В условиях эксплуатации измерение диэлектрических потерь особенно затрудняется наличием влияний электрических и магнитных полей. Эти влияния появляются вследствие того, что измерительная схема, включающая объект испытания, находится в сильном электрическом или магнитном поле элементов распределительного устройства, которые во время измерения остаются под рабочим напряжением или под нагрузкой. Сильные влияния могут затруднить производство измерения и внести существенную погрешность в результаты. Погрешности в измерениях могут быть вызваны также паразитными токами, индуктивностями и потерями холостого хода трансформаторов.
Настоящая страница сайта является попыткой обобщить имеющийся эксплуатационный опыт и ряд ранее опубликованных работ с тем, чтобы в сжатом виде изложить основные сведения, необходимые для обеспечения достаточной точности профилактических измерений диэлектрических потерь высоковольтной изоляции.
Настоящий материал может оказаться полезным для работников эксплуатации, особенно для тех, кто впервые осваивает методику профилактических испытаний. Так как невозможно предусмотреть все многообразие условий при измерениях, мы не претендуем на полноту охвата всей темы. Однако знание основных явлений, описанных на этой странице, поможет принять правильное инженерное решение для большинства практически встречающихся случаев.
Учитывая, что предлагаемая вниманию читателей страница сайта не лишена недостатков, мы заранее благодарим всех, кто сочтет возможным прислать замечания, направленные на улучшение содержания этого материала.В диэлектрике, находящемся в электрическом поле, возникает поляризация — явление, связанное со взаимодействием между полем и электрически заряженными частицами вещества. При этом на границах диэлектрика появляются заряды, противоположные зарядам, создавшим внешнее поле. Поскольку при поляризации происходит перемещение заряженных частиц, на это затрачивается энергия поля.
Различают несколько видов поляризации. Под воздействием сил электрического поля орбиты электронов несколько вытягиваются, атомы становятся электрически несимметричными и приобретают свойства электрических диполей (электронная поляризация). В пространстве такой индуцированный диполь размещается так, чтобы его отрицательно заряженный полюс был ближе к положительно заряженному электроду источника внешнего поля. Аналогичен механизм поляризации молекул веществ, имеющих ионную структуру — ионы смещаются от положения равновесия в направлении поля (ионная или атомная поляризация).
Если вещество диэлектрика имеет дипольную структуру, то при отсутствии внешнего поля суммарный электрический момент в объеме диэлектрика равен нулю, так как различно ориентированные диполи нейтрализуют поле друг друга. При появлении в диэлектрике внешнего поля диполи в своих тепловых колебаниях получают еще и направленную по полю составляющую и, следовательно, появляется некоторый суммарный электрический момент дипольных молекул—дипольная поляризация вещества.
В неоднородных диэлектриках происходит, кроме того, и внутрислоевая поляризация, связанная с накоплением (абсорбцией) зарядов на границах слоев, отличающихся различными величинами проводимости и диэлектрической проницаемости.
Для завершения процесса поляризации вещества необходимо время. Виды поляризации различаются по постоянным времени поляризации т.п. Постоянная времени поляризации, или, как иногда называют, время релаксации диэлектрика, есть промежуток времени, в течение которого ток процесса уменьшается в е1 раз.
Электронная и атомная поляризации относятся к быстрым видам поляризации, так как завершаются за очень малое время (τп= 10 в-15 - 10 в-16 сек). Постоянная времени дипольной поляризации сопоставима с периодом колебаний звуковых частот. Внутрислоевая поляризация, относящаяся к медленным видам поляризации, может иметь постоянную времени как соизмеримую с периодом промышленной частоты, так и значительно превышающую его.
Многие виды применяемой изоляции высоковольтного оборудования (изоляция обмоток генераторов, изоляция трансформаторов, изоляция кабелей и т.п.) обладают сильно выраженной внутрислоевой поляризацией. В связи с этим целесообразно более подробно остановиться на этом виде поляризации. Рассмотрим модель двухслойного диэлектрика, имеющего неоднородные слои или за счет частичного увлажнения, или в связи с его техническим исполнением.
Пусть слои включены последовательно по отношению к источнику постоянного напряжения, причем один слой имеет емкость С и проводимость g', а другой — соответственно С" и g". В момент включения распределение напряжения по слоям будет определяться их емкостями. Вслед за этим начнется перераспределение зарядов, таи как конечное распределение напряжения определяется проводимостями слоев. После броска зарядного тока через диэлектрик будет проходить ток переходного процесса, а на границе слоев будет накапливаться заряд (процесс абсорбции). Постоянная времени переходного процесса и есть постоянная времени внутрислоевой поляризации.