СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ и ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ИНСТРУКТИВНОР-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

По проведению лабораторной работы №5

Дисциплина: «Техника высоких напряжений»

По теме: «Измерение тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла»

Севастополь 2005 г.

«Утверждаю»

Заведующий кафедрой

«Электрических сетей и

систем электропотребления»

к.т.н., доцент

В.Г. Слюсаренко

«____»______________200__г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

По дисциплине: «Техника высоких напряжений»

Время _________ Место проведения ___________

Тема: «Измерение тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла»

Цель: Изучение методики и устройства для измерения тангенса угла диэлектрических потерь в условиях действующей подстанции, выработка навыков оценки состояния изоляции по тангенсу угла диэлектрических потерь.

План

лабораторного занятия №5.

1.Вводная часть _____мин.

2.Основная часть _____мин.

а) Ознакомление с типовой лабораторной установки, содержанием работы и правилами техники безопасности при ее проведении _____мин.

б) Изучить принцип работы прибора Р 5026, условия симметрирования моста. Нормальную и перевернутую схему измерений.

______мин.

в)Детально изучить схему опытной установки с подключенным прибором Р 5026. ______мин.

г) Выполнение измерений и расчетов.

______мин.

3.Заключительная часть. Провести оценку качества трансформаторного масла по результатам измерения угла диэлектрических потерь. ______мин.

По результатам проведения лабораторной работы студенты должны

Знать:

1. Устройство прибора Р 5026.

2. Методику проведения измерения тангенса угла трансформаторного масла.

3. Схемы измерения тангенса угла.

Уметь:

1.Включать и выключать схему измерения с прибором Р 5026.

2.Выполнять работу по измерению тангенса угла по прямой схеме на высоком напряжении.

3.Провести оценку выполненных измерений по состоянию изоляции испытываемого объекта.

Литература:

1.Техника высоких напряжений: Лабораторный практикум (под ред. М.Е. Иерусалимова)-К.: Вища школа, главное издательство, 1987 –216с.

ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №5

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла

Оглавление.

1. Теоретическое положение

2. Мост переменного тока.

3. Устройство моста и его работа.

4. Указание мер безопасности.

5. Порядок работы на высоком напряжении.

Теоретические положения

Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ – важнейший параметр изоляции. От величины tg δ зависят потери в диэлектрике. Измерение tg δ изоляции электрооборудования проводится во время плановых отключений и ревизий. Возрастание tg δ в процессе эксплуатации происходит в результате общего старения изоляции и может привести к тепловому пробою.

Величина диэлектрических потерь

P=U²ωC tg δ, (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

, (2)

где δ – угол между векторами полного тока и реактивной составляющей тока в векторной диаграмме токов в изоляции (рис.1).

Увеличение тангенса угла потерь обусловлено увлажнением изоляции, ионизацией газовых включений и расслоившейся 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.2).

В первом случае (параллельное раположение)

. (3)

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

. (4)

Из (формулы 4) следует, что результирующий тангенс угла потерь будет незначительно превышать тангенс угла потерь основного объема изоляции.

При последовательном расположении слоев

. (5)

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

. (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 1.

Состояние изоляции оценивается по абсолютной величине tg δ.

Таблица 1.

	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
k1	1,15	1,31	1,51	1,75	2	2,3	2,65	3	3,5	4

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 3 ток влияния I_вл, называемый работающим оборудованием (РО), протекает через емкость объекта измерения С_х. Пунктиром обозначена схема измерительного моста.

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.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".

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

(7)

или более точно

(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 2.

Таблица 2.

Номер операции	Напряжение, питающее испытательный трансформатор	Положение ручек мостовой схемы и фазорегулятора			Записываемые значения
		С4 (tg δ)	R3	Фазорегулятор
1	От фаз 1 и 2 после фазорегулятора	0	Изменяя R3 и фазу фазорегулятора, балансируют мост		R3'
2	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"
3	От фаз 2-1 (изменение полярности на 180о)	Устанавливают положение tg δ1=	Изменяя R3 и фазу фазорегулятора, балансируют мост		R3' "
4	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.