus terakhir, elemen individual jembatan akan mengalami tegangan uji penuh. Pengukuran dimungkinkan pada voltase hingga 1 kV dan di atas 1 kV (3-10 kV), tergantung pada kelas insulasi dan kapasitas lokasi. Trafo pengukur tegangan dapat berfungsi sebagai sumber listrik.

Jembatan ini digunakan dengan kapasitor udara referensi eksternal. Jembatan dan peralatan yang diperlukan ditempatkan di dekat lokasi pengujian dan pagar dipasang. Kabel yang mengarah dari transformator uji T ke kapasitor model C, serta kabel penghubung jembatan P, yang bertegangan, harus dilepas dari objek yang diarde setidaknya 100-150 mm. alat pengatur TAB ( LATR) harus berada pada jarak minimal 0,5 m dari jembatan.Rumah jembatan, trafo dan regulator, serta satu terminal belitan sekunder trafo, harus dibumikan.

Indikator tan δ sering diukur di area switchgear operasional, dan karena selalu ada koneksi kapasitif antara objek uji dan elemen switchgear, arus pengaruh mengalir melalui objek uji. Arus ini, yang bergantung pada tegangan dan fase dari tegangan yang mempengaruhi dan kapasitansi total sambungan, dapat menyebabkan penilaian kondisi isolasi yang salah, terutama pada objek dengan kapasitansi kecil, khususnya busing (hingga 1000-2000 pF).

Menyeimbangkan jembatan dilakukan dengan berulang kali menyesuaikan elemen rangkaian jembatan dan voltase pelindung, yang indikator keseimbangannya disertakan baik di diagonal atau di antara layar dan diagonal. Jembatan dianggap seimbang jika tidak ada arus yang melewatinya dengan penyertaan indikator keseimbangan secara bersamaan.

Pada saat penyeimbangan jembatan

Gde f adalah frekuensi arus bolak-balik yang menyuplai rangkaian

° Cx = (R4 / Rx) Co

Resistansi konstan R4 dipilih sama dengan 104/π Ω Dalam hal ini tgδ = C4, di mana kapasitansi C4 dinyatakan dalam mikrofarad.

Jika pengukuran dilakukan dengan frekuensi f' selain 50Hz, maka tgδ = (f'/50)C4

Ketika pengukuran tangen kerugian dielektrik dilakukan pada bagian kecil kabel atau sampel bahan isolasi; karena kapasitasnya yang rendah, amplifier elektronik diperlukan (misalnya, tipe F-50-1 dengan penguatan sekitar 60).Perhatikan bahwa jembatan memperhitungkan kerugian pada kabel yang menghubungkan jembatan ke benda uji, dan nilai tangen kerugian dielektrik yang diukur akan lebih valid pada 2πfRzCx, di mana Rz — resistansi kawat.

Saat mengukur sesuai dengan skema jembatan terbalik, elemen yang dapat disesuaikan dari rangkaian pengukur berada di bawah tegangan tinggi, oleh karena itu, penyesuaian elemen jembatan dilakukan baik dari jarak jauh menggunakan batang isolasi, atau operator ditempatkan di layar umum dengan pengukur elemen.

Garis singgung sudut rugi dielektrik transformator dan mesin listrik diukur antara setiap belitan dan rumahan dengan belitan bebas yang ditanahkan.

Efek medan listrik

Bedakan antara efek elektrostatik dan elektromagnetik dari medan listrik. Pengaruh elektromagnetik dikecualikan dengan pelindung penuh. Elemen pengukur ditempatkan di rumah logam (misalnya jembatan P5026 dan P595). Pengaruh elektrostatik diciptakan oleh bagian aktif dari switchgear dan saluran listrik. Vektor tegangan yang mempengaruhi dapat menempati posisi apa pun sehubungan dengan vektor tegangan uji.

Ada beberapa cara untuk mengurangi pengaruh medan elektrostatik terhadap hasil pengukuran tan δ:

• mematikan tegangan menghasilkan bidang yang mempengaruhi. Cara ini paling efektif, tetapi tidak selalu dapat diterapkan dalam hal penyediaan energi bagi konsumen;

• menarik benda uji dari daerah pengaruh. Tujuannya tercapai, tetapi pengangkutan objek tidak diinginkan dan tidak selalu memungkinkan;

• mengukur frekuensi selain 50 Hz. Jarang digunakan karena membutuhkan peralatan khusus;

• metode komputasi untuk pengecualian kesalahan;

• metode kompensasi pengaruh, di mana penyelarasan vektor tegangan uji dan EMF dari medan yang terpengaruh tercapai.

Untuk tujuan ini, pemindah fasa disertakan dalam rangkaian pengaturan tegangan dan, saat benda uji dimatikan, keseimbangan jembatan tercapai. Dengan tidak adanya pengatur fase, tindakan yang efektif dapat dilakukan dengan memasok jembatan dari tegangan sistem tiga fase ini (dengan mempertimbangkan polaritas), dalam hal ini hasil pengukuran akan minimal. Seringkali cukup untuk melakukan pengukuran empat kali dengan polaritas tegangan uji yang berbeda dan galvanometer jembatan yang terhubung; Mereka digunakan baik secara mandiri maupun untuk meningkatkan hasil yang diperoleh dengan metode lain.