1.2 Измерение диэлектрических потерь и емкости изоляции

Величину потерь мощности в диэлектрике под действием приложенного к нему напряжения принято называть диэлектрическими потерями.

Углом диэлектрических потерь δ называют угол, дополняющий до 90° угол сдвига фазы между напряжением на изоляции и током через изоляцию. Параметр tgδ показывает соотношение между активной мощностью нагрева изоляции и реактивной емкостной мощностью в изоляции. Понятие угла диэлектрических потерь применимо только для синусоидальных напряжений и токов.

Составляющие тока, протекающие через изоляцию при приложении к последней постоянного напряжения, могут быть представлены векторной диаграммой (рис.7.1).

На диаграмме приняты обозначения:

Iс_абс = ωC_абсU = ω(C_из – C_г)U - емкостная составляющая тока абсорбции;

I с_г =ωС_гU - ток заряда геометрической емкости;

Iа_абс- активная составляющая тока абсорбции;

I_скв = U/R_из - ток сквозной проводимости;

I_абс - полный ток абсорбции в диэлектрике;

I_из - полный ток в диэлектрике;

I_а = Iа_абс + I_скв- активная составляющая полного тока в диэлектрике;

I_с = Iс_г + Iс_абс - емкостная составляющая полного поля в диэлектрике.

Рисунок 7.1 – Векторная диаграмма токов в изоляции

Как видно из векторной диаграммы, потери в диэлектрике бу­дут обусловлены величиной активной составляющей тока и определя­ются выражением:

P = ωC_изU² tgδ

где – cosφ - косинус угла сдвига фаз между вектором напряжения и вектором полного тока в диэлектрике;

tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь - коэффициент, пропорциональный потерям в диэлектрике.

Тангенс угла диэлектрических потерь в соответствии с векторной диаграммой, может быть представлен отношением активной и емкостной составляющих полного тока в диэлектрике:

tgδ = Iа/Iс

Старение изоляции, ее увлажнение и загрязнение обусловлива­ют более существенный рост активной составляющей удельной проводи­мости диэлектрика в сравнении с ее реактивной составляющей. В связи с этим происходит рост активной состав­ляющей полного тока и как следствие - рост потерь в диэлектрике, характеризуемый увеличением tgδ.

Если коэффициент абсорбции K_абс и отношения ΔС/Сг, С₂/С₅₀ зависят в той или иной степени от размеров изоляционной конструкции и структуры изоляции, то tgδ главным образом зависит лишь от структуры и состояния изоляции. Поэтому tgδ является одной из основных усредненных характеристик состояния изоляции электрооборудования. Диэлектрические потери характеризуют общее состояние изоляции с точки зрения ее старения, увлаж­нения и загрязнения.

Измерения tgδ на высоком напряжении производят измерительными мостами переменного тока Р-595 и Р-5026, построенными по схеме Шеринга, а также другими современными приборами и устройствами.

Наиболее распространенным прибором такого типа является мост Р5026, позволяющий измерять емкости изоляции от 10 пФ до 500 мкФ и тангенсы угла потерь от 0.0001 до 1.0 с погрешностями единицы процентов при напряжении 10 кВ.

К новейшим приборам относятся: мост Р5026, прибор «Вектор-2.0 М», цифровые мосты переменного тока серии «СА7100», автоматический прибор «ADTR-2K», автоматизированная установка «Тангенс-3М», измеритель емкости и тангенса угла диэлектрических потерь «Тангенс-2000», анализатор диэлектрических потерь и емкости система «PDTech DELTAMAXX», TD10-50 и др.