На рисунке 1 показана векторная диаграмма токов, проходящих через изоляцию при приложении к ней переменного напряжения, построенная для схемы замещения изоляции.
Рисунок 1 - Векторная диаграмма токов через неоднородный диэлектрик
Потери в схеме определяют по формуле:
P=IUcosφ=IcUtgδ,
где tg δ — соотношение активной и емкостной составляющих тока, возникающего в изоляции.
Увлажнение и другие дефекты изоляции вызывают увеличение активной составляющей тока Ia, причем она растет во много раз быстрее, чем емкостная составляющая Ic. Это приводит к увеличению угла δ и соответственно tg δ. Таким образом, по значению tg δ можно судить о степени ухудшения изоляции.
В отличие от диэлектрических потерь, характеризующих как состояние, так и геометрические размеры изоляции, tg δ является показателем только состояния изоляции.
Для изоляции силовых трансформаторов tg δ обычно не превышает сотых и тысячных долей единицы, поэтому в практике значение tg δ выражают в процентах:
tg δ =(Ia/Ic)*100.
Например, при отношении Ia/Ic=0,003 tg δ =0,003 x 100=0,3%.
Для оценки состояния трансформаторов tg δ изоляции обмоток измеряют при напряжении, составляющем не более 2/3 испытательного напряжения обмотки, но не более 10 кВ. В связи с высокими значениями прикладываемого к изоляции напряжения измерение tg δ необходимо проводить после оценки значений сопротивления изоляции.
Для измерения tg δ применяют мосты переменного тока типов Р-5026, Р-525, Р-595, МД-16, технические данных которых приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Технические данные мостов переменного тока
| Тип моста | Пределы измерений | Абсолютная ∆ и относительная δ погрешности при измерении tg δ | Габаритные размеры, мм | Масса, кг | |
Емкостной С, пФ | tg δ, % | ||||
| МД-16 | 30—400000 | 0,5-60 | 1) tg δ > 3%; δ = ± 10% 2) 0,5 ≤ tg δ ≤ 3%; ∆ = ±0,3% | 283×500×290 | 16 |
| Р-525 | 40—20 000 | 0,01—100 | δ = ± (-(1,5 tg δ/100) + 6·105 | 660×400×215 | 25 |
| Р-595 | 30—108 | 0,5—100 | δ = ± (0,3 — 0,05 tg δ) | 540×390×290 | 22 |
| Р-5026 | 10—5·108 | 0,01—100 | Диапазон I (10 ≤ С ≤ 1000) δ = ± (0,01 tg δ + 2·10-4) Диапазон II (10 ≤ С ≤ 105) δ = ± (0,01 tg δ + 1·10-4) Диапазон III (105 ≤ С ≤ 106) δ = ± (0,025 tg δ + 2·10-4) Диапазон IV (100 ≤ С ≤ 5·108) δ = ± (0,05 tg δ + 3·10-3) | 540×380×280 | 22 |
Т — испытательный трансформатор; Сх — испытуемый объект; СN — образцовый конденсатор высокого напряжения; Г — гальванометр; R3 — переменное сопротивление; R4 — постоянное сопротивление; С6 — магазин емкостей; Э — экран; Р — разрядник
Рисунок 2 - Принципиальная схема моста переменного тока (перевернутая).
Результаты измерения tg δ могут быть искажены внешними токами утечки, протекающими по изоляции вводов трансформатора, и токами, наведенными находящимися в работе электроустановками. Для исключения этих влияний осуществляются экранирование измерительного устройства и проводов, протирка вводов или применение охранных колец.
Оценку полученных результатов измерения tg δ изоляции обмоток производят так же, как и результатов измерения сопротивления изоляции обмоток, путем сравнения их с такими же измерениями, проведенными при изготовлении трансформатора или для трансформаторов на напряжение до 35 кВ по допустимым предельным значениям.
Значения tg δ изоляции обмоток трансформатора, измеренных при температуре заводского измерения или приведенных к этой температуре, должны быть не более 130% значений, указанных в паспорте трансформатора. При сравнении tg δ с предельным значением полученные значения tg δ изоляции обмоток трансформаторов напряжением 35 кВ должны быть не более значений, указанных в таблице 2.
Таблица 2 - Наибольшие допустимые значения tg δ изоляции обмоток трансформаторов на напряжение до 35 кВ включительно, залитых маслом
| Мощность трансформатора | Значения tg δ, %, при температуре, °С | ||||||
10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | |
| До 6300 кВА включительно | 1,2 | 1,5 | 2,0 | 2,6 | 3,4 | 4,5 | 6,0 |
| 10 000 кВА и более | 0,8 | 1,0 | 1,3 | 1,7 | 2,3 | 3,0 | 4,0 |
| Разность температур, °С | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
| Коэффициент пересчета Кт | 1,03 | 1,06 | 1,09 | 1,12 | 1,15 | 1,31 | 1,51 | 1,75 | 2,0 | 2,3 |
Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует общее усредненное состояние изоляции трансформатора. Местные и сосредоточенные дефекты в изоляции большого объема измерением tg δ обнаруживаются плохо. Это объясняется тем, что в таких случаях увеличение активной составляющей тока по изоляции вызывается ухудшением небольшой части объема изоляции, а емкостная составляющая тока хотя и остается практически неизменной, но определяется всем объемом изоляции, поэтому в некоторых случаях для того чтобы уточнить место ухудшения изоляции, преднамеренно уменьшают объем испытываемой изоляции.
Ha tg δ изоляции обмоток влияют свойства залитого в трансформатор трансформаторного масла. Если tg δ масла, залитого при монтаже в трансформатор, отличается от заводского значения, то фактическое значение tg δ изоляции определяют по формуле, учитывающей влияние tg δ масла:
tg δ = tg δ из—К(tg δ M2—tg δ М1),
где tg δ из — измеренное значение tg δ изоляции; tg δ М1 — значение tg δ масла, залитого при испытании на заводе, приведенное к температуре измерения; tg δ M2 — значение tg δ масла, залитого при испытаниях на монтаже, приведенное к температуре измерения; К — коэффициент приведения, зависящей от конструктивных особенностей трансформатора и имеющий приближенное значение 0,45.
Пересчет значений tg δ масла к температуре измерения производят при помощи тех же коэффициентов, которые были приведены ранее.