Măsurarea tangenței unghiului de pierderi dielectrice a izolației complexe a înfășurărilor

Consideraţii generale

Degradarea izolaţiei este caracterizată prin accentuarea neomogenităţii structurii izolante a aparatului, prin apariţia moleculelor de apă - în procesul de umezire - şi a moleculelor de acizi, baze, răşini, etc, - în procesul de îmbătrânire a izolaţiei. Aceste neomogenităţi duc la amplificarea fenomenelor de polarizare a izolaţiei a dielectricului (mai ales pentru cele cu timp de relaxare mari), la creşterea permitivităţii echivalente (adică a capacităţii echivalente şi a tangentei unghiului de pierderi dielectrice a izolaţiei).

Tangenta unghiului de pierderi dielectrice este o caracteristică importantă a izolaţiei şi reflectă degradarea acesteia în exploatare cu o mai mare sensibilitate decât permitivitatea sau capacitatea sa echivalentă.

În practică orice sistem electrotehnic poate fi redus în final la o contrucţie constituită dintr-o izolaţie plasată între două armături conectata la o sursă de tensiune continuă sau alternativă aşa cum indică figura 1, care prezintă evoluţia de la un sistem electrotehnic (de exemplu un transformator electric) şi un condensator electric cu pierderi.

Fig. 1 Fig. 2

Diagrama fazorială asociată condensatorului electric cu pierderi este prezentată în figura 2, unde U reprezintă tensiunea aplicată izolaţiei iar I curentul aferent. Ia şi Ic reprezintă componenta activă respectiv capacitivă a curentului rezultant I prin izolaţie.

Pierderile prin izolaţie sunt exprimate prin relaţia:

Piz = ω·C·U2·tgδ

unde C reprezintă capacitatea fizică totală a izolaţiei.

Aprecierea calităţii izolaţiei în funcţie de nivelul pierderilor Piz prezintă inconvenientul dependenţei de dimensiunile şi configuraţia geometrică a izolaţiei. În formula precedentă, tgδ reprezintă singurul element care nu depinde de mărimea şi configuraţia geometrică a izolaţiei. În figura 2 tgδ reprezintă complementul unghiului de defazaj dintre tensiunea aplicată izolaţiei şi curentul total prin izolaţie, adică δ = π/2 – φ.

Valorile tgδ depind de temperatură (cresc cu temperatura în special după 40°C) şi din acest motiv datele măsurării trebuie să fie raportate la o temperatură de referinţă care de regulă este egală cu 20°C sau 50°C.

La echipamentele electrice de înaltă tensiune determinarea valorii tangentei unghiului de pierderi dielectrice (tgδ) se efectuează cu punţi speciale de curent alternativ numite punţi Schering.

Puntea Schering nu reprezintă altceva decât o punte Wheatstone, în curent alternativ (figura 3), unde Z1 - Z4 reprezintă impedanţe constituite din rezistenţe, capacităţi sau combinaţii ale acestora.

Această instalaţie prezintă avantajul că permite măsurarea pierderilor dielectrice la tensiuni mari aplicate în timpul măsurării (până la 10 kV) ceea ce conduce la avantajul efectuării încercării la tensiuni apropiate de cele folosite în exploatare cât şi avantajul citirii directe a tgδ cu o precizie suficient de mare.

Fig. 3

Aceste punţi constau, în general, dintr-un condensator etalon fără pierderi dielectrice (de regulă umplut cu gaz comprimat sau cu aer la presiunea atmosferică), un braţ rezistiv reglabil, un braţ rezistiv de valoare constantă, un braţ capacitiv reglabil şi un indicator de zero de curent alternativ (galvanometru de vibraţii). Celălalt braţ al punţii este constituit de capacitatea obiectului de încercat. Alimentarea schemei se realizează de la un transformator ridicător (sursă de înaltă tensiune sinusoidală).