Величина диэлектрических потерь

P=U²ωC tg δ, (5.1)

где U – действующее значение испытательного переменного напряжения; ω – угловая частота; С – емкость изоляции; δ – угол диэлектрических потерь.

Тангенс угла диэлектрических потерь представляет собой отношение активной составляющей тока, протекающего в изоляции, к реактивной составляющей

, (5.2)

где δ – угол между векторами полного тока и реактивной составляющей тока в векторной диаграмме токов в изоляции (рис.5.1).

іа

і

іс

с

іа

R

і

Ú

іс

δ

Ú

Рис.5.1 Схема замещения и векторная диаграмма токов и изоляции

Увеличение тангенса угла потерь обусловлено увлажнением изоляции, ионизацией газовых включений и расслоением изоляции, поверхностным загрязнением изоляции. Значение tg δ также зависит от температуры, испытательного напряжения, его частоты.

Тангенс угла диэлектрических потерь – удельная величина, характеризующая диэлектрические потери в единице объема изоляции. Поэтому его существенное возрастание наблюдается только при увеличении потерь в значительной части объема изоляции. Если же потери возросли в малой части объема изоляции, то tg δ изменится незначительно.

Покажем это для случаев параллельного и последовательного расположения диэлектриков с различными значениями тангенса угла диэлектрических потерь (рис.5.2).

С2;

V2;

V1;

V1;

V2;

С1;

С1;

С2;

tg δ1;

tg δ1;

tg δ2;

tg δ2;

Рис.5.2 Параллельное и последовательное расположение диэлектриков

В первом случае (параллельное раположение)

. (5.3)

Если объем V2 значительно меньше объема V1, то и С2<<С1. Тогда

. (5.4)

Из (формулы 5.4) следует, что результирующий тангенс угла потерь будет незначительно превышать тангенс угла потерь основного объема изоляции. При последовательном расположении слоев

. (5.5)

Если слой с повышенным значением тангенса угла потерь имеет незначительную толщину, то С₂>>С₁. В этом случае

. (5.6)

Так как С₂>>С₁, то tg δ tg δ₁.

По этой причине достоверность результатов изменения тангенса угла диэлектрических потерь применительно к неоднородной композиционной изоляции соблюдается при общем старении (увлажнении) изоляции. Указанные соображения справедливы для силовых трансформаторов, вводов, трансформаторов тока.

При влажности твердой изоляции менее 3% при 20-30^оС определяющее значение при изменении тангенса угла потерь изоляции имеют характеристики трансформаторного масла. При измерении tg δ изоляции и сравнении его значений с заводскими данными необходимо учитывать влияние температуры изоляции при измерениях.

Для изоляции силовых трансформаторов температурный пересчет производится по формуле

.

Значения k₁- приведены в таблице 5.1. Состояние изоляции оценивается по абсолютной величине tg δ.

Таблица 5.1.

k1	1,15	1,31	1,51	1,75		2,3	2,65		3,5

Для ввода для бумажно-масляной изоляцией на 150-220 кВ tg δ при монтаже и после капитального ремонта не должен превышать 0,8%. Для вводов 380-500 кВ эти значения соответственно 0,7 и 0,5%. Для силовых трансформаторов значения tg δ при монтаже не должны превышать 130% паспортного значения.

В условиях эксплуатации существует емкостная связь между объектом испытания, измерительным устройством и неэкранированными токоведущими частями работающего оборудования. Измерительные устройства имеют достаточно надежную экранировку, но токи емкостной связи (токи влияния) могут проходить через систему измерительного устройства, называя погрешности измерений.

На рисунке 5.3 ток влияния I_вл, величина котрого определяется работающим оборудованием (РО), протекает через емкость объекта измерения С_х. Пунктиром обозначена схема измерительного моста.

Свл Iвл

РО

Сх

Iх

RЗ

10 кВ

R4

C4

CNIN

Рис.5.3. Влияние работающего оборудования на измерительный мост

Ток влияния I_вл вследствие того что RЗ<< , практически полностью замыкается через сопротивление RЗ и источник питания моста. Поэтому при равновесии моста ток в сопротивлении RЗ будет I_x+I_вл, а не I_х. Равновесие моста достигается при условии (I_x+I_вл) R_з=I_NR_4, что приводит к ошибочной оценке измерительной величины tg δ_и.

Влияние тока I_вл иллюстрируется векторной диаграммой на рис.5.4. При уравновешивании в мостовой схеме протекает сумма токов I_х и I_вл, имеющих фазовые сдвиги относительно друг друга. Следовательно, при отсчете будет измерено некоторое фиктивное значение tg δ' или tg δ".

Iвл

Iвл

Iх

Iх1

Iх2

IN

U

Рис.5.4. Диаграмма равновесия моста с учетом внешних влияний

Для устранения влияния можно прибегнуть к способу двух отсчетов. Для этого производится два измерения при фазах испытательного напряжения, отличающихся на 180^о, что достигается изменением полярности питания испытательного трансформатора при втором измерении.

Для расчета tg δ_х берется среднеарифметическое значение отдельных результатов

(5.7)

или более точно

(5.8)

Погрешность измерения не постоянна и зависит от фазы тока влияния по отношению к току объема. Она характеризуется коэффициентом влияния

,

где ω – частота испытательного напряжения; С_х – емкость испытуемого объекта; U_ном – испытательное напряжение.

Для устранения погрешностей при измерении tg δ используют также метод совмещения фаз токов влияния I_вл и объекта I_х. Подгонку фазы осуществляют специальным регулятором, включенным в цепь питания испытательного трансформатора. Процесс измерения проводят по методике, указанной в таблице 5. 2.

Таблица 5.2.

Номер операции	Напряжение, питающее испытательный трансформатор	Положение ручек мостовой схемы и фазорегулятора	Записываемые значения
С4 (tg δ)	R3	Фазорегулятор
	От фаз 1 и 2 после фазорегулятора		Изменяя R3 и фазу фазорегулятора, балансируют мост	R3'
	От фаз 2-1 (изменение полярности на 180о)	Изменяя С4 (tg δ) и R3, балансируют мост	Остается в фиксированном положении после операции 1	tg δ" и R3"
	От фаз 2-1 (изменение полярности на 180о)	Устанавливают положение tg δ1=	Изменяя R3 и фазу фазорегулятора, балансируют мост	R3' "
	От фаз 1-2	Изменяя С4 (tg δ) и R3, балансируют мост	Остается в фиксированном положении после операции 3	tg δ" " и R" "

Истинное значение tg δ_х и С_х подсчитывается таким образом:

,

где

tg δ₁= ; tg δ₂=

.

Данный метод дает наименьшие погрешности при измерении в условиях внешних влияний.