Почему емкость изоляции зависит от частоты

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

5.2. Контроль емкости изоляции

Контроль величины емкости изоляции позволяет выявлять слоистое увлажнение изоляции. Емкость идеального конденсатора не зависит от частоты; чем больше диэлектрические потери в реальном конденсаторе или в изоляции, тем сильнее зависит от частоты емкость идеального емкостного элемента в схеме замещения реального конденсатора. Можно попытаться использовать простую параллельную схему замещения двухслойной изоляции по рис. 5.1а с параллельно соединенными резистивным элементом R П и емкостным элементом C П (рис. 5.1г). При этом, однако, значения параметров схемы замещения оказываются частот-

но-зависимыми; в частности, C П = C Г +	∆ C	, T = r ∆ C . Вид зависимости
	1		+ ω 2 T 2

C П ( ω ) показан на рис. 5.3. С ростом степени увлажнения возрастает размах изменения емкости C П ( ω ) с изменением частоты. Использование этой зависимости может служить для обнаружения слоистого увлажнения изоляции.

C

∆ C

C Г

ω

Рис. 5.3. Зависимость емкости от частоты для двухслойной изоляции Для оценки состояния изоляции измерения производят на частотах 2

Гц и 50 Гц при неизменной температуре изоляции и затем определяют от- ношение C 2 , которое и служит показателем качества изоляции. На осно- C 50 вании опыта установлено, что изоляция имеет недопустимое увлажнение, если C 2 >1.3. C 50 Для измерения емкостей используются два основных принципа, проиллюстрированные рис. 5.4. Переключатель в схеме рис. 5.4а периодически подключает испытуемую изоляцию к источнику постоянного напряжения, заряжая емкость изоляции, а затем – к цепи с гальванометром PA, через который емкость изоляции разряжается. Средний ток через гальванометр определяется частотой переключения, I = U C ( ω ) f , так что при измерении на частотах 2 Гц

и 50 Гц отношение емкостей определяется отношением токов:	C 2	=	50 I 2	.
	C 50
2 I 50

По такому принципу работают приборы контроля влажности серии ПКВ.

а)	f	I	б)
	U			PA
C( ω )		U	C( ω ) C 0	V

Рис. 5.4. Принципиальное устройство приборов емкостного контроля увлажнения По схеме рис. 5.4б испытуемая изоляция заряжается от источника постоянного напряжения, а затем на короткое время, примерно на четверть периода частоты 50 Гц, то есть на 5 мс, подключается к образцовому конденсатору C 0 . На образцовый конденсатор переносится заряд, пропорциональный емкости C 50 (примерно соответствующей геометрической емкости C Г рис. 5.1в). Затем изоляция снова заряжается, кратковременно замыкается для разряда геометрической емкости и на время около четверти периода частоты 2 Гц (примерно 130 мс) подключается к образцовому конденсатору для снятия части заряда с абсорбционной емкости ∆ C , что позволяет определить разность С 2 — С 50 . По этой разнице и по значению С 50 определя- ется отношение емкостей: C 2 = C 2 − C 50 + 1 . Напряжение на эталонном кон- C 50 C 50 денсаторе измеряется с помощью электронного вольтметра, имеющего большое входное сопротивление. По этому принципу работают приборы серии ПЕКИ и У-268.

5.3. Хроматографический анализ масла

При возникновении дефектов в маслонаполненной изоляции (масляные трансформаторы, маслонаполненные вводы) происходит изменение физических характеристик и химического состава масла. Распределенные дефекты в такой изоляции могут быть выявлены при проведении общего химического анализа нефтяного масла или при измерении его электрической прочности и тангенса угла диэлектрических потерь. В последнее время все более широкое распространение находит методика выявления повреждений в силовых трансформаторах по результа- там анализа растворенных в масле газов . Идея метода основана на пред- положении о том, что повреждение в трансформаторе сопровождается выделением различных газов, отсутствующих в масле при нормальной работе. Эти газы первоначально растворяются в масле и в газовое реле практически не попадают. Выделив эти газы из масла и проведя их анализ, можно обнаружить повреждения на разной стадии их возникновения. Отбор масла производится так, чтобы исключить его соприкосновение с окружающей воздушной средой для предотвращения потерь растворенных в масле газов. Масло помещается в замкнутый объем и газ над поверхностью масла подвергается анализу на хроматографе. Оценка состояния маслонаполненного оборудования осуществляется обычно на базе следующих критериев: • критерий предельных концентраций (водород, метан, этилен, этан, ацетилен, окись и двуокись углерода и др. газы); разложение масла и разложение целлюлозы приводят к превышению концентраций разных газов, частичные разряды приводят к появлению водорода и т.п.; • критерий скорости нарастания концентраций газов – при ежемесячном контроле; • критерий отношений концентраций газов – соотношение концентраций позволяет выявлять перегревы и даже температуру перегрева; • критерий равновесия – сопоставление результатов анализа масла из газового реле и из пробы. Хроматографический анализ газов производится на компьютерных комплексах, позволяющих автоматизировать анализ критериев и распознавать появляющиеся дефекты в оборудовании до отказа оборудования.

РЕЗЮМЕ

Измерение сопротивления изоляции позволяет контролировать как сплошное увлажнение изоляции, так и увлажнение только одного из слоев в слоистой изоляции. При измерении сопротивления изоляции принимают во внимание прежде всего абсолютную величину сопротивления R 60 , которая должна быть не меньше нормированного значения, а затем и коэффи-

циент абсорбции. Если обе величины не выходят за пределы нормы, то говорят о том, что увлажнения изоляции не обнаружено; если хотя бы одна из величин неудовлетворительна, то делают вывод о недопустимом увлажнении изоляции. Контроль величины емкости изоляции позволяет выявлять слоистое увлажнение изоляции. Для выявления повреждений в силовых трансформаторах используется хроматографический анализ растворенных в масле газов.

Контрольные вопросы

1. Что такое изоляция? 2. Что называют сопротивлением изоляции? Чем отличается это понятие от понятия сопротивления резистора? 3. К каким последствиям приводит увлажнение изоляции? 4. Какова методика контроля изоляции измерением сопротивления? 5. Каким образом производится контроль изоляции измерением ее емкости? Лекция 6. КОНТРОЛЬ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

6.1. Контроль диэлектрических потерь в изоляции

Измерение tg δ считается одним из основных методов контроля изоляции электрооборудования высокого напряжения, поскольку распределенные дефекты (увлажнение, ионизация газовых включений) в первую очередь вызывают увеличение диэлектрических потерь. При измерениях контролируют абсолютную величину tg δ, изменения tg δ по сравнению с предыдущими измерениями, а в некоторых случаях, например, для изоляции электрических машин, снимают зависимость tg δ(U), иногда и при повышенных напряжениях (до 2 U ном ). Измеренное значение tg δ в сопоставлении с нормативом дает представление о текущем состоянии изоляции, характер изменения tg δ при периодических измерениях позволяет судить об ухудшении свойств изоляции в процессе эксплуатации, а рост tg δ при повышении напряжения свидетельствует о частичных разрядах в изоляции. Измерения tg δ на высоком напряжении проводят измерительными мостами переменного тока, построенными по схеме Шеринга. Принципиальное устройство четырехплечего высоковольтного уравновешенного измерительного моста переменного тока, выполненного по схеме Шеринга, показано на рис. 6.1.

R x	C x
Z x		Z 0
T	C x
		C 0
FV1	НИ	FV2

R 3 R 4
Z 3	C 4	Z 4

Э Рис. 6.1. Принципиальное устройство моста Шеринга На рис. 6.1 C x – испытуемая изоляция, замещаемая параллельной схемой C x R x , C 0 – образцовый воздушный конденсатор, обладающий малыми диэлектрическими потерями, R 3 – магазин емкостей (набор образцовых резисторов), R 4 – образцовый резистор, C 4 – магазин емкостей (набор образцовых конденсаторов). Буквой Т обозначен высоковольтный трансформатор, питающий схему моста, НИ – нуль-индикатор, служащий для уравновешивания моста, FV1, FV2 – низковольтные разрядники, защищающие низковольтную часть моста при пробое испытуемой изоляции, Э – экран, роль которого объяснена далее при рассмотрении перевернутой схемы моста. Отличительными особенностями моста по схеме Шеринга является высокое напряжение питания моста и достаточно хорошая сходимость моста при его уравновешивании. Последнее обстоятельство для моста переменного тока, работающего на синусоидальном напряжении и требующего для сходимости выравнивания модулей и фаз потенциалов на измерительной диагонали моста, имеет важнейшее значение. Условием равновесия четырехплечего моста, как известно, является равенство произведений сопротивлений противоположных плеч, то есть Z X Z 4 = Z 0 Z 3 ,

где Z X =	1	, Z 4 =	1	, Z 0 =	1	, Z 3	= R 3 .
	1		+ j ω C X		1			+ j ω C 4	j ω C 0
R X	R 4

Комплексное уравнение произведения сопротивлений распадается на два вещественных уравнения, из которых получаются соотношения для C X и tg δ:

R 4 1
tg δ = ω C 4 R 4 ,	C X = C 0	.
			R 3	1+ tg 2 δ

Если tg δ

Z x	Z 0
C x
	C 0
T	НИ	FV2
FV1

R 3 R 4
Z 3	C 4	Z 4

Э Рис. 6.2. Перевернутая схема моста Шеринга 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 порядка единиц процентов при напряжении 10 кВ. Нередко встречаются старые модификации этого моста МД-16 и Р-595.

4.3. Емкость и проводимость изоляции коаксиальных цепей

В отличие от проводников, где имеются свободные электроны и действует ток проводимости I_пр, в диэлектрике нет свободных электронов, а имеются ионы и связанные диполи. Под действием переменного электромагнитного поля в диэлектрике происходит смещение диполей, их переориентация и поляризация.

Поляризацией называется смещение положительных и отрицательных зарядов в диэлектрике под действием электрического поля. Переменная поляризация обусловливает возникновение и действие токов смещения — емкостных токов I_см и вызывает затраты энергии на переориентацию диполей (потери в диэлектрике). Чем выше частота колебаний, тем сильнее токи смещения и больше потери. При постоянном токе эти явления отсутствуют.

Явления в диэлектрике полностью характеризуются двумя параметрами: емкостью С, определяющей способность поляризации и величину токов смещения, и проводимостью G, определяющей величину потерь в диэлектрике. Емкость кабеля аналогична емкости конденсатора, где роль обкладок выполняют проводники, а диэлектриком служит расположенный между ними изоляционный материал или воздух. При определении емкости коаксиальго кабеля учитывают, что он аналогичен цилиндрическому конденсатору и его электрическое поле создается двумя цилиндрическими поверхностями с общей осью. Вследствие осевой симметрии напряженность электрического поля имеет равные потенциалы на определенном расстоянии от центра кабеля.

Проводимость изоляции G может быть определена как составляющая потерь в диэлектрике конденсатора, емкость которого эквивалентна емкости кабеля (рис. 4.2).

Проводимость изоляции и емкость коаксиального кабеля могут быть рассчитаны по известным формулам для коаксиальных конденсаторов. Емкость , Ф/м. Проводимость изоляции , См/м.

Обычно принято проводимость изоляции G выражать через тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции кабеля .

Тогда .

Заменяя в выражении емкости , получим для 1 км кабеля (где, Ф/м)

. (4.31)

,См/км , (4.32)

где _r и tg — диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь изоляции. Эффективные значения _э и tg_э комбинированной изоляции, применяемой в коаксиальных кабелях, приведены в табл. 4.3.

Отно-шение v_д/v_в

tg_э10 -4 при частоте, МГц