25. ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ И tgδ У ЗАЗЕМЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
а) Измерения мостом Шеринга
В целях безопасности у моста Шеринга одна точка заземляется. Для этого чаще всего выбирают узловую точку, соединенную с источником питания, причем ту, которая отделена от пулевой ветви меньшим полным сопротивлением (с целью уменьшения напряжения помех).
Рис. 166. «Перевернутый» мост Шеринга для испытуемых объектов с односторонне заземленной обкладкой (заземлена вершина моста С).
При измерении значений tgδ у односторонне заземленных испытуемых объектов, например у заложенных в грунт кабелей, можно применить «перевернутый» мост Шеринга, предложенный Борманом и Зейлером [Л. 356] (рис. 166). Мост в кожухе устанавливают в клетке Фарадея, и он находится под высоким напряжением. Уравновешивающие элементы моста должны обслуживаться с помощью изоляционной штанги или измеряемый объект нужно помещать внутри клетки и производить там уравновешивание обычным способом. Образцовый конденсатор находится под полным напряжением и устанавливается на изолирующей подставке.
Рис. 167. Мост Шеринга для испытуемых объектов с односторонне заземленной обкладкой (заземлена вершина моста 4).
Сэ, Сз — паразитные емкости по отношению к земле.
Другая схема, также предложенная Борманом и Зейлером [Л. 356], предусматривает заземление вершины моста А (рис. 167). В этой схеме емкость С3 по отношению к земле высоковольтной стороны питающего трансформатора (емкость обмотки, проходного изолятора, коронирующих подводящих проводов), имеющая потери, оказывается подключенной параллельно испытуемому объекту. Поэтому сначала при отключенном испытуемом объекте определяют емкость Сз и ее tg δз, а затем еще раз уравновешивают мост при подключенном испытуемом объекте. Действительные значения C1 и tgδ1 определяются по измеренным во втором случае величинам С'1 и tg δ'1:
• Точность измерения сильно снижается, если общие C'1 и tgδ'1 в основном определяются емкостью по отношению к земле Сз.
У универсального моста для измерения емкости и tgδ по Полеку [Л. 349, 350] предусмотрен дополнительный прибор, с помощью которого производят уравновешивание при отключенном испытуемом объекте. В этом случае после основного уравновешивания не требуется производить пересчет для исключения влияния паразитной емкости С3.
Паразитная емкость Сз, параллельная третьему плечу, должна быть учтена, если угловая погрешность, равная R3wС3, соизмерима с требуемой точностью. У универсального моста для измерения емкости и tgδ эта угловая погрешность компенсируется описанным в §24, в уравновешиванием емкости.
б) М-схема
В схеме, предложенной Шерингом и Поттхоффом (рис. 168) [Л. 357, 358], предусматриваются высоковольтные катушки с постоянной взаимоиндуктивностью M1 и низковольтные катушки с регулируемой взаимоиндуктивностью М2. Во вторичных катушках (высоковольтной и низковольтной) индуктируются напряжения, которые сдвинуты на 90° по отношению к зарядным токам конденсаторов C1 и С2, а между собой на угол δ1. Уравновешивание по величине производится взаимоиндуктивностью М2, а по углу диэлектрических потерь—сопротивлением R4. В уравновешенном состоянии моста справедливы уравнения
При сравнении результатов, полученных на M-схеме, с результатами измерения мостом Шеринга нужно емкость С1 пересчитать, так как M-схема измеряет емкости с потерями по параллельной схеме замещения. При точных измерениях tgδ1 к полученному значению tgδ1 следует прибавить поправочный член порядка 5-10-4, учитывающий угловые погрешности взаимоиндуктивностей и потери на вихревые токи в катушках и экранах. При установке моста следует обратить особое внимание на то, чтобы не было внешних полей рассеяния, так как взаимоиндуктивности, выполненные в виде катушек без сердечника, очень чувствительны к ним.
в) Измерение tg δ способом затухающего колебания
В схеме, описанной в [Л. 360, 361], подлежащий исследованию конденсатор заряжается от источника высокого напряжения малой мощности (рис. 169).
1
Рис. 168. M-схема по Шерингу и Поттхоффу для испытуемых объектов с односторонне заземленной обкладкой.
Рис. 169. Измерение tg δ по способу затухающего колебания.
Ct—односторонне заземленный измеряемый объект; L — разрядная катушка с малыми потерями; Ro, Со — искусственная схема для получения упрощенного более точного отсчета.
После окончания процесса заряда конденсатор C1 разряжается на индуктивность с малыми потерями (L). По логарифмическому декременту затухания колебания можно определить тангенс угла диэлектрических потерь конденсатора по формуле ·
где λ=1ηΑ1/Α2 — логарифмический декремент затухания колебания, равный натуральному логарифму отношения двух амплитудных значений колебания, сдвинутых друг относительно друга на период, a tgδL = R'wL, причем R' — активное сопротивление катушки, измеренное на переменном токе.
Значение tgδ, определенное описанным способом, можно сравнить с результатами измерения мостом Шеринга. При этом следует иметь в виду, что из-за сравнительно малого промежутка времени измерения результат измерения по этому методу искажается зависимостью tgδ от времени, под которой понимается не тепловой эффект, достигаемый за длительный промежуток времени, а абсорбционная зависимость tgδ, проявляющаяся в течение долей секунды. Кроме того, частота колебаний почти всегда отличается от 50 Гц, что при явно выраженной частотной зависимости tgδ искажает результат. При внесении соответствующих поправок и проведении описанных перерасчетов способ затухающего колебания представляется перспективным в приложении к измерению параметров технических конденсаторов. Этот способ имеет еще и то преимущество, что для него нужен источник испытательного напряжения малой мощности. Поэтому способ затухающего колебания рекомендуется в первую очередь для измерения
tgδ у заложенных в грунт кабелей, где испытуемый объект заземляется с одной стороны и для его заряда необходима большая мощность.
