Тангенс кута діелектричних втрат

Діелектричними втратами називають енергію, що розсіюється в електроізоляційних матеріалів під впливом на нього електричного поля.

Здатність діелектрика розсіювати енергію в електронному поле зазвичай характеризують кутом діелектричних втрат, також тангенсом кута діелектричних втрат. При випробуванні діелектрик розглядається як діелектрик конденсатора, у якого вимірюється ємність і кут δ, що доповнює до 90 ° кут зсуву фаз між струмом і напругою в ємнісний ланцюга. Цей кут називається кутом діелектричних втрат.

Вимірювання тангенса кута діелектричних втрат

Для вимірювання ємності і кута діелектричних втрат (або tgδ) еквівалентну схему конденсатора представляють як бездоганний конденсатор з почергово включеним активним опором (почергова схема) або як бездоганний конденсатор з паралельно включеним активним опором (паралельна схема).

Мал. 1. Векторна діаграма струму і напруги в діелектрику з втратами

Для послідовної схеми активна потужність:

Р = (U2ωtgδ) / (1 + tg2δ), tgδ = ωСR

Для паралельної схеми:

Р = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωСR)

де С - ємність бездоганного конденсатора-R - активний опір.

Значення кута діелектричних втрат зазвичай не перевищує сотих або 10-х часткою одиниці (тому кут діелектричних втрат прийнято виражати у відсотках), тоді 1 + tg2δ≈ 1, а втрати для почергової і паралельної схем заміщення Р = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωСR )

Значення втрат пропорційно квадрату прикладеної до діелектрика напруги і частоті, що потрібно врахувати при виборі електроізоляційних матеріалів для апаратури високої напруги і частотної.

З підвищенням прикладеної до діелектрика напруги до деякого значення Uо починається іонізація наявних в діелектрику газових і рідинних включень, при цьому δ починає різко зростати за рахунок додаткових втрат, викликаних іонізацією. При U1 газ іонізований і зменшується (рис. 2).

Мал. 2. Іонізаційна крива tgδ = f (U)

Значення тангенса кута діелектричних втрат визначають при напрузі, наіменьшіхUо (зазвичай 3 - 10 кВ). Напруга вибирається так, щоб полегшити випробувальний пристрій при збереженні достатньої чутливості приладу.

Значення тангенса кута діелектричних втрат (tgδ) нормується для температури 20 ° С, тому вимір слід створювати при температурах, близьких до нормованої (10 - 20 оС). У цьому діапазоні температур зміна діелектричних втрат невелика, і для деяких типів ізоляції виміряне значення може без перерахунку порівнюватися з нормованим для 20 ° С.

Для усунення впливу струмів витоку і зовнішніх електростатичних полів на результати вимірювання на випробуваному об`єкті і навколо вимірювальної схеми монтують захисні пристосування у вигляді охоронних кілець і екранів. Наявність заземлених екранів викликає виникнення паразитних емкостей- для компенсації їх впливу зазвичай використовують спосіб захисного - напруги, регульованого за значенням і фазі.

Найбільшого поширення набули мостові схеми вимірювання ємності і тангенса кута діелектричних втрат. В даний час промисловість випускає мости змінного струму типів Р5026 і Р525.Прінціпіальная схема моста Р525 приведена на рис. 3.

Мал. 3. Принципова схема вимірювального моста змінного струму Р525

Урівноваження моста виробляється шляхом кількаразового регулювання елементів схеми моста і захисного напруги, навіщо індикатор рівноваги включається то в діагональ, то між екраном і діагоналлю. Міст вважається врівноваженим, якщо при обох включених індикатора рівноваги струм через нього відсутня.

У момент рівноваги моста

де f - частота змінного струму, що живить схему

Cх = (R4 / Rх) З

Постійне опір R4 вибирається рівним 104 / π Ом. В даному випадку tgδ = С4, де ємність С4 виражена в мікрофарадах.

Якщо вимір проводилося на частоті f `, відмінною від 50Гц, то tgδ = (f` / 50) C4

Коли вимір тангесна кута діелектричних втрат робиться на коротких відтинках кабелю або зразках ізоляційних матеріалів, через їхню малу ємності потрібні електричні підсилювачі (наприклад, типу Ф-50-1 з коефіцієнтом посилення близько 60). Слід мати на увазі, що міст враховує втрати в дроті, що сполучає міст з випробуваним об`єктом, і виміряне значення тангенса кута діелектричних втрат буде більше реального на 2πfRzCx, де Rz - опір дроти.

Якщо один з електродів об`єкта з`єднаний з землею (кабель із заземленим залізної оболонкою), то вторинну обмотку трансформатора високої напруги (ТрВН) не заземлюють, а з`єднують з точкою D (рис. 3) або вимір створюють за схемою перевернутого моста (мости типу Р5026) , коли висока напруга подається до точки D а до точки С приєднується заземлений електрод випробуваного об`єкта.

При вимірах за схемою перевернутого моста регульовані елементи вимірювальної схеми знаходяться під високим напругою, тому регулювання частин моста або створюють і а відстані за допомогою ізолюючих штанг, або оператора поміщають в загальному екрані з вимірювальними елементами.

Тангенс кута діелектричних втрат трансформаторів і електронних машин визначають між кожною з обмоток і корпусом при заземлених вільних обмотках.

Вимірювання тангенса кута діелектричних втрат

Школа для електрика