Изоляция электрооборудования в общем случае может быть представлена эквивалентной схемой замещения (рис. 1.5,а). Ток, протекающий в изоляции (диэлектрике) под действием приложенного напряжения, представляется на векторной диаграмме (рис. 1.5,6) активной 1А и емкостной 1С составляющими. Потери мощности в изоляции (диэлектрические потери) существенно зависят от состояния изоляции и определяются: Р = U•IA = U•I•cosφ = U•IC•tgδ = C•U2•tgδ. Таким образом потери мощности Р пропорциональны tgδ (тангенсу угла диэлектрических потерь). Измерение tgδ используют для оценки состояния изоляции независимо от массогабаритных характеристик последней. Чем больше tgδ тем больше диэлектрические потери, тем хуже состояние изоляции.
На практике tgδ измеряют в процентах.
Значение tgδ нормируется для электрооборудования и зависит от температуры и величины прикладываемого напряжения. Измерение tgδ следует производить при температуре не ниже +10°С. Для приведения измеренных значений tgδ к необходимой температуре (например, температуре при измерениях на заводе) используют поправочные коэффициенты.
Измерение tgδ производится мостами P5026, МД-16 и P595 на высоком (3 - 10 кВ) и низком напряжении. Для тангенса угла диэлектрических потерь справедливо отношение: tgδ = RХ/ХСХ = ω•RХ•СХ (см. рис. 1.5). При равновесии моста имеет место равенство: ω•Rх•Cх = ω•R4•C4 (см. рис. 1.6). Таким образом измеряемый tgδ пропорционален изменяющейся для уравновешивания моста емкости С4. На этом основан принцип измерения tgδ указанными выше мостами. В табл. 1.3 представлены пределы измерения мостов.
Рис. 1.5. Эквивалентная схема замещения диэлектрика.
а - схема замещения диэлектрика; б - векторная диаграмма.
Таблица 1.3. Пределы измерения емкости измерительных мостов
Тип моста | Пределы измерения емкости, мкФ, при напряжении, кВ | |
3-10 | 0,1 | |
Р5026 | 10-2 - 103 | 0,65 - 5·105 |
МД-16 | 0,3·10-4 - 0,4 | 0,3·10-3 - 100 |
Р595 | 1 - 10-5 | 102 - 3·104 |
На рис. 1.6 представлена нормальная (прямая) схема включения измерительных мостов. Данная схема включения используется при измерениях на объектах, у которых оба электрода изолированы от земли. Применяется также перевернутая (обратная) схема включения мостов, в которой зажимы моста для заземления и подачи напряжения меняются местами. Перевернутая схема менее точна, чем нормальная. Однако, измерения tgδ изоляции трансформаторов, а также установленных на оборудовании вводов могут производится только по перевернутой схеме, т. к. один из электродов в этих случаях заземлен.
Значение tgδ изоляции измеряют при напряжении, равном номинальному напряжению объекта измерения, но не выше 10 кВ. При номинальном напряжении объекта менее 6 кВ измерения производят на напряжении 220 - 380 В. Измерения производят при удовлетворительных результатах оценки состояния изоляции с помощью мегаомметра и другими способами и удовлетворительных результатах испытаний пробы масла маслонаполненных аппаратов. Измерения при сушке изоляции производят на напряжении 220 - 380 В. Результаты измерений tgδ сравнивают с допустимыми нормами и результатами предыдущих измерений, в том числе заводских.
В качестве испытательного трансформатора используют трансформаторы напряжения НОМ-6 или НОМ-10. Трансформатор подключается по схеме рис. 1.7. Для обеспечения точности измерения мост и вспомогательное оборудование, необходимое для измерения, располагаются в непосредственной близости от проверяемого объекта (рис. 1.8), т. к. мост учитывает потери в соединительном проводе.
Рис. 1.6. Нормальная (прямая) схема включения моста переменного тока.
Tp - испытательный трансформатор; СN - образцовый конденсатор; СХ - испытываемый объект;
G - гальванометр; R3 - переменный резистор; R4 - постоянный резистор; С4 - магазин емкостей.
На результаты измерений существенное влияние оказывают паразитные токи, обусловленные внешними магнитными и электростатическими полями и утечками по поверхности проверяемых изоляторов. Для исключения влияния магнитных и электростатических полей в мостах осуществлено экранирование, а поверхностных токов утечки - наложением охранного кольца на измеряемый объект. Паразитные токи существенно влияют на результаты измерений тангенса угла диэлектрических потерь объектов с малой емкостью (вводы, измерительные трансформаторы, конденсаторы связи). На результаты измерения tgδ изоляции силовых трансформаторов они влияют незначительно, т. к. последние обладают достаточно большой емкостью, а токи измерения существенно превышают паразитные токи.
Для уменьшения влияния паразитных токов необходимо надежное заземление корпусов проверяемого объекта, испытательного трансформатора, моста, регулировочного автотрансформатора. На практике, для учета влияния паразитных токов, производят четыре измерения tgδ изоляции при разных полярностях подаваемого на схему напряжения и включения гальванометра.
