Коэффициент абсорбции изоляции. Измерение угла диэлектрических потерь (tg δ)
Для контроля состояния изоляции могут быть использованы многие методы физического и химического анализа, однако в лабораториях и в энергосистемах применяются электрические методы неразрушающих испытаний, которые базируются на двух основных явлениях, возникающих в диэлектриках под действием слабых электрических полей: электропроводности и электрической поляризации.
Электроповодность технических диэлектриков и изоляционных конструкций носит примесный характер, обусловленный движением свободных ионов, образующихся при диссоциации примесей или движением заряженных коллоидных частиц (в жидкостях).
Процесс поляризации в реальных диэлектриках сопровождается рассеянием энергии — диэлектрическими потерями, которые характеризуются величиной tg δ.
В комбинированной изоляции, состоящей из нескольких диэлектриков с разными характеристиками, наблюдается специфическое явление накопления на границах диэлектриков зарядов, именуемых зарядами абсорбции. Это явление связано с различием свойств отдельных слоев и называется миграционной поляризацией.
В неоднородной изоляции (при приложении к ней постоянного напряжения) заряды абсорбции будут расти, так как будут изменяться напряженности в слоях изоляции. Соответственно изменяются и токи утечки в слоях, причем их различие со временем уменьшается. Изменение тока во времени в цепи неоднородной изоляции имеет экспоненциальный характер, и его свободная составляющая носит название тока абсорбции. Изменение этого тока связано с изменением сопротивления изоляции, поэтому для оценки этой характеристики достаточно произвести измерения сопротивлений изоляции через какой-то промежуток времени. Сопротивление измеряют мегомметром. При испытаниях изоляции характер изменения сопротивления оценивают по сопротивлениям, измеренным через 15 и 60 с после включения мегомметра. Отношение сопротивлений kабс = R60 /R15 называют коэффициентом абсорбции. У изоляции высокого качества коэффициент абсорбции обязательно должен быть близким к единице.
Контроль изоляции по tg δ является одним из наиболее распространенных. При профилактических испытаниях качество изоляции определяют только по абсолютной величине tg δ, которую измеряют при напряжении не выше 10 кВ независимо от номинального напряжения оборудования.
Диэлектрические потери в изоляции, характеризуемые тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ, можно определять отношением активной составляющей тока диэлектрика к емкостной (методом измерения с помощью ваттметровой схемы измерения)
 |
или в процентах
(5.1)
(5.2)
Метод контроля изоляции путем измерения угла диэлектрических потерь является самым эффективным и распространенным. Он позволяет выявить следующие дефекты изоляции: увлажнение, воздушные включения с процессами ионизации, неоднородность и загрязнение и др. В объектах небольшой емкости он может характеризовать не только общее состояние изоляции, но и наличие развивающихся местных дефектов в ней. В объектах с большой емкостью местные дефекты не изменяют значение tg 8. Измерение tg 8 дает среднее значение угла диэлектрических потерь, характеризующее общее старение или увлажнение изоляции.
Газовые включения в изоляции выявляются при измерении зависимости tg 8 от величины приложенного к изоляции напряжения. При наличии в изоляции газовых включений кривая tg δ =f(U) имеет резкий излом при напряжении начала ионизации. Точка ионизации должна лежать значительно выше рабочего напряжения изоляционной конструкции.
Увлажнение изоляции выявляется при измерении зависимости tg δ от ее температуры. При повышении температуры изоляции tg 5 возрастает, причем для сухой изоляции возрастает более круто, чем для увлажненной.
Измерения с помощью ваттметровой схемы часто бывают неточны и могут быть рекомендованы для измерений при большой емкости объекта.
Более точное измерение tg δ осуществляют с помощью моста переменного тока Р5026М. Этот мост (рис. 5.14) предназначен для измерения емкости и tg δ высоковольтной промышленной изоляции (изоляторов, вводов, конденсаторов, трансформаторов, генераторов, компенсаторов и других объектов) в эксплуатационных условиях, непосредственно на месте установки оборудования для лабораторных измерений емкости и tg δ различных электроизоляционных материалов и конденсаторов при частоте 50 Гц.
Мост состоит из панели управления, нуль-индикатора, магазина сопротивлений, магазина емкостей. Нуль-индикатор предназг начен для индикации равновесия моста и представляет собой чувствительный транзисторный усилитель, на выходе которого включен стрелочный прибор. Чувствительность нуль-индикатора составляет не менее 2 мА/мВ и изменяется ступенчато. Магазин сопротивлений Л3 имеет три декады (2 х 100; 9х 10;9х 1 Ом) и плавно изменяющийся потенциометр с наибольшим сопротивлением 1,12 Ом и ценой деления шкалы 0,02 Ом. Магазин емкостей С4 состоит из трех декад: 9 х 0,1; 9 х 0,01; 9 х 0,001 мФ — и переменного воздушного конденсатора с максимальной емкостью 1000 пФ. Переключатель диапазонов обеспечивает выбор схемы моста для работы в высоком или низком диапазоне напряжения.
В мосте применена схема Шеринга, позволяющая проводить измерение емкости и тангенса угла диэлектрических потерь (исходя из последовательного соединения емкости и активного сопротивления в схеме замещения диэлектрика) для положений измерения:
по «прямой» схеме на высоком напряжении с Ф5122 и Р5069 (см. рис. 5.14, а);
по «прямой» схеме на высоком напряжении с Р5023 и Ф5122 (см. рис. 5.14, a);
 |
по «прямой» схеме на высоком напряжении с Р5023 (см. рис. 5.14, а);
по «перевернутой» схеме на высоком напряжении с Р5023 (см. рис. 5.14, б);
-по «прямой» схеме на низком напряжении (см. рис. 5.14, в).
Определение действительных значений емкости Сх и тангенса угла
диэлектрических потерь tg 5. В положении 1
(5.3) (5.4)
(5.5) (5.6)
 |
где N — значение сопротивления шунта,Ом. В положении 4
(5.7) (5.8)
 |
В положении 5
(5.9) (5.10)
Измерения производят путем подбора емкости С4, поочередно регулируя величину сопротивлений рядов R3 и емкостей ряда R4
(увеличивая при этом чувствительность указателя равновесия), при этом, когда стрелка микроамперметра наиболее близко подойдет к нулевой отметке шкалы, отмечают регулируемые значения и вычисляют величину искомой емкости и tg δ. Выполняют несколько измерений, подсчитывают значения емкостей и tg δ по вышеуказанным формулам 5.3—5.10 (в зависимости от схемы измерения). Искомое значение определяемых параметров Сх и tg δ находят как среднее арифметическое между четырьмя значениями для каждого из них.
 |
За последние несколько лет в связи с дефицитом мостов переменного тока (их выпуск прекращен киевским заводом «Точэлект-роприбор») на предприятии НПО «Техносервис-Электро» разработан измеритель параметров изоляции «Вектор-2.0М». Он не является классическим мостом Шеринга, на котором измерения осуществляются балансировкой низковольтных плеч моста с контролем за уровнем баланса по нуль-индикатору, а представляет собой цифровой синхронный измеритель электрических сигналов. В нем непосредственно с высокой точностью измеряются два падения напряжений на низкоомных сопротивлениях RQ и Rx (рис. 5.15), а также угол сдвига между электрическими сигналами по образцовому 0 и измеряемому X каналам. Определение всех остальных параметров рассчитывается при помощи микропроцессора, встроенного в корпус прибора.
Измеряемые сигналы подаются на прибор по двум каналам 0 и X. Каждый канал имеет по три раздельных входа: на 1-й вход можно подать напряжение до 500 В, на 2-й — ток до 100 мА (для измерения tg 5 и емкости изоляции), на 3-й — ток до 5 А (для определения сопротивления короткого замыкания).
Возможность включения прибора с блока дистанционного управления после сборки измерительной схемы и подачи напряжения обеспечивает дополнительную безопасность измерений на повышенном напряжении. Кроме этого, питание прибора от аккумуляторной батареи позволяет реализовать все возможные схемы проведения измерений изоляционных характеристик объектов:
прямую схему — заземлена точка 1;
инверсную схему — заземлена точка 2;
схему с заземленной диагональю — заземлена точка 3.
В режиме измерения диэлектрических параметров предусмотрены: компенсация токов влияния и компенсация помех общего вида (при измерениях диэлектрических параметров под рабочим напряжением).
При выборе режима компенсации токов влияния производятся два измерения при напряжениях, отличающихся на 180°. Ток влияния при этом остается одним и тем же. Используя векторную алгебру, по результатам двух измерений микропроцессором производится расчет истинного tg δ и емкости объекта.
Компенсация помех общего вида при контроле изоляционных характеристик под рабочим напряжением осуществляется путем проведения трех измерений: суммарного измерения контролируемых токов с помехами и отдельных измерений токов влияния по обоим каналам. Далее микропроцессором производятся вычисления в векторной форме истинных значений разности tg δ объектов и емкости Сх объекта.