11.4. Диэлектрические потери

Любая поляризация, развивающаяся с задержкой во времени (τ≠0) связана с диэлектрическими потерями.

Активная составляющая плотности тока J равна:

J_a=J_ctgδ,

где J_c – ёмкостная составляющая плотности тока смещения; δ – угол диэлектрических потерь.

Полная мощность диэлектрических потерь во всем объеме диэлектрика определяется выражением:

P_диэл=ωСU²tgδ,

где U – напряжение приложенное к диэлектрику; ω- круговая частота.

.

Величина tgδ содержит информацию о процессах проводимости и поляризации.

Рис. 6. К определению угла δ диэлектрических потерь.

Зависимость tgδ от температуры Т имеет вид:

tgδ= tgδ₀exp[a(Т-Т₀)],

где tgδ₀ – тангенс угла диэлектрических потерь при температуре Т = Т₀.; а – коэффициент теплопередачи.

Для оценки состояния изоляции по тангенсу угла потерь используются различные схемы (нормальная и перевернутая) с использованием высоковольтного моста R–5026.

11.5. Контроль сопротивления изоляции

При неоднородной изоляции (рис. 4.в.) ток через нее изменяется во времени по выражению:

, (2)

где Т= r∆С – постоянная времени.

1 – составляющая уравнения (2) оценивает сквозной ток утечки.

2 – составляющая ток абсорбции (экспоненциально затухающая свободная составляющая). Сопротивление изоляции в переходном режиме изменяется по закону:

На рис. 7 показаны кривые изменения сопротивления изоляции во времени. Видно, что значение R_из и скорость его изменения для увлажненной изоляции меньше, чем для сухого.

При контроле изоляции вся зависимость R(t) не определяется. Оценка состояния изоляции производится по значениям сопротивления, измеренным мегаомметром через 15 и 60 с (R₁₅ и R₆₀) после включения напряжения. Определяется значение сопротивления R₆₀ и коэффициент абсорбции .

Если К_абс>1.3 – изоляция не увлажненная; при К_абс<1.3 – изоляция увлажненная и снимается с эксплуатации.

Рис. 7. Изменение сопротивления изоляции во времени:

1 – сухая изоляция 2 – увлажненная изоляция, Т_сух – постоянная времени для сухой изоляции.

Сопротивление изоляции R_изол измеряют переносными мегаомметрами рис.8.

Рис. 8. Принципиальная схема мегаомметра:

Г – генератор постоянного тока; 1,2 – рамки; R₁,R₂ – ограничительные сопротивления; R_х , С_х – сопротивление и емкость испытуемой изоляции.

Ток i₁ в рамке 1 имеет постоянное значение и пропорционален U, приложенному к изоляции. Ток i_х в рамке 2 определяется сопротивлением R_х изоляции. Отклонение стрелки прибора пропорционально i_х/i_1, поэтому прибор измеряет R_х, а результат не зависит от U генератора. Для измерения сопротивления изоляции используются мегаомметры (М500; 1000; 2500В.)

Контроль емкости Из формулы (1), следует, что эквивалентная емкость изоляции зависит от частоты и постоянной времени Т. Поскольку Т зависит от степени увлажнения изоляции, емкость С_ω с ростом частоты изменяется тем быстрее, чем больше степень неоднородности изоляции (рис. 9).

Рис. 9. Зависимость емкости изоляции от частоты при разной толщине увлажненного слоя.

На практике измерения емкости изоляции производятся при двух частотах: f₁ = 2 Гц и f₂ = 50 Гц. При этом температура должна быть постоянной и находиться в пределах 10–30 ^оС. Чем ближе друг к другу измеренные значения емкостей С₂ и С₅₀, тем качественнее изоляция. На основе опыта установлено, что изоляция недопустимо увлажнена, если С₂/С₅₀ > 1/3.

Измерение емкостей производятся с помощью приборов контроля влажности (ПКВ). Принцип действия прибора иллюстрируется схемой приведенной на рис. 10. Переключатель S периодически подключает испытываемую изоляцию к источнику постоянного напряжения (при этом емкость изоляции заряжается), а затем к гальванометру G (емкость разряжается). Средний ток, измеряемый гальванометром равен I_f=UC_ωf. Измерения производятся при частотах переключения 2 и 50 Гц, поэтому соотношение емкостей равно

Рис. 10. Принципиальная схема прибора контроля влажности.