Величина диэлектрических потерь

P=U²ωC tg δ, (1)

где U – действующее значение испытательного переменного напряжения; ω – угловая частота; С – емкость изоляции; δ; – угол диэлектрических потерь.

Тангенс угла диэлектрических потерь представляет собой отношение активной составляющей тока, протекающего в изоляции, к реактивной составляющей

, (2)

где δ; – угол между векторами полного тока и реактивной составляющей тока в векторной диаграмме токов в изоляции (рис.1).

 

 

Увеличение тангенса угла потерь обусловлено увлажнением изоляции, ионизацией газовых включений и расслоившейся изоляции, поверхностным загрязнением изоляции. Значение tg δ; также зависит от температуры, испытательного напряжения, его частоты.

Тангенс угла диэлектрических потерь–удельная величина, характеризующая диэлектрические потери в единице объема изоляции. Поэтому его существенное возрастание наблюдается только при увеличении потерь в значительной части объема изоляции. Если же потери возросли в малой части объема изоляции, то tg δ; изменится незначительно.

Покажем это для случаев параллельного и последовательного расположения диэлектриков с различными значениями тангенса угла диэлектрических потерь (рис.2).

 

 

 

В первом случае (параллельное раположение)

. (3)

Если объем V2 значительно меньше объема V1, то и С2<<С1. Тогда

. (4)

Из (формулы 4) следует, что результирующий тангенс угла потерь будет незначительно превышать тангенс угла потерь основного объема изоляции.

При последовательном расположении слоев

. (5)

Если слой с повышенным значением тангенса угла потерь имеет незначительную толщину, то С₂>>С₁. В этом случае

. (6)

Так как С₂>>С₁, то tg δ tg δ₁.

По этой причине достоверность результатов изменения тангенса угла диэлектрических потерь применительно к неоднородной композиционной изоляции соблюдается при общем старении (увлажнении) изоляции. Указанные соображения справедливы для силовых трансформаторов, вводов, трансформаторов тока.

При влажности твердой изоляции менее 3% при 20-30^оС определяющее значение при изменении тангенса угла потерь изоляции имеют характеристики трансформаторного масла. При измерении tg δ; изоляции и сравнении его значений с заводскими данными необходимо учитывать влияние температуры изоляции при измерениях.

Для изоляции силовых трансформаторов температурный пересчет производится по формуле

.

Значения k₁ - приведены в таблице 1.

Состояние изоляции оценивается по абсолютной величине tg δ;.

Таблица 1.

k1	1,15	1,31	1,51	1,75		2,3	2,65		3,5

 

Для ввода для бумажно-масляной изоляцией на 150-220 кВ tg δ; при монтаже и после капитального ремонта не должен превышать 0,8%. Для вводов 380-500 кВ эти значения соответственно 0,7 и 0,5%. Для силовых трансформаторов значения tg δ; при монтаже не должны превышать 130% паспортного значения.

В условиях эксплуатации существует емкостная связь между объектом испытания, измерительным устройством и неэкранированными токоведущими частями работающего оборудования. Измерительные устройства имеют достаточно надежную экранировку, но токи емкостной связи (токи влияния) могут проходить через систему измерительного устройства, называя погрешности измерений.

На рисунке 3 ток влияния I_вл, называемый работающим оборудованием (РО), протекает через емкость объекта измерения С_х. Пунктиром обозначена схема измерительного моста.

 

Ток влияния I_вл вследствие того что RЗ<< , практически полностью замыкается через сопротивление RЗ и источник питания моста. Поэтому при равновесии моста ток в сопротивлении RЗ будет I_x+I_вл, а не I_{х .} Равновесие моста достигается при условии (I_x+I_вл) R_з=I_NR_{4 ,} что приводит к ошибочной оценке измерительной величины tg δ_и.

Влияние тока I_вл иллюстрируется векторной диаграммой на рис.4. При уравновешивании в мостовой схеме протекает сумма токов I_х и I_вл, имеющих фазовые сдвиги относительно друг друга. Следовательно, при отсчете будет измерено некоторое фиктивное значение tg δ' или tg δ";.

 

 

 

 

Для устранения влияния можно прибегнуть к способу двух отсчетов. Для этого производится два измерения при фазах испытательного напряжения, отличающихся на 180^о, что достигается изменением полярности питания испытательного трансформатора при втором измерении.

Для расчета tg δ_х берется среднеарифметическое значение отдельных результатов

(7)

или более точно

 

(8)

Погрешность измерения не постоянна и зависит от фазы тока влияния по отношению к току объема. Она характеризуется коэффициентом влияния

,

где ω – частота испытательного напряжения; С_х – емкость испытуемого объекта; U_ном – испытательное напряжение.

Для устранения погрешностей при измерении tg δ; используют также метод совмещения фаз токов влияния I_вл и объекта I_х. Подгонку фазы осуществляют специальным регулятором, включенным в цепь питания испытательного трансформатора. Процесс измерения проводят по методике, указанной в таблице 2.

 

 

Таблица 2.

Номер операции	Напряжение, питающее испытательный трансформатор	Положение ручек мостовой схемы и фазорегулятора	Записываемые значения
С4 (tg δ)	R3	Фазорегулятор
	От фаз 1 и 2 после фазорегулятора		Изменяя R3 и фазу фазорегулятора, балансируют мост	R3'
	От фаз 2-1 (изменение полярности на 180о)	Изменяя С4 (tg δ) и R3, балансируют мост	Остается в фиксированном положении после операции 1	tg δ" и R3 "
	От фаз 2-1 (изменение полярности на 180о)	Устанавливают положение tg δ1=	Изменяя R3 и фазу фазорегулятора, балансируют мост	R3' "
	От фаз 1-2	Изменяя С4 (tg δ) и R3, балансируют мост	Остается в фиксированном положении после операции 3	tg δ" " и R" "

Истинное значение tg δ_х и С_х подсчитывается таким образом:

 

,

где

tg δ₁= ; tg δ₂=

 

.

Данный метод дает наименьшие погрешности при измерении в условиях внешних влияний.

 

 

Экспериментальное исследование и методика выполнения работы по определению tgδ; высоковольтных изоляторов.

Тангенс угла диэлектрических потерь изоляции электрооборудования измеряют с помощью моста Р-595 (или Р-5026). Схема испытательной установки изображена на рисунке 5.

 

 

Она включает: фазорегулятор, автотрансформатор Т1 типа ЛАТР, высоковольтный трансформатор Т2 типа Ном-10 и мост. Одним плечом мост является емкостью испытываемого объекта С_х, вторым – образцовый конденсатор без потерь С_N, третьим- магазин сопротивлений R₃. Четвертое плечо моста состоит из постоянного сопротивления R₄. Четвертое плечо моста состоит из постоянного сопротивления R₄ и магазина емкостей С₄. Нуль индикатором служит транзисторный усилитель со стрелочным прибором на выходе.

Особенность моста Р-595 – возможность измерения по нормальной и перевернутой схемам. В первом случае оба электрода испытываемого объекта изолированы от земли, во втором – один из электродов заземлен (см. рис. 6,7).

При измерении по перевернутой схеме измерительная часть моста находится под высоким напряжением. Конструкция моста предусматривает изоляцию измерительной части от заземленного корпуса и обеспечивает безопасность обслуживания.

При измерении тангенса угла диэлектрических потерь необходимо с помощью экранированных кабелей, входящих в комплект моста, собрать нормальную или перевернутую схему измерений в зависимости от особенностей испытываемого объекта. После этого закрывается дверь защитного ограждения, за которым расположены испытываемый объект, трансформатор НОМ-10 и эталонный конденсатор С_N.

Включением автомата SF подается напряжение на регулировочный автотрансформатор. Плавно повышая напряжение, контролируемое с помощью вольтметра, включенного со стороны НН трансформатора НОМ-10, устанавливают необходимое значение испытательного напряжения.

Симметрирование моста выполняется измерением величин R₃ и С₄. Из условия равновесия моста следует, что

(9)

В мостах R₄=10⁴/π, или 3184 Ом. Тогда при ω=314 tgδ=C₄·10⁶.

Таким образом, tgδ; численно равен емкости С₄, выраженной в микрофарадах. Шкалы С₄ указывают значение tgδ; в процентах. Емкость испытываемого объекта

(10)

Для смены испытываемого объекта необходимо снизить напряжение до нуля, выключить автомат и рубильник видимого разрыва и открыть дверь ограждения. При этом размыкаются блок-контакты в цепи питания электромагнита контактора К, исключающего возможность подачи напряжения на обмотку НОМ-10.

В случае электростатических влияний измерение диэлектрических потерь проводится в последовательности, указанной в таблице 2.