Tangente de perte diélectrique, mesure de l'indice de perte diélectrique

La perte diélectrique est l'énergie dissipée dans un matériau isolant sous l'influence d'un champ électrique sur celui-ci.

La capacité d'un diélectrique à dissiper l'énergie dans un champ électrique est généralement caractérisée par un angle de pertes diélectriques, et une tangente d'angle perte diélectrique... Dans le test, le diélectrique est considéré comme le diélectrique d'un condensateur, le dont la capacité et l'angle sont mesurés. δ, complétant l'angle de phase entre courant et tension dans le circuit capacitif à 90°. Cet angle est appelé angle de perte diélectrique.

Avec une tension alternative, un courant circule dans l'isolation, qui est en phase avec la tension appliquée à un angle ϕ (Fig. 1), inférieur à 90 degrés. e-mail à un petit angle δ, en raison de la présence de résistance active.

Riz. 1.Diagramme vectoriel des courants à travers un diélectrique avec pertes : U — tension sur le diélectrique ; I est le courant total traversant le diélectrique ; Ia, Ic - composants actifs et capacitifs du courant total, respectivement ; ϕ est l'angle de déphasage entre la tension appliquée et le courant total ; δ est l'angle entre le courant total et sa composante capacitive

Le rapport de la composante active du courant Ia sur la composante capacitive Ic est appelé la tangente de l'angle de perte diélectrique et s'exprime en pourcentage :

Dans un diélectrique idéal sans pertes, l'angle δ = 0 et, par conséquent, tan δ = 0. Le mouillage et les autres défauts d'isolation provoquent une augmentation de la composante active du courant de perte diélectrique et tgδ. Étant donné que dans ce cas, le composant actif croît beaucoup plus rapidement que le composant capacitif, l'indicateur tan δ reflète le changement de l'état d'isolation et les pertes dans celui-ci. Avec une petite quantité d'isolant, il est possible de détecter des défauts locaux et concentrés développés.

Mesure de tangente de perte diélectrique

Pour mesurer la capacité et l'angle de perte diélectrique (ou tgδ), le circuit équivalent d'un condensateur est représenté comme un condensateur idéal avec une résistance active connectée en série (circuit série) ou comme un condensateur idéal avec une résistance active connectée en parallèle (circuit parallèle ).

Pour un circuit série, la puissance active vaut :

P = (U2ωtgδ)/(1 + tg2δ), tgδ = ωCR

Pour un circuit parallèle :

P = U2ωtgδ, tgδ = 1 /(ωСR)

où B. — capacité d'un condensateur idéal, R — résistance active.

L'angle de détection des pertes diélectriques ne dépasse généralement pas les centièmes ou dixièmes d'unité (donc l'angle des pertes diélectriques généralement exprimé en pourcentage), alors 1 + tg2δ≈ 1, et les pertes pour les circuits équivalents série et parallèle P = U2ωtgδ, tgδ = 1 / (ωCR)

La valeur des pertes est proportionnelle au carré de la tension et de la fréquence appliquées au diélectrique, ce qui doit être pris en compte lors du choix des matériaux isolants électriques pour les équipements haute tension et haute fréquence.

Avec une augmentation de la tension appliquée au diélectrique jusqu'à une certaine valeur UО, l'ionisation des inclusions gazeuses et liquides présentes dans le diélectrique commence, tandis que δ commence à augmenter fortement en raison des pertes supplémentaires causées par l'ionisation. A U1, le gaz est ionisé et réduit (Fig. 2).

Riz. 2. Courbe d'ionisation tgδ = f (U)

Tangente de perte diélectrique moyenne mesurée à des tensions inférieures à UО (typiquement 3 - 10 kV) La tension est choisie pour faciliter le test du dispositif tout en maintenant une sensibilité suffisante de l'instrument.

C'est-à-dire la tangente des pertes diélectriques (tgδ) normalisée pour une température de 20 ° C, la mesure doit donc être effectuée à des températures proches de celles normalisées (10 - 20 ОС). Dans cette plage de température, la variation des pertes diélectriques est faible, et pour certains types d'isolation, la valeur mesurée peut être comparée sans recalcul avec la valeur normalisée pour 20°C.

Afin d'éliminer l'influence des courants de fuite et des champs électrostatiques externes sur les résultats de mesure de l'objet à tester et autour du circuit de mesure, des dispositifs de protection sous la forme d'anneaux et d'écrans de protection sont installés.La présence de blindages mis à la terre provoque des capacités parasites ; pour compenser leur influence, la méthode de protection est généralement utilisée - tension réglable en valeur et en phase.

Ce sont les plus courants circuits de mesure en pont tangente capacitive et pertes diélectriques.

Les défauts locaux causés par des ponts conducteurs sont mieux détectés en mesurant la résistance d'isolement CC. La mesure de tan δ est réalisée avec des ponts alternatifs de type MD-16, P5026 (P5026M) ou P595, qui sont essentiellement des capacimètres (pont de Schering). Un schéma de principe du pont est présenté à la Fig. 3.

Dans ce schéma, les paramètres de la structure d'isolement correspondant au circuit équivalent avec une connexion en série d'un condensateur sans perte C et d'une résistance R sont déterminés, pour lesquels tan δ = ωRC, où ω est la fréquence angulaire du réseau.

Le processus de mesure consiste à équilibrer (balancer) le circuit en pont en ajustant successivement la résistance de la résistance et la capacité du boîtier du condensateur. Lorsque le pont est en équilibre, comme indiqué par le dispositif de mesure P, l'égalité est satisfaite. Si la valeur de la capacité C est exprimée en microfarads, alors à la fréquence industrielle du réseau f = 50 Hz on aura ω = 2πf = 100π et donc tan δ% = 0,01πRC.

Un diagramme schématique du pont P525 est illustré à la Fig. 3.

Riz. 3. Schéma de principe du pont de mesure AC P525

La mesure est possible pour des tensions jusqu'à 1 kV et supérieures à 1 kV (3-10 kV), en fonction de la classe d'isolation et de la capacité du site. Un transformateur de mesure de tension peut servir de source d'alimentation. Le pont est utilisé avec un condensateur à air externe C0.Un diagramme schématique de l'inclusion de l'équipement lors de la mesure de tan δ est illustré à la Fig. 4.

Riz. 4. Schéma de connexion du transformateur d'essai lors de la mesure de la tangente de l'angle des pertes diélectriques : S — interrupteur ; TAB — réglage de l'autotransformateur ; SAC - Commutateur de polarité pour le transformateur de test T

Deux circuits de commutation en pont sont utilisés: le dit normal ou droit, dans lequel l'élément de mesure P est connecté entre l'une des électrodes de la structure isolante testée et la terre, et inversé, où il est connecté entre l'électrode de la structure isolante testée objet et la borne haute tension du pont. Le circuit normal est utilisé lorsque les deux électrodes sont isolées du sol, inversées - lorsque l'une des électrodes est fermement connectée au sol.

Il faut se rappeler que dans ce dernier cas, les éléments individuels du pont seront sous pleine tension d'essai. La mesure est possible à des tensions allant jusqu'à 1 kV et supérieures à 1 kV (3-10 kV), en fonction de la classe d'isolation et de la capacité du site. Un transformateur de mesure de tension peut servir de source d'alimentation.

Le pont est utilisé avec un condensateur à air de référence externe. Le pont et l'équipement nécessaire sont placés à proximité du site d'essai et une clôture est installée. Le fil qui relie le transformateur de test T au condensateur modèle C, ainsi que les câbles de connexion du pont P, qui sont sous tension, doivent être éloignés d'au moins 100-150 mm des objets mis à la terre. dispositif de régulation TAB (LATR) doit être à une distance d'au moins 0,5 m du pont.Les boîtiers du pont, du transformateur et du régulateur, ainsi qu'une borne de l'enroulement secondaire du transformateur, doivent être mis à la terre.

L'indicateur tan δ est souvent mesuré dans la zone de l'appareillage de commutation opérationnel, et comme il existe toujours une connexion capacitive entre l'objet à tester et les éléments de l'appareillage de commutation, le courant d'influence circule à travers l'objet à tester. Ce courant, qui dépend de la tension et de la phase de la tension d'influence et de la capacité totale de la connexion, peut conduire à une mauvaise évaluation de l'état d'isolement, en particulier sur les objets à faible capacité, en particulier les traversées (jusqu'à 1000-2000 pF).

L'équilibrage du pont se fait en ajustant à plusieurs reprises les éléments du circuit en pont et la tension de protection, pour lesquels l'indicateur d'équilibre est inclus soit dans la diagonale, soit entre l'écran et la diagonale. Le pont est considéré comme équilibré s'il n'y a pas de courant à travers lui avec l'inclusion simultanée de l'indicateur d'équilibre.

Au moment de l'équilibrage du pont

Gde f est la fréquence du courant alternatif alimentant le circuit

° Cx = (R4 / Rx) Co

La résistance constante R4 est choisie égale à 104/π Ω Dans ce cas tgδ = C4, où la capacité C4 est exprimée en microfarads.

Si la mesure a été faite avec une fréquence f' autre que 50Hz, alors tgδ = (f'/50) C4

Lorsque la mesure de tangente de perte diélectrique est effectuée sur de petites sections de câble ou des échantillons de matériaux isolants ; du fait de leur faible capacité, des amplificateurs électroniques sont nécessaires (par exemple du type F-50-1 avec un gain d'environ 60).Notez que le pont prend en compte la perte dans le fil reliant le pont à l'objet à tester, et la valeur de tangente de perte diélectrique mesurée sera plus valide à 2πfRzCx, où Rz - résistance du fil.

Lors d'une mesure selon un schéma de pont inversé, les éléments réglables du circuit de mesure sont sous haute tension, donc le réglage des éléments de pont est effectué soit à distance à l'aide de tiges isolantes, soit l'opérateur est placé dans un écran commun avec mesure éléments.

La tangente de l'angle de perte diélectrique des transformateurs et des machines électriques est mesurée entre chaque enroulement et le boîtier avec des enroulements libres mis à la terre.

Effets de champ électrique

Distinguer les effets électrostatiques et électromagnétiques d'un champ électrique. Les influences électromagnétiques sont exclues par un blindage complet. Les éléments de mesure sont placés dans un boîtier métallique (ex. ponts P5026 et P595). Les influences électrostatiques sont créées par les parties sous tension des appareillages de commutation et des lignes électriques. Le vecteur tension d'influence peut occuper n'importe quelle position par rapport au vecteur tension de test.

Il existe plusieurs façons de réduire l'influence des champs électrostatiques sur les résultats des mesures de tan δ :

• couper la tension générant le champ d'influence. Cette méthode est la plus efficace, mais pas toujours applicable en termes d'approvisionnement énergétique des consommateurs ;

• retirer l'objet à tester de la zone d'influence. L'objectif est atteint, mais le transport de l'objet n'est pas souhaitable et pas toujours possible ;

• mesurer une fréquence autre que 50 Hz. Il est peu utilisé car il nécessite un équipement particulier ;

• méthodes de calcul pour l'exclusion d'erreurs ;

• une méthode de compensation des influences, dans laquelle un alignement des vecteurs de la tension d'essai et de la FEM du champ affecté est réalisé.

A cet effet, un déphaseur est inclus dans le circuit de régulation de tension et, lorsque l'objet à tester est éteint, l'équilibre du pont est atteint. En l'absence de régulateur de phase, une mesure efficace peut être d'alimenter le pont à partir de cette tension du système triphasé (en tenant compte de la polarité), auquel cas le résultat de la mesure sera minime. Il suffit souvent d'effectuer la mesure quatre fois avec des polarités différentes de la tension d'essai et un galvanomètre en pont connecté ; Ils sont utilisés à la fois indépendamment et pour améliorer les résultats obtenus par d'autres méthodes.