4.3 Визначення тангенса кута діелектричних втрат

Для визначення tgd (dielectric loss angle; lose angle) проводять два вимірювання, для яких використовують спеціальні камери. Конструкція камери повинна бути зручною для розбирання й ретельного чищення, а її електроди повинні зберігати початкове положення відносно один одного, щоб власна ємність камери не відрізнялась при чергових випробуваннях більше ніж на 35.

Матеріали, з яких виготовляють камери, повинні витримувати однакові температури, а зміна температури не повинна впливати на взаємне розташування електродів. Як твердий електроізоляційний матеріал використовують плавкий кварц, фторопласт або кераміку, яка відповідає вказаним вимогам.

Для виготовлення електродів використовуються метали, які стійкі до корозії, яка викликається рідиною, що випробовується, або сполукою для промивання, і не виявляє каталітичного впливу (окислення) на рідини, що випробовуються.

Вимірювальні камери мають різну конструкцію: плоскі або циліндричні, з двома або трьома затискачами. На рисунку 4.3 показана камера з трьома затискачами та плоскими електродами. Камера має три електроди: зовнішній високовольтний, внутрішній вимірювальний і проміжний охоронний. Зовнішній електрод одночасно служить оболонкою посудини, в яку заливається рідина, що випробовується. Для порівняння на рисунку 4.4 показана камера з двома затискачами. Такі камери використовують при проведенні приймально-здавальних випробувань, вхідному й періодичному контролі. В інших випадках використовують камери з трьома затискачами.

1 – затискачі для з’єднання з вимірювальною схемою;

2 – вимірювальний електрод;

3 та 5 – провідники;

4 – захисний електрод;

6 – високовольтний електрод

Рисунок 4.3 – Плоска камера з трьома затискачами

Рисунок 4.4 – Вимірювальна камера з двома затискачами

Обов’язковими розмірами в конструкції камери є зазори між вимірювальними й високовольтними електродами та між вимірювальним і захисним електродами. Ці зазори повинні бути (2±0,1) мм. Електроди камери повинні мати контактні затискачі, які забезпечують надійне з’єднання з елементами схеми. З’єднання з вимірювальним приладом виконують екранованим кабелем. При цьому захисний електрод камери з трьома затискачами повинен бути приєднаний до заземлення та до екрана кабелю, який з’єднує внутрішній (вимірювальний) електрод з вимірювальним приладом.

Установка для вимірювання tgd складається з джерела (генератора) напруги, вимірювального пристрою та індикатора. Джерело забезпечує напругу практично синусоїдальної форми, коливання напруги – не більше 1%, зміна частоти – не більше 0,5%. Установка повинна забезпечувати вимірювання ємності від 20 до 1000 Ф з похибкою не більше ± 0,01 Ф і tgd від 0,0001 до 1 з похибкою не більше ± 5%.

Вимірювання tgd здійснюють містком Віна – вимірювальним містком змінного струму, який призначений для вимірювання ємності та коефіцієнта втрат конденсаторів. Місток являє собою послідовне з’єднання об’єкта, який вимірюється (ємність С_х із втратами), зі схемою порівняння, яка копіює заступну схему цієї ємності, та паралельно з’єднаним з ними дільника напруги з двох активних опорів  і  (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – Місток Віна (Wien bridge)

Відповідно до заступної схеми об’єкта, який вимірюється, схема порівняння являє собою послідовне коло зразкової ємності (calibrating capacitor; reference capacitor; standard capacitor)  з малими втратами та фазовирівнювальним опором . Ємність та опір втрат конденсатора визначаються від частоти джерела:

.                                (4.4)

За відомої частоти w джерела живлення отримують коефіцієнт втрат:

.                                     (4.5)

Як нульовий індикатор використовують вібраційний гальванометр, селективний мікровольтметр або осцилограф.

Перед проведенням вимірювання камера повинна бути повністю демонтована й усі її деталі двічі ретельно промиті розчинником (при випробуванні нафтових масел використовують вуглеводневі розчинники, наприклад, толуол). Після промивання всі деталі ополіскують ацетоном, промивають мильним розчином або детергентом, кип’ятять в 5%-ному розчині фосфату натрію в дистильованій воді не менше 5 хв. Потім промивають деталі декілька разів і протягом 1 год кип’ятять у дистильованій воді. Для видалення вологи деталі камери висушують при температурі (105¸110)°С протягом (60¸90) хв. Якщо після сушіння та охолодження камеру не використовують для вимірювання, її зберігають в ексикаторі із сухим повітрям.

Після сушіння деталі камери охолоджують до температури (5¸7)°С вище кімнатної та складають її, уникаючи дотику незахищеними руками до робочої поверхні електродів. Потім камеру приєднують до вимірювальної схеми, визначають ємність порожньої камери , а також її . Значення  при температурі (15¸35)°С для камери з трьома затискачами не повинно перевищувати 0,0001, а для камери з двома затискачами – 0,0003. На основі цих вимірювань оцінюють чистоту ізоляційних прокладок камери. При великих значеннях  камеру потрібно розібрати та знову промивати.

Підготовка до вимірювань. Якщо електрофізичні показники визначають у пробі, яка береться з трансформатора або в пробі, яка підготовлена для заповнення бака, її попереднє оброблення не проводять.

При випробуванні масла після транспортування або зберігання на складі визначають електрофізичні показники сухого масла, проводячи попередньо його сушіння. Для цього масло пропускають через фільтруючу лійку при температурі (60¸80)°С та при надлишковому тиску (1333¸2666) Па (10¸20 мм рт. ст.) з наступною витримкою при таких умовах у тонкому (5¸10 мм) шарі протягом 50 хв.

Перед проведенням першого вимірювання камеру спочатку заповнюють маслом, яке випробовується, і, не проводячи вимірювання, рідину виливають. Потім знову заповнюють камеру до рівня (3¸5) мм вище нижнього краю захисного електрода (дивись рисунок 4.3), розташовують її в попередньо нагрітій температурі випробування термостат, приєднують до електричної схеми та після досягнення камерою заданої температури проводять вимірювання. Для вимірювань при кімнатній температурі термостат не використовують. Відлік значення проводять не більше ніж через 3 хв після увімкнення напруги.

При проведенні другого вимірювання чисту зібрану камеру нагрівають до температури, яка на (5¸10)°С перевищує задану температуру вимірювання, заповнюють порцією нагрітої рідини та виливають її. Камеру знову заповнюють порцією нагрітої рідини та витримують 20 хв. при заданій температурі, після чого визначають . Кожне з двох вимірювань краще проводити у своїй окремій камері.

Оброблення результатів вимірювань. Розходження між результатами двох вимірювань  не повинно перевищувати 15% від значення більшого результату плюс 0,0002. Якщо розходження між результатами вимірювань перевищують вказані межі, то продовжують вимірювання на нових порціях діелектрика доки не отримають задовільні розходження. Розрахунок значень  проводиться за такими формулами:

- при проведенні вимірювань у камері з трьома затискачами:

;                                     (4.6)

- при проведенні вимірювань у камері з двома затискачами:

,                          (4.7)

         де  – відповідно ємність (Ф) та  пустої вимірювальної камери;

          – відповідно ємність (Ф) та  вимірювальної камери, яка заповнена маслом, яке випробовується;

          – паразитна ємність камери (обумовлена наявністю твердих електроізоляційних прокладок, пустот, ємності проводів тощо), Ф;

          – ємність вимірювальної камери, як заповнена рідиною з відомим значенням діелектричної проникності  (калібровочною рідиною) та з .

За результат вимірювання  приймають менше з двох значень, які отримали в дослідах.