Мы привыкли считать, что потери электрической энергии происходят в проводниках из-за сопротивления. Это верно, но существуют ещё диэлектрические потери. Они хоть и незначительны, но при определённых условиях их влияние может оказаться ощутимым. О потерях энергии в диэлектрической среде первыми обеспокоились энергетики, применявшие в качестве диэлектрика трансформаторное масло.
Что такое диэлектрические потери?
Применение электроизоляционных материалов основано на том, что они препятствуют электрическому току преодолевать некоторое пространство, ограниченное изолятором. Идеальный изолятор должен абсолютно исключить условия для проводимости электрического тока. К сожалению, в природе не существует таких материалов. Таких диэлектриков также не сумели создать в лабораторных условиях.
Теоретически можно обосновать существование идеальных изоляторов, но синтезировать на практике такие вещества не реально, так как даже ничтожно малая доля примесей образует диэлектрическую проницаемость. Иначе говоря, рассеяния энергии в диэлектрической среде будут наблюдаться всегда. Речь может идти об усилиях, направленных на уменьшение таких потерь.
Исходя из того, что часть электроэнергии неизбежно теряется в изоляторе, был введён термин «диэлектрические потери» – необратимый процесс преобразования в теплоту энергии электрического поля, пронизывающего диэлектрическую среду, То есть, это электрическая мощность, направленная на нагревание изоляционного материала, пребывающего в зоне действия электрического поля.
Значение потерь определяется как отношение активной мощности к реактивной. Обычно активная мощность, потребляемая диэлектриком очень мала, по сравнению с реактивной мощностью. Это значит, что искомая величина тоже будет мизерной – сотые доли от единицы. Для вычислений используют величину «тангенс угла», выраженную в процентах.
Электрическую характеристику, выражающую рассеивающее свойство диэлектрика, называют тангенсом угла диэлектрических потерь. При расчётах принято считать, что диэлектрик является изоляционным материалом конденсатора, меняющего ёмкость и дополняющий до 90º угол сдвига фаз φ, образованный векторами напряжения и тока в цепи. Данный угол обозначают символом δ и называют углом рассеивания, то есть, диэлектрических потерь. Величина, численно равна тангенсу данного угла ( tgδ ), это и есть та самая характеристика диэлектрического нагрева.
tgδ применяется в расчётах для определения величины рассеиваемой мощности по соответствующей формуле. Поэтому его вычисление имеет практическое значение. Введение понятия тангенса угла позволяет вычислять относительные значения диэлектрических потерь. А это позволяет сравнивать по качеству различные изоляторы.
Именно этот показатель или просто угол δ производители трансформаторных масел указывают на упаковке своей продукции. По величине угла ( tg δ ) можно судить о качестве изолятора: чем меньше угол δ, тем высшие диэлектрические свойства проявляет изоляционный материал.
Методика расчета
Составим схему, в которой включен конденсатор с диэлектриком. При этом активная мощность в данной схеме должна соответствовать мощности, рассеиваемой в диэлектрике рассматриваемого конденсатора, а угол сдвига, образованный векторами тока и напряжения, должен равняться углу сдвига в конденсаторе. Такие условные схемы с последовательным и параллельным включением активного сопротивления представлены на рис. 1. На этой же картинке построены векторные диаграммы для каждой схемы.
Значения символов понятны из рисунка 1.
Заметим, что в качественных диэлектриках величина tg2 δ очень мала, поэтому ею можно пренебречь. Тогда каждая из формул для вычисления диэлектрических потерь приобретёт вид: Pa = U2*ω*C*tδ. Если напряжение в этой формуле выразить в вольтах, угловую частоту ( ω ) в с-1, а ёмкость C в фарадах, то получим мощность ( Pa ) в ваттах.
Очевидно, что параметры вычислений на основании приведённых схем зависят от частоты. Из этого следует, что вычислив параметры диэлектриков на одной частоте, их нельзя автоматически переносить для расчётов в других диапазонах частот.
Механизмы потерь по-разному проявляются в твёрдых, жидких и газообразных веществах. Рассмотрим природу рассеяний в этих диэлектриках.
Диэлектрические потери в разных диэлектриках
В газах
Для газообразных веществ или их включений в материалах диэлектрика характерны ионизационные потери при определённых условиях: когда молекулы газа ионизируются. Например, ионизация газов происходит во время электрических пробоев сквозным током. При этом молекулы газа превращаются в ионы, создавая токопроводящий канал с максимумом напряженности. В результате диэлектрические потери лавинообразно возрастают, стремясь к максимуму tg угла.
При таких диэлектрических потерях мощность стремительно растёт: Ри = А1 f (U – Uи)3, где А1 – постоянная, зависящая от вида вещества, f — частота поля, а символами U, Uи обозначено приложенное напряжение и напряжение ионизации, зависящее от давления газа.
Если величина напряжения Uи не достигает порога, необходимого для запуска процесса ударной ионизации, то нагревание диэлектрика является незначительным, потому что, при поляризации, пространственная ориентация дипольных молекул в газах не влияет на электропроводность. Поэтому газы – самые лучшие диэлектрики, с низкими потерями, особенно в диапазоне высоких частот.
Зависимость тангенса угла рассеивания мощности в диэлектриках с газовыми включениями, иллюстрирует график на рис. 3.
В жидких диэлектриках
Наличие диэлектрических потерь в жидкостях, в основном зависят от их полярности. В среде неполярных диэлектриков рассеяния обусловлены электропроводностью. При наличии в жидких веществах примесей дипольных молекул (так называемые полярные жидкости), рассеивание мощности может быть значительным. Это связано с повышением электропроводности, в результате дипольно-релаксационной поляризации.
Жидкие полярные изоляторы имеют выраженную зависимость потерь от вязкости. Поворачиваясь под действием магнитного поля в вязкой среде, диполи, в результате трения, нагревают её. Рассеиваемая мощность жидкого диэлектрика возрастает до тех пор, пока механизмы поляризации успевают за изменениями электрического поля. При достижении максимума поляризации процесс стабилизируется.
В твердых веществах
Высокочастотные диэлектрики с неполярной структурой обладают небольшим tg δ. К ним относятся качественные материалы:
- сера;
- полимеры;
- парафин и некоторые другие.
Потери у диэлектриков с полярной молекулой более значительны. К таким материалам можно отнести:
- органические стёкла;
- эбонит и другие каучуковые вещества;
- полиамиды;
- целлюлозосодержащие материалы;
- фенолоформальдегидные смолы.
Керамические диэлектрики без примесей имеют плотную ионно-решётчатую структуру. У них высокое удельное сопротивление. а значение tg δ таких материалов не превышает величины 10-3.
Вещества с неплотным расположением ионов обладают ионной поляризацией. У них наблюдается также электронно-поляризационная поляризация. tg δ этих диэлектриков ещё выше – от 10-2.
Сегнетоэлектрики и вещества со сложными неоднородными структурами, такие как текстолит, пластмассы, гетинакс и другие, имеют tg δ > 0,1.
Рассеивание мощности в результате сквозной электропроводимости происходит во всех диэлектриках. Однако потери становятся ощутимыми лишь при частотах от 50 до 1000 Гц, в температурном режиме более 100 ºC. Высокое переменное напряжение, как и удельное сопротивление также влияет на величину рассеивания.
Виды диэлектрических потерь
В зависимости от электрических свойств различных видов диэлектриков различают следующие виды диэлектрических потерь, сопровождающихся нагревом диэлектрика:
- ионизационные потери, наблюдаемые в газах;
- релаксационные потери в жидких (вязких) диэлектриках, в результате релаксационной поляризации;
- рассеяние в веществах, имеющих дипольную поляризацию;
- поляризационное рассеивание в веществах, имеющих сквозную электропроводность;
- высокочастотные резонансные потери;
- диэлектрические потери, вызванные неоднородностью структуры твердых диэлектриков.
Диэлектрические вещества по-разному ведут себя при различных температурах, при постоянном или переменном токе. Максимумы потерь происходят при достижении определённого порога температуры. Этот порог индивидуален для каждого вещества. Тангенс угла δ зависит также от приложенного напряжения (рис. 4).
Чем измерить?
Рассчитывать потери диэлектриков по формуле не очень удобно. Часто величину tg производители определяют опытным путём и указывают на упаковках или в справочниках.
Существуют специальные измерительные приборы, такие как «ИПИ – 10» (производитель Tettex), «Тангенс – 3М» или измеритель «Ш2», позволяющие с высокой точностью определить уровень рассеивания в диэлектриках либо найти тангенс угла рассеяния. Устройства довольно компактны и просты в работе. С их помощью можно исследовать свойства твёрдых и жидких веществ на предмет диэлектрических потерь.
Что такое тангенс угла диэлектрических потерь
Содержание
- 1 Общие положения
- 2 Влияние внутренних свойств диэлектриков на tg δ
- 3 Влияние внешних факторов
- 3.1 Температура
- 3.2 Частота
- 3.3 Влажность
- 3.4 Напряжение электрического поля
- 4 Измерение ТУДП
- 5 Видео по теме
Изоляционные свойства диэлектриков зависят как от величины приложенного напряжения и его частоты, так и от внешних факторов (температуры, влажности). В процессе эксплуатации в структуре материалов происходит постепенное накопление дефектов, следствием которых является деградация диэлектрических параметров. В связи с этим необходим регулярный контроль электроизоляционных характеристик для высоковольтного оборудования и приборов. Мощные генераторы, трансформаторные электроподстанции, изоляторы высоковольтных линий электропередач, автотрансформаторы регулярно проходят проверку посредством специализированных приборов контроля. Основная характеристика в системе контроля диэлектрических свойств — тангенс угла потерь.
Общие положения
Образцами для исследования электрофизических свойств диэлектриков служат конденсаторы, между обкладками которых находится тестируемое вещество. Конденсатор с идеальными параметрами должен удовлетворять двум условиям:
- При подаче на обкладки постоянного электронапряжения ток утечки отсутствует (ja = 0) вплоть до напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика. Ток при этом лавинообразно нарастает.
- При подаче переменного напряжения с определённой частотой фазовый сдвиг (угол φ) между напряжением U и током Ic равен 90 градусов.
Переменное электронапряжение поочерёдно заряжает обкладки конденсатора. В ходе этого процесса конденсатор получает порцию энергии, чтобы на следующем этапе вернуть её обратно в сеть. Произведение ёмкостного тока Ic на величину напряжения равно потребляемой ёмкостной (реактивной) мощности. Диэлектрик с идеальными параметрами позволил бы полностью избежать потерь энергии, то есть, из сети потреблялась бы исключительно реактивная мощность.
Во всех реальных диэлектриках существуют потери энергии, которая преобразуется в тепло. На картинке механизм потерь обозначен в виде активного сопротивления, подключенного параллельно конденсатору. Здесь же изображена векторная диаграмма различных токов, присутствующих в диэлектрике, когда часть электрической энергии переходит в тепло.
Из треугольника токов следует, что:
В данной формуле и на схеме δ — угол диэлектрических потерь, а отношение активного и реактивного электротока — тангенс угла потерь конденсатора для рассматриваемого случая. В общем тангенс угла диэлектрических потерь является интегральным параметром, характеризующим качество изоляции. Увеличение потерь связано с ростом температуры, влажностью, наличием поляризационных процессов.
Кроме tg δ часто используется обратная величина Q, называемая добротностью:
Влияние внутренних свойств диэлектриков на tg δ
Диэлектрическими свойствами обладают вещества в различных агрегатных состояниях: твёрдом, газообразном и жидком. Энергетические потери, которые отражаются на величине тангенса угла потерь (ТУДП) в разных материалах могут быть обусловлены следующими факторами:
- В газовых средах — потерями, вызванными ионизацией атомов и молекул.
- В жидкостях — релаксационными потерями (релаксационная поляризация).
- Дипольной поляризацией — часто встречающийся механизм в твёрдых диэлектриках.
- Сквозной электропроводностью в сочетании с поляризационным рассеянием.
- Наличием неоднородностей и структурными дефектами в аморфных веществах.
Влияние внешних факторов
Тангенс угла при изменении диэлектрических потерь (ТУДП) также меняется. На значение ТУДП влияют следующие факторы:
- Температура внешней среды.
- Наличие и количество влажности.
- Амплитуда электрического напряжения.
- Частота переменного тока и напряжения.
Температура
Рост температуры внешней среды вызывает увеличение tg δ, поскольку растёт электропроводность, обусловленная возбуждением колебаний атомов и движением отдельных ионов и диполей.
Частота
Увеличение частоты приложенного электронапряжения вызывает уменьшение ТУДП, если главным механизмом потерь выступает проводимость диэлектрика. При этом на активную токовую компоненту IА частота не оказывает влияния, а реактивная составляющая IС увеличивается прямо пропорционально частоте. Тангенс угла при этом уменьшается.
В случаях, когда главным механизмом потерь выступает поляризация, tg δ на отдельной частоте будет иметь скачок до некоторого максимума с последующим спадом.
В диэлектриках, имеющих разные механизмы потерь, общая величина tg δ будет суммой вкладов отдельных механизмов.
Влажность
Наличие влаги в том или ином виде (пар, жидкость) вызывает однозначное увеличение tg δ, так как влажность способствует уменьшению удельного сопротивления.
Напряжение электрического поля
Значительный рост ТУДП начинается с Uи — напряжения, когда включается механизм ионизации атомов, приводящий к резкому росту потерь.
Значения ТУДП материалов, часто используемых в качестве диэлектриков, можно узнать из справочных таблиц. Например, тангенс угла диэлектрических потерь составляет для трансформаторного масла 5–10-3, а для конденсаторной бумаги — 9–10-3.
Измерение ТУДП
Для определения величины ТУДП на практике используется измеритель тангенса угла диэлектрических потерь.
Обязательный контроль величины tg δ даёт информацию о текущем состоянии параметров изоляции токопроводящих частей электрической аппаратуры. Например, мониторинг тангенса угла диэлектрических потерь рабочего масла трансформатора, которое является главным изолятором в этом мощном оборудовании электрических подстанций (от 10 кВ и выше), позволяет предотвратить аварийные ситуации. Измерение и контроль тангенса угла диэлектрических потерь производится в соответствии с нормативными требованиями с помощью сертифицированных приборов.
Видео по теме
Диэлектрическими
потерями называют электрическую
мощность, которая рассевается в
диэлектрике под воздействием электрического
поля и вызывает нагрев диэлектрика. Для
характеристики диэлектрических потерь
очень часто используют тангенс угла
диэлектрических потерь.
Углом
диэлектрических потерь называется угол
δ,
который дополняет до 90о
угол сдвига фаз φ между током и напряжением
в емкостной цепи. Чем больше мощность,
которая рассевается в диэлектрике и
которая переходит в теплоту, тем больше
угол диэлектрических потерь и его
функция tg
δ .
6 Расчет мощности потерь и тангенса угла диэлектрических потерь в диэлектрике
Рассмотрим
схему замещения реального диэлектрика.
Она должна быть выбрана с таким расчетом,
чтобы активная мощность, которая
выделяется в схеме равнялась мощности,
которая рассевается в диэлектрике
конденсатора, а ток был сдвинут
относительно напряжения на тот же угол,
что и в конденсаторе, который исследуем.
Поставленная задача может быть решена
путем замены конденсатора с потерями
идеальным конденсатором с последовательно
включенным активным сопротивлением
(последовательная схема) или идеальным
конденсатором, который шунтируется
активным сопротивлением (параллельная
схема) (рис. 1.6). Из теории переменных
токов активная мощность
.
(1.8)
Если
выразить мощность для последовательной
и параллельной схем через емкости CS,
CP
и
угол δ,
для последовательной схемы, используя
векторную диаграмму, запишем
.
(1.9)
Используя
выражение (1.8) и, подставляя у него, вместо
І
и
cosφ соответственно значение с векторной
диаграммы получим
.
(1.10)
Для
параллельной схемы, используя (1.8) и
векторную диаграмму, запишем
.
(1.11)
Активная мощность
.
(1.12)
Приравняем
(1.9) с (1.12) и найдем соотношение между CP
и
СS,
RP
и
RS
(1.13)
.
(1.14)
Из
(1.10), (1.11) выходит, что CP
=
CS
и
RP
=RS
когда tgδ
<<
1.
Действительно,
из векторных диаграмм выходит
–
для параллельной схемы замещения;
– для последовательной схемы замещения.
Но
в первом случае общим для емкости и
резистора является напряжение, а во
втором – ток. Умножая числитель и
знаменатель соответственно на ток или
напряжение, получим, что
.
В этом заключается физический смысл
тангенса
угла диэлектрических потерь.
Поскольку
активная мощность тратится на нагрев
диэлектрика, а реактивная – на поляризацию,
тогда PА<<PС,
то есть для качественного диэлектрика
tg
δ
<< 1.
Это
также подтверждается из
.
(1.15)
7 Виды диэлектрических потерь
Диэлектрические
потери по их особенностями и физической
природе разделяют на четыре группы:
1.
Потери за счет сквозной электропроводности.
2.
Потери, обусловленные релаксационной
поляризацией.
3. Ионизационные
потери.
4. Резонансные
потери.
1.
Потери
за счет сквозной проводимости наблюдаются
в диэлектрике, который имеет значительную
объемную или поверхностную электрическую
проводимость. Они обусловлены нагревом
диэлектриков за счет токов сквозной
электрической проводимости.
Из
определения тангенса угла диэлектрических
потерь
. (1.16)
Выражение
(1.16) – закон Джоуля-Ленца в дифференциальной
форме, он показывает связь мощности
удельных потерь и электрической
проводимости диэлектрика
.
(1.17)
Мощность
диэлектрических потерь в этом случае
не зависит от частоты приложенного
поля, а тангенс угла диэлектрических
потерь уменьшается, согласно
гиперболическому закону (рис.1.7). Поскольку
повышение температуры способствует
увеличению токов сквозной проводимости,
активная мощность растет с повышением
температуры согласно закона
,
(1.18)
где
PАО
–
потери в диэлектрике при температуре
окружающей среды;
-
– температурный
коэффициент потерь;
T,
T0
–
температура соответственно диэлектрика
и среды.
В
зависимости от температуры tgδ
изменяется
аналогично, поскольку реактивная
мощность от температуры не зависит
(рис.1.7).
2.
Потери на
релаксационную поляризацию обусловлены
активными составляющими токов смещения
и характеризуются наличием взаимосвязанных
максимумов на частотной и температурной
зависимостях тангенса угла диэлектрических
потерь (рис. 1.8).Дипольные молекулы,
следуя за изменениями электрического
поля, вращаются в вязкой среде и вызывают
потери энергии за счет трения. Если
температура низкая, вязкость материала
велика и диполи не успевают следовать
за изменениями поля, поэтому tgδ
маленький. Если температура высока,
ориентация молекул происходит практически
без трения и tgδ
также
уменьшается. С повышением частоты
приложенного поля значения tgδ
смещаются
в область более высоких температур.
Мощность
диэлектрических потерь растет с
повышением частоты до тех пор, пока
дипольные молекулы не успевают полностью
сориентироваться в на
правлении
поля иtgδ
уменьшается. Но мощность диэлектрических
потерь остается постоянной (рис.
1.8).
3.
Ионизационные
диэлектрические потери свойственны
газообразным диэлектрикам и диэлектрикам
с газовыми включениями. Они проявляются
в неоднородных электрических полях при
напряженности поля, которая превышает
значение напряжения, соответствующее
началу ионизации газа. Ионизационные
потери резко растут при превышении
критического значения напряжения, когда
начинается локальная ионизация газа.
4.
Резонансные
потери имеют
место в некоторых газах и твердых
веществах при некоторой строго
обусловленной частоте и выражаются
сильным поглощением энергии
электромагнитного поля, когда частота
вынужденных колебаний электрического
поля равняется частоте собственных
колебаний твердого тела. Этот вид потерь
также имеет максимум на частотной
зависимости tgδ,
положение которого не зависит от
температуры.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
1. Общая часть.
1.1. Тангенс угла диэлектрических потерь (tg d) определяется как отношение активной составляющей тока утечки через изоляцию к его реактивной составляющей. При приложенном переменном напряжении является важной характеристикой изоляции трансформаторов и вводов высокого напряжения. Обычно tg d выражается в %:
tg d % = 100 х tg d
1.2. Значение tg d нормируется для каждого вида оборудования.
2. Указание мер безопасности.
2.1. Допуск к измерениям осуществляется по наряду и руководителем работ, а если он не назначен, то производителем работ. Наряд на измерения выдает в этих случаях работник.
2.2. Измерения проводит бригада, в которой производитель работ должен иметь группу VI, а члены бригады – III.
2.3. К измерениям допускаются лица, прошедшие специальную подготовку и имеющие практический опыт работы проведения измерений.
Не допускается одновременное проведение измерений и других работ различными бригадами в пределах одного присоединения.
2.4. При измерении tg d по перевернутой схеме внутренние узлы моста находятся под высоким напряжением. Любые измерения мостом производятся для обеспечения безопасности с диэлектрической подставки или резинового коврика и в диэлектрических перчатках.
3. Подготовка рабочего места.
3.1. Перед началом измерений проверяется стационарное заземление корпусов, испытываемого оборудования и надежно заземляют экран измерительного моста одного из выводов повышающего трансформатора. Сечение заземляющих проводников должно быть не менее 4 мм2.
3.2. Место измерения, а также соединительные провода, находящиеся под напряжением, ограждают. Вывешивают плакат «Испытание! Опасно для жизни!».
Присоединение измерительной схемы к сети напряжения 220 В проводят через коммутационные аппараты с видимым разрывом в том числе через штепсельную вилку. При сборке измерительной схемы перед присоединением к сети 220 В на высокий вывод установки накладывают заземления при помощи специальной заземляющей штанги.
4. Техническая оснащенность.
4.1. Мост типа Р 5026.
4.2. Испытываемый трансформатор НОМ .
4.3. Образцовый конденсатор P5023.
4.4. Регулировочный автотрансформатор.
5. Порядок работы.
5.1. Убедиться в отсутствии напряжения на испытываемом оборудовании.
5.2. Собрать схему для проведения измерений, нормальную или перевернутую, согласно конструктивным особенностям трансформатора.
5.3. Заземлить разрядной штангой высоковольтный вывод схемы.
5.4. В схеме на рис. 1 высокое напряжение от вспомогательного трансформатора подается на токоведущий вывод проверяемого объекта, что соответствует нормальной схеме измерения. В отличие от этой схемы существует перевернутая схема измерения tgd, в которой зажимы моста для заземления и подачи высокого напряжения меняются местами.
Перевернутая схема менее точна, чем нормальная. Однако измерения tg d изоляции трансформаторов, а также установленных на аппарате вводов могут производиться только по перевернутой схеме в связи с тем, что один из электродов в этих случаях заземлен. При измерении по перевернутой схеме внутренние узлы моста (R3, C4 и т.п.) находятся под высоким напряжением, так как напряжение от трансформатора подается на экран моста. Но в связи с тем, что экран с узлами изолирован на полное испытательное напряжение от корпуса (кроме того, заземляемого), обеспечивается безопасность измерения и при перевернутой схеме. Любые измерения мостом производятся для обеспечения безопасности с диэлектрической подставки или резинового коврика и в диэлектрических перчатках.
Отличительной особенностью мостов Р 595 и Р 5026 является наличие нуль-индикатора, в качестве которого используется транзисторный избирательный усилитель с питанием от элементов постоянного тока со стрелочным прибором (микроамперметр М 4204) на выходе. Максимальная чувствительность нуль-индикатора не менее 2 мкА/мкВ.
Для обеспечения точности измерения мост и вспомогательная аппаратура, необходимая для измерения, располагается в непосредственной близости от проверяемого объекта (рис. 2); при этом требуется безусловное соблюдение правил техники безопасности, предусматриваемых для испытаний повышенным напряжением. В качестве испытательного используется измерительный трансформатор напряжения НОМ-10 или НОМ-6.
Измерения tg d аппаратов с номинальным напряжением 6 кВ производят на напряжении 6 кВ, а аппаратов с номинальным напряжением менее 6 кВ — на напряжении 220-380 В. измерения производятся при удовлетворительных результатах оценки состояния изоляции с помощью мегаомметра и другими способами и удовлетворительных результатах испытаний пробы масла. Измерения при сушке производят на напряжении 220-380 В. Результаты измерений tg d сравниваются с допустимыми нормами и с результатами предыдущих измерений, в том числе заводскими.
При измерениях tg d возможны электромагнитные влияния на мост испытательного трансформатора и регулировочного автотрансформатора. Во избежание этого рекомендуется располагать их на расстоянии не менее 0,5 м от моста.
Порядок измерений мостами Р 5026, МД-16 и Р 595 излагается в заводских инструкциях.
Измерения tg d рекомендуется производить при температурах от +10 до +40 °С. Для приведения измеренных значений tg d к необходимой температуре (например, измерений на заводе для сравнения) используются следующие коэффициенты:
Разность температур 1 2 3 4 5 10 15
Коэффициент измерения tg d:
волокнистой изоляции 1,03 1,06 1,09 1,12 1,15 1,31 1,51
трансформаторного масла 1,04 1,08 1,13 1,17 1,22 1,5 1,84
Разность температур 20 25 30 35 40 45 60
Коэффициент измерения tg d:
волокнистой изоляции 1,75 2 2,3 — — — —
трансформаторного масла 2,25 2,75 3,4 4,15 5,1 6,2 7,5
НТД и техническая литература:
- Межотраслевые правила по охране труда (ПБ) при эксплуатации электроустановок.
- ПОТ Р М — 016 — 2001. — М.: 2001.
- Правила устройства электроустановок Глава 1.8 Нормы приемосдаточных испытаний Седьмое издание
- Объем и нормы испытаний электрооборудования. Издание шестое с изменениями и дополнениями — М.:НЦ ЭНАС, 2004.
- Наладка и испытания электрооборудования станций и подстанций/ под ред. Мусаэляна Э.С. -М.:Энергия, 1979.
- Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. — М.: ОРГРЭС, 1997.
Измерение тангенса угла различных диэлектрических потерь трансформатора – необходимая процедура, влияющая на эффективность работы оборудования. Потерями диэлектрического типа называют энергию, которая ушла под воздействием работы электрического поля. При этом способность механизма освобождать энергию характеризуется углом или его тангенсом диэлектрических потерь (зависит от ситуации и схемы измерения).
Содержание
- Как определить тангенс угла диэлектрических потерь
- Что такое мостовая схема
- Какие значения используют для расчёта
- Формула расчета
- Что способствует повышению диэлектрических потерь
- Факторы, которые увеличивают тангенс угла диэлектрических потерь
- Наличие мыла в маслах
- Образования кислых продуктов старения
Как определить тангенс угла диэлектрических потерь
В силовых трансформаторах тангенс угла рассчитывается как диэлектрик конденсатора. Берется в расчет угол, который дополняет до прямого, основной угол между сдвигами фаз тока и напряжения.
Расположенный внутри этих плоскостей угол и является искомым диэлектрических потерь.
Для измерения принимают, что конденсатор относится к идеальному типу. Он может быть включен последовательным образом, то есть в последовательно включенным сопротивлением активной нагрузки, или по параллельной схеме. Для первой мощность составит Р=(U2ωtgδ)/(1+tg2δ), а для второй — Р=U2ωtgδ. Угол по этим расчетам вычислить несложно, зная емкость конденсатора и показатели сопротивления. Обычно значение его не превышает десятых или сотых долей единицы, определяется в графиках процентами. При этом увеличиваются, если увеличивается напряжение и частота работы. Для снижения коэффициента используются изоляционные материалы.
Что такое мостовая схема
Мостовая схема представляет собой тип соединения, при котором есть мостовая составляющая между двумя точками, которая не соединяет непосредственным образом источники. При равных значениях сопровождения в диагонали тока нет, поэтому удается добиться равнозначности.
Какие значения используют для расчёта
Мостовые схемы дают возможность проводить измерения различных по типам приборов с показателями от 10-8 до 1010 Ом, с высокой точностью (обычно погрешность вычислений составляет до двух девятых процента). Для расчетов необходимы значения сопротивлений отдельных и полного, сопротивления.
Формула расчета
Обычно мостовые схемы используются для вычисления характеристик конденсаторов с минимальными энергетическим тратам. Равновесие мостов рассчитывается по стандартной формуле:
- Cx=CNR2/R1;
- Rx=RNR1/R2.
Искомый тангенс, если рассчитывать по формуле равновесия, составит tgδ=ωCxRx=ωCNRN.
Что способствует повышению диэлектрических потерь
Норма диэлектрических потерь прописывается в инструкции к определенному прибору. Есть факторы, вызывающие колебания и отклонения от нормы (обычно это повышение). Различают несколько типов:
- за чет электропроводности сквозного типа;
- ионизирующие;
- резонансные;
- обусловленные поляризацией.
Если частотный и температурный график зависимости понятен интуитивно, то дело обстоит иначе с другими факторами, приводящими к негативному явлению. Обратите внимание, что нагревание трансформаторного масла приводит к более интенсивному смещению, иногда даже смещаются заряды диэлектрика. При стабильных низких показателях температуры вязкость не меняется, следовательно, нет смещения диполей.
А вот увеличение частоты обуславливает улучшенную проводимость. Показатели тока емкостного могут смещать диполи, при больших показателях уменьшается трение. Рост угла вызывает и проявление влаги в любом виде (это может быть и газообразное состояние). Приводит к повышению показателя ионизация, при этом увеличивается рост напряжения.
Факторы, которые увеличивают тангенс угла диэлектрических потерь
Специалисты выделяют несколько факторов, которые приводят к увеличению тангенса. На первый взгляд они кажутся несущественными, но в итоге обуславливают эффективность работы трансформатора.
Наличие мыла в маслах
Мыло в маслах, которые используются для смазки обмоток трансформатора, приводят к изменению численного показателя. Это объясняется тем, что мыло провоцирует дополнительное увлажнение, приводящие к снижению удельного сопротивления. Нюансы увеличивают проводимость, что влияет на рост тангенса.
Образования кислых продуктов старения
Кислотные продукты старения вызывают порчу вторичной и первичной обмотки. В свою очередь уменьшается проводимость, образуются дополнения на кристаллических решетках. Изменение в худшую сторону физико-технических характеристик диэлектрика приводит у увеличению потерь.
Одной из важнейших задач при использовании транспорта является уменьшение угла. Это позволит оптимизировать работы и избежать траты энергии в холостую.
