Почему емкость изоляции зависит от частоты
Перейти к содержимому

Почему емкость изоляции зависит от частоты

  • автор:

Контроль внутренней изоляции по емкостным характеристикам

Емкость изоляции при неизменных температуре и частоте может заметно изменяться только при резком изменении состояния изоляции, например при появлении в ней значительного числа проводящих дефектов, шунтирующих часть изоляции.Измеряемая емкость исследуемого объекта зависит от частоты приложенного напряжения и величины сопротивления г: C=f(U,W,R)

Эта зависимость для увлажненной и сухой изоляции представлена на рис. Чем больше в изоляции посторонних включений и чем больше она увлажнена, тем больше величина Сд и меньше сопротивление г. При изменении частоты приложенного напряжения от О до оо емкость увлажненной изоляции меняется от Со=Соо+Сд до Соо. Если же изоляция сухая, то даже при весьма низких частотах величина измеряемой емкости не намного отличается от Соо, так как при этом г велико и емкость Сд (меньшая по величине, чем Сд для увлажненной изоляции) не успевает заряжаться. Таким образом, по отношению емкостей, измеренных при разных частотах, можно судить о степени увлажнения изоляции.

Практически измерения производятся при частотах 50 и 2 Гц. О степени увлажнения изоляции судят по отношению C2/C50. Чем это отношение ближе к единице, тем. доброкачественнее (суше) изоляция. Если отношение C2/C50 пре-вышает 1,2—1,3, то в соответствии с опытом эксплуатации изоляцию надо сушить. Значения предельных величин C2/C50 установлены из опыта и могут несколько колебаться в зависимости от типа, мощности и напряжения испытуемого объекта. Измерения производят при температуре 10—20°С, так как при повышении температуры отношение CzfCso быстро возрастает.

Зависимость емкости увлажненной (кривая 1></p><div class='code-block code-block-1' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<!-- 1paikmaster -->
<script src=

и сухой (кривая 2) изоляции от частоты приложенного напряжения» width=»620″ height=»530″ />

Принципиальная схема прибора для контроля влажности (ПКВ) приведена на рисунке выше. С помощью переключателя П происходит попеременно зарядка емкости испытуемого объекта от источника постоянного напряжения (350—450 В) и разрядка ее на гальванометр Г и сопротивление R. Переключение производится с частотой 2 и 50 Гц.

Так как ток, протекающий через гальванометр, пропорционален емкости и частоте, то по отношению (2/150 можно определить и отношение C2/C50. В приведенной схеме используется компенсационный метод измерения токов. Ток, протекающий через гальванометр, при разрядке емкости объекта компенсируется встречным током, подтекаемым от источника постоянного напряжения через потенциометры П\ и Лг. Сопротивление Rш включается при частоте 50 Гц и уменьшает напряжение на R в 25 раз. Отношение C2/C50 определяется по положению потенциометров П1 и П2.

Принципиальная схема прибора для контроля увлажнения изоляции

Принципиальная схема прибора для контроля увлажнения изоляции

  • 26.Мар.2015 — Основные характеристики трансформаторного масла
  • 26.Мар.2015 — Испытания изоляции силовых кабелей высоким напряжением
  • 25.Мар.2015 — Возможности использования тепловизоров и дефектоскопов для контроля внешней изоляции РУ и ВЛ
  • 25.Мар.2015 — Измерение распределения напряжения по гирляндам и колонам изоляторов
  • 25.Мар.2015 — Критерии, нормы и периодичность контроля изоляции методом ХАГ

Научный форум dxdy

В раздел Пургаторий будут перемещены спорные темы (преимущественно псевдонаучного характера), относительно которых администрация приняла решение о нецелесообразности продолжения дискуссии.
Причинами такого решения могут быть, в частности: безграмотность, бессодержательность или псевдонаучный характер темы, нарушение автором принципов ведения дискуссии, принятых на форуме.
Права на добавление сообщений имеют только Модераторы и Заслуженные участники форума.

Зависимость емкости между проводниками от частоты.

На страницу 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 След.

Зависимость емкости между проводниками от частоты.
23.11.2018, 02:47

Последний раз редактировалось ra6foo 23.11.2018, 14:30, всего редактировалось 4 раз(а).

Полагаю, что с повышением частоты до величины, при которой расстояние между
ними достигает половины длины волны, емкость между ними обращается в ноль,
т. к. за то время, когда поле достигает противоположного проводника,
его заряд уже изменился на противоположный.
Но общей картины происходящего при увеличении частоты нет.

Среди 500 имеющихся у меня книг по электродинамике и АФУ ответа не нашел.
Есть лишь «картинки» с полуволновыми диполями с обозначенными между его плечами
емкостями вплоть до емкостей между его концами, меж которыми как раз и есть
половина длины волны. Отсюда и возник вопрос.

Re: Емкость конденсатора на высокой частоте
23.11.2018, 05:30

Боюсь, что никак.
И проблема не в расчете ёмкости. Ёмкость — предмет простой, вот горшок пустой , вводится в электростатике, характеризует геометрические размеры и форму проводников, от частоты и длины волны не зависит, в системе СГС измеряется в сантиметрах. (Случай зависимости от частоты диэлектрической постоянной не рассматриваем, вопрос же не про это).

$d = \frac<\lambda></p>
<p>Проблема в конденсаторе. Конденсатор — это двухполюсник, а значит элемент с сосредоточенными параметрами. А у вас $» />, какие тут «сосредоточенные параметры»? Нельзя в этом случае про конденсатор говорить.</p><div class='code-block code-block-5' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<!-- 5paikmaster -->
<script src=

Re: Емкость конденсатора на высокой частоте
23.11.2018, 08:54
EUgeneUS в сообщении #1356057 писал(а):
(Случай зависимости от частоты диэлектрической постоянной не рассматриваем, вопрос же не про это).

диэлектрической проницаемости, конечно

Posted automatically
23.11.2018, 09:36

Заслуженный участник

— неправильно набраны формулы (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы );
— отсутствуют собственные содержательные попытки решения задачи.

Posted automatically
23.11.2018, 15:44

Заслуженный участник
i Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

Re: Зависимость емкости между проводниками от частоты.
23.11.2018, 15:56
ra6foo в сообщении #1356045 писал(а):
Среди 500 имеющихся у меня книг по электродинамике и АФУ ответа не нашел.

Круто. А вы их читать пробовали? Уравнения Максвелла, там, волноводы, моды колебаний электромагнитного поля и так далее.

Re: Зависимость емкости между проводниками от частоты.
23.11.2018, 16:51

Последний раз редактировалось EUgeneUS 23.11.2018, 16:52, всего редактировалось 1 раз.

EUgeneUS в сообщении #1356057 писал(а):
Боюсь, что никак.

После исправления темы в карантине, мой ответ требует пояснения. Первоначально речь шла о зависимости ёмкости плоского конденсатора, у которого расстояние между обкладками равна половине длине волны.

ra6foo
Прошлый вариант вопроса меня удивил, этот удивляет не менее, тем более погуглил по Вашему позывному.

Все таки не очень ясно, что Вы подразумеваете под «ёмкостью между проводниками в зависимости от частоты».
Если проводники не замкнуты друг с другом, то между ними есть емкость, которая определяется как $C_0 = \frac<Q>$» />, от частоты она не зависит.<br />Если частота не нулевая, то (опять же при некоторых условиях, например, должны быть определены точки подключения системы проводников к источнику переменной ЭДС) систему проводников можно рассматривать, как некий двухполюсник, описывающийся импедансом <img decoding=.
$X$— (впрочем как и $R$) зависит от частоты.
В зависимости от знака при $iX$(а значит и от частоты) двухполюсник будет или «ёмкостной нагрузкой», либо «индуктивной нагрузкой», при $iX = 0$нагрузка активная.

Почему-то мне кажется, что всё это Вы прекрасно знаете, но тогда смысл вопроса про ёмкость не очень понятен.

Как определить увлажненность изоляции электродвигателей и трансформаторов

Увлажненность изоляции определяют обычно для решения вопроса о необходимости сушки гигроскопической изоляции электрических машин и трансформаторов. Методы определения степени увлажненности изоляции основываются на физических процессах, происходящих в изоляции при приложении к ней напряжения.

Емкость изоляции может быть представлена геометрической емкостью , определяемой геометрическими размерами изоляции, и емкостью абсорбционной , т. е. емкостью, образуемой в толще изоляции неоднородностями изоляционного материала, а также различными включениями в виде воздушных промежутков, влаги, загрязнений и др.

При приложении напряжения через изоляцию в первый момент проходит ток заряда геометрической емкости, быстро прекращающийся в связи с процессом зарядки этой емкости.

Абсорбционная емкость проявляется не сразу после приложения к изоляции напряжения, а спустя некоторое время после заряда геометрической емкости в результате последующего перераспределения зарядов в толще изоляции и накопления их на границах отдельных слоев, образующих из-за неоднородностей как бы цепочку последовательно включенных емкостей. Следствием заряда соответствующих отдельных емкостей (поляризации) является ток абсорбции в изоляции.

После прекращения поляризации, т. е. заряда абсорбционной емкости, ток абсорбции становится равным нулю, но через изоляцию продолжает проходить ток сквозной проводимости (ток утечки), значение которого определяется сопротивлением изоляции постоянному току.

Определение влажности по коэффициенту абсорбции основано на сравнении показаний мегомметра, снятых через разные промежутки времени после приложения напряжения.

где R 60 и R15 — сопротивление изоляции, измеренное соответственно через 60 и 15 с после приложения напряжения мегомметра.

Для неувлажненной обмотки при температуре 10 — 30 °С K аб = 1,3-2,0, адля увлажненной обмотки коэффициент абсорбции близок к единице. Это различие объясняется разной длительностью заряда абсорбционной емкости у сухой и влажной изоляции.

Значение коэффициента абсорбции сильно зависит от температуры изоляции, поэтому для сравнения следует пользоваться значениями, измеренными или приведенными к одной температуре. Коэффициент абсорбции измеряется при температуре не ниже + 10 °С.

Определение влажности по емкости и частоте производится главным образом при испытании силовых трансформаторов. Оно основано на том, что емкость неувлажненной изоляции при изменении частоты изменяется меньше (или совсем не изменяется), чем емкость увлажненной изоляции.

Емкость изоляции принято измерять при двух частотах: 2 и 50 Гц. При измерении емкости изоляции на частоте 50 Гц успевает проявиться только геометрическая емкость, одинаковая у сухой и влажной изоляции. При измерении емкости изоляции на частоте 2 Гц успевает проявиться абсорбционная емкость влажной изоляции, в то время как у сухой изоляции она меньше и заряжается медленно. Температура при измерениях должна быть не ниже + 10 °С.

Отношение емкости, измеренной при частоте 2 Гц (С2), к емкости при 50 Гц (С60) для увлажненной изоляции составляет около 2, а для неувлажненной — около 1.

Определение влажности изоляции силовых трансформаторов по емкости и температуре

Изоляцию можно считать неувлажненной, если (С70 — С20) / С20 < 0 ,2

Емкость обмоток можно измерить либо с помощью моста типа Р5026 одновременно с измерением тангенса угла диэлектрических потерь, либо вольтметром — амперметром. Температуру обмоток трансформаторов измеряют термометром, установленным в верхних слоях масла, или устанавливают по сопротивлению меди обмотки.

Определение влажности изоляции силовых трансформаторов по приросту емкости за 1 с.

Заряжая емкость изоляции и затем разряжая ее, измеряют емкость объекта С и прирост емкости d С в течение 1 с за счет абсорбционной емкости, которая успевает проявиться за 1 с у влажной изоляции и не успевает — у сухой.

Отношение d С/С характеризует степень увлажненности изоляции обмоток трансформатора. Отношение d С/С зависит от температуры изоляции и должно измеряться при температуре не ниже + 10 °С.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

5.2. Контроль емкости изоляции

Контроль величины емкости изоляции позволяет выявлять слоистое увлажнение изоляции. Емкость идеального конденсатора не зависит от частоты; чем больше диэлектрические потери в реальном конденсаторе или в изоляции, тем сильнее зависит от частоты емкость идеального емкостного элемента в схеме замещения реального конденсатора. Можно попытаться использовать простую параллельную схему замещения двухслойной изоляции по рис. 5.1а с параллельно соединенными резистивным элементом R П и емкостным элементом C П (рис. 5.1г). При этом, однако, значения параметров схемы замещения оказываются частот-

но-зависимыми; в частности, C П = C Г + ∆ C , T = r ∆ C . Вид зависимости
1 + ω 2 T 2

C П ( ω ) показан на рис. 5.3. С ростом степени увлажнения возрастает размах изменения емкости C П ( ω ) с изменением частоты. Использование этой зависимости может служить для обнаружения слоистого увлажнения изоляции.

C
∆ C
C Г
ω

Рис. 5.3. Зависимость емкости от частоты для двухслойной изоляции Для оценки состояния изоляции измерения производят на частотах 2

Гц и 50 Гц при неизменной температуре изоляции и затем определяют от- ношение C 2 , которое и служит показателем качества изоляции. На осно- C 50 вании опыта установлено, что изоляция имеет недопустимое увлажнение, если C 2 >1.3. C 50 Для измерения емкостей используются два основных принципа, проиллюстрированные рис. 5.4. Переключатель в схеме рис. 5.4а периодически подключает испытуемую изоляцию к источнику постоянного напряжения, заряжая емкость изоляции, а затем – к цепи с гальванометром PA, через который емкость изоляции разряжается. Средний ток через гальванометр определяется частотой переключения, I = U C ( ω ) f , так что при измерении на частотах 2 Гц

и 50 Гц отношение емкостей определяется отношением токов: C 2 = 50 I 2 .
C 50
2 I 50

По такому принципу работают приборы контроля влажности серии ПКВ.

а) f I б)
U PA
C( ω ) U C( ω ) C 0 V

Рис. 5.4. Принципиальное устройство приборов емкостного контроля увлажнения По схеме рис. 5.4б испытуемая изоляция заряжается от источника постоянного напряжения, а затем на короткое время, примерно на четверть периода частоты 50 Гц, то есть на 5 мс, подключается к образцовому конденсатору C 0 . На образцовый конденсатор переносится заряд, пропорциональный емкости C 50 (примерно соответствующей геометрической емкости C Г рис. 5.1в). Затем изоляция снова заряжается, кратковременно замыкается для разряда геометрической емкости и на время около четверти периода частоты 2 Гц (примерно 130 мс) подключается к образцовому конденсатору для снятия части заряда с абсорбционной емкости ∆ C , что позволяет определить разность С 2 — С 50 . По этой разнице и по значению С 50 определя- ется отношение емкостей: C 2 = C 2 − C 50 + 1 . Напряжение на эталонном кон- C 50 C 50 денсаторе измеряется с помощью электронного вольтметра, имеющего большое входное сопротивление. По этому принципу работают приборы серии ПЕКИ и У-268.

5.3. Хроматографический анализ масла

При возникновении дефектов в маслонаполненной изоляции (масляные трансформаторы, маслонаполненные вводы) происходит изменение физических характеристик и химического состава масла. Распределенные дефекты в такой изоляции могут быть выявлены при проведении общего химического анализа нефтяного масла или при измерении его электрической прочности и тангенса угла диэлектрических потерь. В последнее время все более широкое распространение находит методика выявления повреждений в силовых трансформаторах по результа- там анализа растворенных в масле газов . Идея метода основана на пред- положении о том, что повреждение в трансформаторе сопровождается выделением различных газов, отсутствующих в масле при нормальной работе. Эти газы первоначально растворяются в масле и в газовое реле практически не попадают. Выделив эти газы из масла и проведя их анализ, можно обнаружить повреждения на разной стадии их возникновения. Отбор масла производится так, чтобы исключить его соприкосновение с окружающей воздушной средой для предотвращения потерь растворенных в масле газов. Масло помещается в замкнутый объем и газ над поверхностью масла подвергается анализу на хроматографе. Оценка состояния маслонаполненного оборудования осуществляется обычно на базе следующих критериев: • критерий предельных концентраций (водород, метан, этилен, этан, ацетилен, окись и двуокись углерода и др. газы); разложение масла и разложение целлюлозы приводят к превышению концентраций разных газов, частичные разряды приводят к появлению водорода и т.п.; • критерий скорости нарастания концентраций газов – при ежемесячном контроле; • критерий отношений концентраций газов – соотношение концентраций позволяет выявлять перегревы и даже температуру перегрева; • критерий равновесия – сопоставление результатов анализа масла из газового реле и из пробы. Хроматографический анализ газов производится на компьютерных комплексах, позволяющих автоматизировать анализ критериев и распознавать появляющиеся дефекты в оборудовании до отказа оборудования.

РЕЗЮМЕ

Измерение сопротивления изоляции позволяет контролировать как сплошное увлажнение изоляции, так и увлажнение только одного из слоев в слоистой изоляции. При измерении сопротивления изоляции принимают во внимание прежде всего абсолютную величину сопротивления R 60 , которая должна быть не меньше нормированного значения, а затем и коэффи-

циент абсорбции. Если обе величины не выходят за пределы нормы, то говорят о том, что увлажнения изоляции не обнаружено; если хотя бы одна из величин неудовлетворительна, то делают вывод о недопустимом увлажнении изоляции. Контроль величины емкости изоляции позволяет выявлять слоистое увлажнение изоляции. Для выявления повреждений в силовых трансформаторах используется хроматографический анализ растворенных в масле газов.

Контрольные вопросы

1. Что такое изоляция? 2. Что называют сопротивлением изоляции? Чем отличается это понятие от понятия сопротивления резистора? 3. К каким последствиям приводит увлажнение изоляции? 4. Какова методика контроля изоляции измерением сопротивления? 5. Каким образом производится контроль изоляции измерением ее емкости? Лекция 6. КОНТРОЛЬ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

6.1. Контроль диэлектрических потерь в изоляции

Измерение tg δ считается одним из основных методов контроля изоляции электрооборудования высокого напряжения, поскольку распределенные дефекты (увлажнение, ионизация газовых включений) в первую очередь вызывают увеличение диэлектрических потерь. При измерениях контролируют абсолютную величину tg δ, изменения tg δ по сравнению с предыдущими измерениями, а в некоторых случаях, например, для изоляции электрических машин, снимают зависимость tg δ(U), иногда и при повышенных напряжениях (до 2 U ном ). Измеренное значение tg δ в сопоставлении с нормативом дает представление о текущем состоянии изоляции, характер изменения tg δ при периодических измерениях позволяет судить об ухудшении свойств изоляции в процессе эксплуатации, а рост tg δ при повышении напряжения свидетельствует о частичных разрядах в изоляции. Измерения tg δ на высоком напряжении проводят измерительными мостами переменного тока, построенными по схеме Шеринга. Принципиальное устройство четырехплечего высоковольтного уравновешенного измерительного моста переменного тока, выполненного по схеме Шеринга, показано на рис. 6.1.

R x C x
Z x Z 0
T C x
C 0
FV1 НИ FV2
R 3 R 4
Z 3 C 4 Z 4

Э Рис. 6.1. Принципиальное устройство моста Шеринга На рис. 6.1 C x – испытуемая изоляция, замещаемая параллельной схемой C x R x , C 0 – образцовый воздушный конденсатор, обладающий малыми диэлектрическими потерями, R 3 – магазин емкостей (набор образцовых резисторов), R 4 – образцовый резистор, C 4 – магазин емкостей (набор образцовых конденсаторов). Буквой Т обозначен высоковольтный трансформатор, питающий схему моста, НИ – нуль-индикатор, служащий для уравновешивания моста, FV1, FV2 – низковольтные разрядники, защищающие низковольтную часть моста при пробое испытуемой изоляции, Э – экран, роль которого объяснена далее при рассмотрении перевернутой схемы моста. Отличительными особенностями моста по схеме Шеринга является высокое напряжение питания моста и достаточно хорошая сходимость моста при его уравновешивании. Последнее обстоятельство для моста переменного тока, работающего на синусоидальном напряжении и требующего для сходимости выравнивания модулей и фаз потенциалов на измерительной диагонали моста, имеет важнейшее значение. Условием равновесия четырехплечего моста, как известно, является равенство произведений сопротивлений противоположных плеч, то есть Z X Z 4 = Z 0 Z 3 ,

где Z X = 1 , Z 4 = 1 , Z 0 = 1 , Z 3 = R 3 .
1 + j ω C X 1 + j ω C 4 j ω C 0
R X R 4

Комплексное уравнение произведения сопротивлений распадается на два вещественных уравнения, из которых получаются соотношения для C X и tg δ:

R 4 1
tg δ = ω C 4 R 4 , C X = C 0 .
R 3 1+ tg 2 δ

Если tg δ

Z x Z 0
C x
C 0
T НИ FV2
FV1
R 3 R 4
Z 3 C 4 Z 4

Э Рис. 6.2. Перевернутая схема моста Шеринга Наиболее распространенным прибором такого типа является мост Р5026, позволяющий измерять емкости изоляции от 10 пФ до 500 мкФ и тангенсы угла потерь от 0.0001 до 1.0 с погрешностями порядка единиц процентов при напряжении 10 кВ. Нередко встречаются старые модификации этого моста МД-16 и Р-595.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *