ไดอิเล็กตริกแทนเจนต์ การวัดดัชนีการสูญเสียไดอิเล็กตริก

การสูญเสียไดอิเล็กทริกคือพลังงานที่กระจายไปในวัสดุฉนวนภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าบนวัสดุนั้น

ความสามารถของไดอิเล็กตริกในการกระจายพลังงานในสนามไฟฟ้ามักจะแสดงโดยมุมของการสูญเสียไดอิเล็กตริก และแทนเจนต์ของมุม การสูญเสียไดอิเล็กตริก... ในการทดสอบ ไดอิเล็กตริกถือเป็นไดอิเล็กตริกของตัวเก็บประจุ ความจุและมุมที่วัดได้ δ เสริมมุมเฟสระหว่างกระแสและแรงดันในวงจรตัวเก็บประจุเป็น 90 ° มุมนี้เรียกว่ามุมสูญเสียไดอิเล็กตริก

ด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสจะไหลในฉนวนซึ่งอยู่ในเฟสกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่มุม ϕ (รูปที่ 1) น้อยกว่า 90 องศา อีเมลที่มุมเล็ก ๆ δ เนื่องจากการต่อต้านที่ใช้งานอยู่

ข้าว. 1.แผนภาพเวกเตอร์ของกระแสผ่านอิเล็กทริกที่มีการสูญเสีย: U — แรงดันบนอิเล็กทริก; ฉัน คือกระแสรวมผ่านไดอิเล็กตริก Ia, Ic — ส่วนประกอบที่ใช้งานและ capacitive ของกระแสทั้งหมดตามลำดับ ϕ คือมุมกะระยะระหว่างแรงดันที่ใช้กับกระแสรวม δ คือมุมระหว่างกระแสรวมและส่วนประกอบตัวเก็บประจุ

อัตราส่วนขององค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ของ Ia ปัจจุบันต่อองค์ประกอบตัวเก็บประจุ Ic เรียกว่าแทนเจนต์ของมุมการสูญเสียอิเล็กทริกและแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์:

ในไดอิเล็กตริกในอุดมคติที่ไม่มีการสูญเสีย มุม δ = 0 และดังนั้น แทน δ = 0 การเปียกน้ำและข้อบกพร่องของฉนวนอื่น ๆ ทำให้ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ของกระแสไฟฟ้าสูญเสียไดอิเล็กตริกและ tgδ เพิ่มขึ้น เนื่องจากในกรณีนี้ส่วนประกอบที่ใช้งานจะเติบโตเร็วกว่าตัวเก็บประจุมาก ตัวบ่งชี้ tan δ จึงสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงสถานะของฉนวนและการสูญเสียในนั้น ด้วยฉนวนปริมาณเล็กน้อย จึงเป็นไปได้ที่จะตรวจจับข้อบกพร่องเฉพาะที่และความเข้มข้นที่พัฒนาขึ้น

การวัดแทนเจนต์การสูญเสียไดอิเล็กตริก

ในการวัดความจุและมุมการสูญเสียอิเล็กทริก (หรือ tgδ) วงจรสมมูลของตัวเก็บประจุจะแสดงเป็นตัวเก็บประจุในอุดมคติที่มีความต้านทานแบบแอคทีฟเชื่อมต่อเป็นอนุกรม (วงจรอนุกรม) หรือเป็นตัวเก็บประจุในอุดมคติที่มีความต้านทานแบบแอคทีฟเชื่อมต่อแบบขนาน (วงจรขนาน ).

สำหรับวงจรอนุกรม กำลังไฟที่ใช้งานคือ:

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

สำหรับวงจรขนาน:

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

โดยที่ B. - ความจุของตัวเก็บประจุในอุดมคติ R - ความต้านทานที่ใช้งานอยู่

มุมรับรู้ของการสูญเสียไดอิเล็กตริกมักจะไม่เกินหนึ่งในร้อยหรือหนึ่งในสิบของเอกภาพ (ดังนั้น มุมของการสูญเสียไดอิเล็กตริกมักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์) จากนั้น 1 + tg2δ≈ 1 และการสูญเสียสำหรับวงจรสมมูลแบบอนุกรมและขนาน P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / ( ωCR)

ค่าของการสูญเสียเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแรงดันและความถี่ที่ใช้กับไดอิเล็กตริก ซึ่งต้องนำมาพิจารณาเมื่อเลือกวัสดุฉนวนไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงและความถี่สูง

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับไดอิเล็กตริกเพิ่มขึ้นจนถึงค่า UO จำนวนหนึ่ง การรวมตัวของก๊าซและของเหลวในอิเล็กทริกจะเริ่มต้นขึ้นในขณะที่ δ เริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากการสูญเสียเพิ่มเติมที่เกิดจากการแตกตัวเป็นไอออน ที่ U1 ก๊าซจะแตกตัวเป็นไอออนและรีดิวซ์ (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. เส้นโค้งไอออไนเซชัน tgδ = f (U)

แทนเจนต์การสูญเสียไดอิเล็กตริกเฉลี่ยวัดที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า UO (โดยทั่วไปคือ 3 — 10 kV) แรงดันไฟฟ้าถูกเลือกเพื่ออำนวยความสะดวกให้กับอุปกรณ์ทดสอบในขณะที่รักษาความไวของอุปกรณ์ให้เพียงพอ

หมายถึงแทนเจนต์ของการสูญเสียอิเล็กทริก (tgδ) ที่ทำให้เป็นมาตรฐานที่อุณหภูมิ 20 ° C ดังนั้นควรทำการวัดที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับค่าปกติ (10 — 20 ОС) ในช่วงอุณหภูมินี้ การเปลี่ยนแปลงของการสูญเสียไดอิเล็กตริกมีเพียงเล็กน้อย และสำหรับฉนวนบางประเภท ค่าที่วัดได้สามารถเปรียบเทียบได้โดยไม่ต้องคำนวณใหม่ด้วยค่าปกติสำหรับ 20 ° C

เพื่อขจัดอิทธิพลของกระแสไฟรั่วและสนามไฟฟ้าสถิตภายนอกที่มีต่อผลการวัดของวัตถุทดสอบและรอบๆ วงจรการวัด จึงติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันในรูปแบบของวงแหวนป้องกันและตะแกรงการมีตัวป้องกันที่ต่อสายดินทำให้เกิดความจุจรจัด เพื่อชดเชยอิทธิพลของพวกเขามักจะใช้วิธีการป้องกัน - แรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้ตามค่าและเฟส

พวกเขาเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด วงจรวัดสะพาน ความจุแทนเจนต์และการสูญเสียอิเล็กทริก

ข้อบกพร่องในท้องถิ่นที่เกิดจากสะพานนำไฟฟ้าจะตรวจจับได้ดีที่สุดโดยการวัดค่าความต้านทานของฉนวนไฟฟ้ากระแสตรง การวัดค่า tan δ ดำเนินการกับ AC บริดจ์ประเภท MD-16, P5026 (P5026M) หรือ P595 ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นมิเตอร์วัดความจุ (เชอริงบริดจ์) แผนผังของสะพานแสดงในรูปที่ 3.

ในโครงร่างนี้พารามิเตอร์ของโครงสร้างการแยกที่สอดคล้องกับวงจรสมมูลที่มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวเก็บประจุแบบไม่สูญเสีย C และตัวต้านทาน R ซึ่งแทน δ = ωRC โดยที่ ω คือความถี่เชิงมุมของเครือข่าย

กระบวนการวัดประกอบด้วยการปรับสมดุล (สมดุล) วงจรบริดจ์โดยการปรับความต้านทานของตัวต้านทานและความจุของกล่องตัวเก็บประจุอย่างต่อเนื่อง เมื่อสะพานอยู่ในภาวะสมดุลตามที่ระบุโดยอุปกรณ์วัด P ความเท่าเทียมกันจะเป็นไปตามที่พอใจ หากค่าของความจุ C แสดงเป็นไมโครฟารัด ดังนั้นที่ความถี่อุตสาหกรรมของเครือข่าย f = 50 Hz เราจะได้ ω = 2πf = 100π ดังนั้น tan δ% = 0.01πRC

แผนผังของสะพาน P525 แสดงในรูปที่ 3.

ข้าว. 3. แผนผังของสะพานวัด AC P525

การวัดสามารถทำได้สำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 1 kV และสูงกว่า 1 kV (3-10 kV) ขึ้นอยู่กับชั้นฉนวนและความจุของไซต์งาน หม้อแปลงวัดแรงดันไฟฟ้าสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานได้ บริดจ์ใช้กับตัวเก็บประจุอากาศภายนอก C0แผนผังของการรวมอุปกรณ์เมื่อวัดค่า tan δ แสดงในรูปที่ 4.

ข้าว. 4. แผนภาพการเชื่อมต่อของหม้อแปลงทดสอบเมื่อวัดค่าสัมผัสของมุมของการสูญเสียอิเล็กทริก: S - สวิตช์; TAB — การปรับ autotransformer; SAC — สวิตช์ขั้วสำหรับหม้อแปลงทดสอบ T

ใช้วงจรสวิตชิ่งแบบบริดจ์สองวงจร: แบบปกติหรือแบบตรง ซึ่งองค์ประกอบการวัด P เชื่อมต่อระหว่างหนึ่งในอิเล็กโทรดของโครงสร้างฉนวนที่ทดสอบและกราวด์ และกลับด้านซึ่งเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กโทรดของการทดสอบ วัตถุและขั้วไฟฟ้าแรงสูงของสะพาน วงจรปกติจะใช้เมื่ออิเล็กโทรดทั้งสองถูกแยกออกจากกราวด์ กลับด้าน - เมื่ออิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับกราวด์อย่างแน่นหนา

ต้องจำไว้ว่าในกรณีหลังนี้ ส่วนประกอบแต่ละชิ้นของสะพานจะอยู่ภายใต้แรงทดสอบเต็มที่ การวัดสามารถทำได้ที่แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 1 kV และสูงกว่า 1 kV (3-10 kV) ขึ้นอยู่กับชั้นฉนวนและความจุของไซต์งาน หม้อแปลงวัดแรงดันไฟฟ้าสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานได้

บริดจ์ใช้กับตัวเก็บประจุอากาศอ้างอิงภายนอก สะพานและอุปกรณ์ที่จำเป็นถูกวางไว้ใกล้กับสถานที่ทดสอบและมีการติดตั้งรั้ว ลวดที่นำมาจากหม้อแปลงทดสอบ T ไปยังตัวเก็บประจุรุ่น C รวมถึงสายเชื่อมต่อของสะพาน P ซึ่งอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าจะต้องถูกลบออกจากวัตถุที่ต่อสายดินอย่างน้อย 100-150 มม. หม้อแปลง T และของมัน อุปกรณ์ควบคุม TAB ( LATR) ต้องอยู่ห่างจากสะพานอย่างน้อย 0.5 ม.ตัวเรือนบริดจ์ หม้อแปลง และเรกูเลเตอร์ ตลอดจนขั้วหนึ่งของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง ต้องต่อสายดิน

ตัวบ่งชี้ tan δ มักจะถูกวัดในบริเวณสวิตช์เกียร์ที่ใช้งาน และเนื่องจากมีการเชื่อมต่อแบบคาปาซิทีฟระหว่างวัตถุทดสอบและส่วนประกอบของสวิตช์เกียร์เสมอ กระแสที่มีอิทธิพลจะไหลผ่านวัตถุทดสอบ กระแสนี้ซึ่งขึ้นอยู่กับแรงดันและเฟสของแรงดันที่มีอิทธิพลและความจุรวมของการเชื่อมต่อ อาจนำไปสู่การประเมินสภาพฉนวนที่ไม่ถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับวัตถุที่มีความจุขนาดเล็ก โดยเฉพาะบุชชิ่ง (สูงถึง 1,000-2,000 พีเอฟ).

การปรับสมดุลสะพานทำได้โดยการปรับองค์ประกอบของวงจรบริดจ์และแรงดันป้องกันซ้ำๆ ซึ่งตัวบ่งชี้ความสมดุลจะรวมอยู่ในเส้นทแยงมุมหรือระหว่างหน้าจอกับเส้นทแยงมุม สะพานถือว่ามีความสมดุลหากไม่มีกระแสไหลผ่านพร้อมกับการรวมตัวบ่งชี้สมดุล

ในช่วงเวลาของการทรงตัวของสะพาน

Gde f คือความถี่ของกระแสสลับที่จ่ายให้วงจร

° Cx = (R4 / Rx) บจก

ความต้านทานคงที่ R4 ถูกเลือกเท่ากับ 104/π Ω ในกรณีนี้ tgδ = C4 โดยที่ความจุ C4 แสดงเป็นไมโครฟารัด

หากทำการวัดด้วยความถี่ f 'นอกเหนือจาก 50Hz ดังนั้น tgδ = (f '/ 50) C4

เมื่อทำการตรวจวัดการสูญเสียอิเล็กทริกแทนเจนต์ในส่วนเล็ก ๆ ของสายเคเบิลหรือตัวอย่างของวัสดุฉนวน เนื่องจากความจุต่ำจึงจำเป็นต้องมีแอมพลิฟายเออร์อิเล็กทรอนิกส์ (เช่น F-50-1 ที่ได้รับประมาณ 60)โปรดทราบว่าสะพานคำนึงถึงการสูญเสียในเส้นลวดที่เชื่อมต่อสะพานกับวัตถุทดสอบ และค่าแทนเจนต์การสูญเสียไดอิเล็กตริกที่วัดได้จะมีค่ามากกว่าที่ 2πfRzCx โดยที่ Rz คือความต้านทานของเส้นลวด

เมื่อทำการวัดตามโครงร่างสะพานกลับด้าน องค์ประกอบที่ปรับได้ของวงจรการวัดจะอยู่ภายใต้ไฟฟ้าแรงสูง ดังนั้นการปรับองค์ประกอบสะพานจะดำเนินการไม่ว่าจะในระยะไกลโดยใช้แท่งฉนวนหรือผู้ปฏิบัติงานจะอยู่ในหน้าจอทั่วไปที่มีการวัด องค์ประกอบ

ค่าแทนเจนต์ของมุมสูญเสียไดอิเล็กตริกของหม้อแปลงและเครื่องใช้ไฟฟ้าถูกวัดระหว่างขดลวดแต่ละเส้นกับตัวเรือนที่มีขดลวดที่ไม่มีสายดิน

ผลกระทบของสนามไฟฟ้า

แยกแยะผลกระทบระหว่างไฟฟ้าสถิตและแม่เหล็กไฟฟ้าของสนามไฟฟ้า อิทธิพลของแม่เหล็กไฟฟ้าไม่รวมอยู่ในการป้องกันแบบเต็ม องค์ประกอบการวัดจะอยู่ในตัวเรือนโลหะ (เช่น บริดจ์ P5026 และ P595) อิทธิพลของไฟฟ้าสถิตเกิดจากชิ้นส่วนที่มีไฟฟ้าของสวิตช์เกียร์และสายไฟ เวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าที่มีอิทธิพลสามารถครอบครองตำแหน่งใดก็ได้ที่เกี่ยวกับเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าทดสอบ

มีหลายวิธีในการลดอิทธิพลของสนามไฟฟ้าสถิตที่มีต่อผลลัพธ์ของการวัดค่า tan δ:

• การปิดแรงดันไฟฟ้าที่สร้างสนามที่มีอิทธิพล วิธีนี้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด แต่ไม่สามารถใช้ได้กับการจ่ายพลังงานให้กับผู้บริโภคเสมอไป

• ถอนวัตถุทดสอบออกจากพื้นที่อิทธิพล บรรลุเป้าหมายแล้ว แต่การขนส่งวัตถุเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาและไม่สามารถทำได้เสมอไป

• การวัดความถี่อื่นที่ไม่ใช่ 50 Hz ไม่ค่อยได้ใช้เพราะต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ

• วิธีการคำนวณสำหรับการยกเว้นข้อผิดพลาด

• วิธีการชดเชยอิทธิพลซึ่งจัดตำแหน่งของเวกเตอร์ของแรงดันทดสอบและ EMF ของสนามที่ได้รับผลกระทบ

เพื่อจุดประสงค์นี้ ตัวเปลี่ยนเฟสจะรวมอยู่ในวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้า และเมื่อวัตถุทดสอบถูกปิด ความสมดุลของสะพานก็จะสำเร็จ ในกรณีที่ไม่มีตัวควบคุมเฟส การวัดที่มีประสิทธิภาพสามารถจัดหาสะพานจากแรงดันไฟฟ้าของระบบสามเฟสนี้ (โดยคำนึงถึงขั้ว) ซึ่งในกรณีนี้ผลการวัดจะน้อยที่สุด มักจะเพียงพอที่จะดำเนินการวัดสี่ครั้งด้วยขั้วต่างๆ ของแรงดันทดสอบและเชื่อมต่อกัลวาโนมิเตอร์แบบบริดจ์ ใช้ทั้งแบบอิสระและเพื่อปรับปรุงผลลัพธ์ที่ได้จากวิธีการอื่น