誘電正接、誘電損失指数測定

誘電損失は、電界の影響下で絶縁材料内で放散されるエネルギーです。

誘電体が電界内でエネルギーを散逸する能力は、通常、誘電損失の角度と誘電損失の正接によって特徴付けられます。テストでは、誘電体はコンデンサの誘電体であると見なされます。静電容量と角度が測定されます。 δ、容量性回路の電流と電圧の間の位相角を 90 ° に補います。この角度は誘電損失角と呼ばれます。

交流電圧では、90度未満の角度ϕ(図1)で印加電圧と同位相の電流が絶縁体に流れます。能動抵抗の存在により、電子メールは小さな角度 δ で送信されます。

米。 1.損失を伴う誘電体を流れる電流のベクトル図: U — 誘電体の電圧。 I は誘電体を流れる総電流です。 Ia、Ic — それぞれ総電流の能動成分と容量成分。 ϕ は、印加電圧と合計電流の間の位相シフト角です。 δ は、総電流とその容量成分の間の角度です。

電流の有効成分 Ia と容量成分 Ic の比は、誘電損失角の正接と呼ばれ、パーセントで表されます。

損失のない理想的な誘電体では、角度 δ = 0、したがって、tan δ = 0 となります。濡れやその他の絶縁欠陥により、誘電損失電流の有効成分と tgδ が増加します。この場合、能動コンポーネントは容量性コンポーネントよりもはるかに速く成長するため、tanδ指標は絶縁状態の変化とその損失を反映します。少量の絶縁物で、局所的かつ集中的に発生した欠陥を検出することが可能です。

誘電正接測定

静電容量と誘電損失角（またはtgδ）を測定する場合、コンデンサの等価回路は、有効抵抗が直列に接続された理想コンデンサ（直列回路）、または有効抵抗が並列に接続された理想コンデンサ（並列回路）として表されます。 ）。

直列回路の場合、有効電力は次のようになります。

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ)、tgδ = ωCR

並列回路の場合:

P = U2ωtgδ、tgδ = 1 /(ωСR)

ここで、B. - 理想コンデンサの静電容量、R - アクティブ抵抗。

誘電損失の感知角は通常、単位の 100 分の 1 または 10 分の 1 を超えません (したがって、誘電損失の角度は通常パーセンテージで表されます)、1 + tg2δ≈ 1、および直列および並列等価回路の損失 P = U2ωtgδ、tgδ = 1 / ( ωCR)

損失の値は、誘電体に印加される電圧と周波数の二乗に比例します。高電圧および高周波機器用の電気絶縁材料を選択する際には、これを考慮する必要があります。

誘電体に印加される電圧が特定の値 UО まで増加すると、誘電体に存在する気体および液体の含有物のイオン化が始まり、イオン化によって引き起こされる追加の損失により δ が急激に増加し始めます。 U1 では、ガスがイオン化されて還元されます (図 2)。

米。 2. 電離曲線 tgδ = f (U)

UО より低い電圧で測定された平均誘電正接 (通常 3 ～ 10 kV) 電圧は、十分な機器の感度を維持しながらテストデバイスを容易にするように選択されます。

誘電正接（tgδ）を温度 20 °C で正規化したものであるため、測定は正規化温度（10 ～ 20 ОС）に近い温度で実行する必要があります。この温度範囲では、誘電損失の変化が小さく、絶縁体の種類によっては、再計算せずに測定値を20℃の正規化値と比較できます。

漏れ電流や外部静電場の測定結果に対する試験対象物や測定回路の周囲への影響を排除するために、保護リングやスクリーンなどの保護装置が設置されています。接地されたシールドの存在により、浮遊容量が発生します。それらの影響を補償するために、通常は、電圧の値と位相を調整できる保護方法が使用されます。

それらが最も一般的です ブリッジ測定回路 静電正接と誘電損失。

導電性ブリッジによって引き起こされる局所的な欠陥は、DC 絶縁抵抗を測定することによって最もよく検出されます。 Tanδの測定は、本質的に静電容量計（シェリングブリッジ）であるタイプMD-16、P5026（P5026M）またはP595のACブリッジを使用して実行されます。橋の概略図を図に示します。 3.

このスキームでは、無損失コンデンサ C と抵抗 R の直列接続を備えた等価回路に対応する分離構造のパラメータが決定されます。tan δ = ωRC (ω はネットワークの角周波数) です。

測定プロセスは、抵抗器の抵抗値とコンデンサボックスの静電容量を連続的に調整することにより、ブリッジ回路の平衡化（バランス）を行うことで構成されます。測定装置 P によって示されるように、ブリッジが平衡状態にあるときは、等式が満たされます。静電容量 C の値がマイクロファラッドで表される場合、ネットワークの工業用周波数 f = 50 Hz では、ω = 2πf = 100π となり、したがって、tan δ% = 0.01πRC となります。

P525 ブリッジの概略図を図に示します。 3.

米。 3. AC測定ブリッジP525の概略図

設置場所の絶縁クラスと容量に応じて、最大 1 kV および 1 kV を超える電圧 (3 ～ 10 kV) の測定が可能です。電圧測定用変圧器は電源として機能します。ブリッジは外部空気コンデンサ C0 とともに使用されます。Tanδを測定する際の装置の概略図を図に示します。 4.

米。 4. 誘電損失角の正接を測定する場合の試験用変圧器の接続図: S — スイッチ; TAB — 単巻変圧器の調整。 SAC — テストトランス T 用の極性スイッチ

2 つのブリッジ スイッチング回路が使用されます。いわゆるノーマルまたはストレートでは、測定要素 P はテストされる絶縁構造の電極の 1 つと接地の間に接続され、反転ではテストされる絶縁構造の電極の間に接続されます。物体と橋の高圧端子。通常の回路は、両方の電極がアースから絶縁されている場合に使用され、逆に、電極の 1 つがアースにしっかりと接続されている場合に使用されます。

後者の場合、橋の個々の要素には完全な試験張力がかかることを覚えておく必要があります。設置場所の絶縁クラスと容量に応じて、最大 1 kV および 1 kV を超える電圧 (3 ～ 10 kV) での測定が可能です。電圧測定用変圧器は電源として機能します。

ブリッジは外部基準空気コンデンサとともに使用されます。橋と必要な機器は試験場のすぐ近くに配置され、フェンスが設置されます。試験用変圧器 T からモデルコンデンサ C につながるワイヤ、および電圧がかかっているブリッジ P の接続ケーブルは、接地された物体から少なくとも 100 ～ 150 mm 離す必要があります。調整装置 TAB (LATR) は橋から少なくとも 0.5 m の距離になければなりません。ブリッジ、変圧器、レギュレータのハウジング、および変圧器の二次巻線の 1 つの端子は接地する必要があります。

インジケータのtan δは、開閉装置の動作領域で測定されることが多く、試験対象と開閉装置要素の間には常に容量性の接続があるため、影響を与える電流が試験対象に流れます。この電流は、影響を与える電圧の電圧と位相、および接続の総静電容量に依存し、特に静電容量が小さい物体、特にブッシング (最大 1000 ～ 2000) の絶縁状態の誤った評価につながる可能性があります。 pF）。

ブリッジのバランスは、ブリッジ回路の要素と保護電圧を繰り返し調整することによって行われます。バランスインジケーターは、対角線または画面と対角線の間に含まれています。ブリッジに電流が流れておらず、同時にバランスインジケーターが含まれている場合、ブリッジはバランスが取れていると見なされます。

ブリッジバランス調整時

Gde f は、回路に供給される交流の周波数です。

° Cx = (R4 / Rx) Co

定抵抗 R4 は 104/π Ω に等しく選択されます。この場合、tgδ = C4、静電容量 C4 はマイクロファラッドで表されます。

50Hz 以外の周波数 f 'で測定した場合、 tgδ = (f '/50) C4

誘電正接測定がケーブルの小さな部分または絶縁材料のサンプルに対して実行される場合。容量が小さいため、電子アンプ（たとえば、ゲインが約 60 の F-50-1 タイプ）が必要です。ブリッジでは、ブリッジをテスト対象物に接続するワイヤの損失が考慮されており、測定された誘電正接値は 2πfRzCx でより有効になります。ここで、Rz はワイヤの抵抗です。

逆ブリッジ方式に従って測定する場合、測定回路の調整可能な要素は高電圧下にあるため、ブリッジ要素の調整は絶縁ロッドを使用して離れた場所で実行されるか、オペレータは測定と共通の画面に配置されます。要素。

変圧器および電気機械の誘電損失角の正接は、各巻線と接地された自由巻線を備えたハウジングの間で測定されます。

電界効果

電場の静電効果と電磁効果を区別します。完全シールドにより電磁影響を排除します。測定要素は金属ハウジング内に配置されます (ブリッジ P5026 および P595 など)。静電気の影響は、開閉装置や電力線の充電部分によって発生します。影響を与える電圧ベクトルは、テスト電圧ベクトルに対して任意の位置を占めることができます。

Tan δ 測定の結果に対する静電場の影響を軽減するには、いくつかの方法があります。

• 影響を与える場を生成する電圧をオフにします。この方法は最も効果的ですが、消費者へのエネルギー供給という点では常に適用できるわけではありません。

• 影響範囲からテストオブジェクトを撤回する。目標は達成されましたが、物体の輸送は望ましくなく、常に可能であるとは限りません。

• 50 Hz 以外の周波数を測定する。特別な装置が必要なため、めったに使用されません。

• エラーを排除するための計算方法。

• 影響を補償する方法。テスト電圧と影響を受ける電磁界の EMF のベクトルを調整します。

この目的のために、電圧調整回路に移相器が組み込まれており、テスト対象のスイッチがオフになるとブリッジバランスが達成されます。位相レギュレータがない場合、(極性を考慮して) 三相システムのこの電圧からブリッジに電力を供給することが効果的な対策となり得ます。この場合、測定結果は最小限になります。多くの場合、異なる極性のテスト電圧とブリッジ検流計を接続して測定を 4 回実行すれば十分です。これらは単独で使用されることも、他の方法で得られた結果を改善するために使用されることもある。