Как работает измеритель диэлектрических потерь? 

Измеритель диэлектрических потерь (также известный как мост для измерения диэлектрических потерь) — важный прибор для диагностики состояния изоляции высоковольтного электрооборудования, особенно емкостного, такого как трансформаторы, вводы и трансформаторы тока. Он выходит за рамки простого измерения сопротивления изоляции, позволяя более глубоко оценить характеристики потерь энергии изоляции в переменном электрическом поле, точно выявляя такие дефекты, как старение и влажность.

I. Основной принцип: тангенс угла диэлектрических потерь (tanδ)

Идеальный изолирующий диэлектрик эквивалентен чистому конденсатору, в котором ток опережает напряжение на 90 градусов. Однако реальный изолирующий диэлектрик имеет потери и может быть эквивалентен параллельной или последовательной цепи, состоящей из чистого конденсатора C и резистора R. В этом случае разность фаз между полным током и напряжением составляет уже не 90 градусов, а (90° – δ). Этот небольшой угол δ называется углом диэлектрических потерь. Tanδ (тангенс угла диэлектрических потерь) является ключевым параметром для измерения диэлектрических потерь. Его физический смысл — это отношение потерянной энергии к энергии, запасённой в диэлектрике за каждый цикл переменного тока.

Меньшее значение tanδ указывает на лучшее качество изоляции и меньшие потери энергии. И наоборот, увеличение tanδ указывает на ухудшение характеристик изоляции.

II. Принципы измерения: две основные технологии

Современные измерители диэлектрических потерь в основном используют два принципа для достижения высокой точности измерений:

1. Принцип моста Шиллинга (классический метод)
Это классический метод, основанный на балансном измерении. Мост состоит из четырёх плеч: одно плечо представляет собой испытуемый объект (эквивалентно параллельно соединённым Cx и Rx), другое плечо — стандартный конденсатор без потерь Cn, а оставшиеся два плеча — регулируемые безындукционные резисторы. Регулировкой сопротивления и ёмкости регулируемых резисторов мост балансируется (индикатор нуля показывает ноль). В этом сбалансированном состоянии ёмкость Cx и коэффициент диэлектрических потерь tanδ испытуемого объекта можно напрямую рассчитать с помощью уравнения мостовой схемы. Этот метод обеспечивает высокую точность, но процесс балансировки требует ручного управления и относительно медленный.

2. Принцип полностью автоматического цифрового измерения (современные приборы)
Современные приборы используют полностью цифровую технологию на основе микропроцессоров. Основные принципы:
◦ Синхронная выборка: высокоточная схема прибора одновременно и с высокой скоростью измеряет сигнал тока Ix, протекающего через испытуемый объект, и сигнал тока In эталонного конденсатора (или опорного напряжения).

◦ Анализ формы сигнала: цифровые алгоритмы (например, преобразование Фурье) точно анализируют амплитуду и разность фаз этих двух синусоид.

◦ Прямой расчёт: поскольку разность фаз стандартного канала является опорной (близкой к 90 градусам), угол диэлектрических потерь δ можно напрямую рассчитать, рассчитав разность фаз между Ix и опорной фазой, а также значение tanδ и ёмкость объекта испытания Cx. Этот метод быстрый, обладает высокой помехоустойчивостью и может быть полностью автоматизирован.

3. Почему измерение tanδ эффективнее измерения сопротивления изоляции?

Для крупногабаритного оборудования сопротивление изоляции само по себе значительно зависит от факторов окружающей среды (таких как температура и влажность) и не позволяет легко определить общее старение изоляции. Tanδ, с другой стороны, отражает внутренние свойства изоляционного материала. Он практически не зависит от размера устройства и тесно связан с качеством изоляционного материала. Поэтому он позволяет более чувствительно и надёжно выявлять распределённые дефекты, такие как общая влажность изоляции, старение или ухудшение её характеристик, что делает его эффективным средством выявления более глубоких изменений в характеристиках изоляции.

Измеритель диэлектрических потерь MS-101G
1. Предназначен для испытания емкостных трансформаторов напряжения (ЕТН) на самовозбуждение, одновременно измеряя емкость и tgδ конденсаторов C1 и C2 при одном подключении проводов.
2. Оснащен защитой от обратного подключения низкого и высокого напряжения. Даже при заземленной шине ЕТН он может измерять диэлектрические потери при обратном подключении до 10 кВ на конденсаторе C11 без отсоединения проводов.
3. Измеряет приложенное напряжение и внешнее сопротивление CN, а также измеряет диэлектрические потери одновременно в прямом и обратном направлении.
4. Технология преобразования частоты устраняет помехи промышленной частоты 50 Гц, что позволяет получать достоверные данные даже в условиях сильных электромагнитных помех.
5. Защита от перегрузки по току защищает прибор от повреждения в случае короткого замыкания или пробоя испытуемого образца.
6. В комплект входят стандартные конденсаторы и высоковольтный источник питания для удобства проведения испытаний на месте и сокращения количества проводов.