Artykuły techniczne

WPROWADZENIE DO BADAŃ 
WSPÓŁCZYNNIKA MOCY DIELEKTRYKA

Izolacja elektryczna, jaką spotyka się w generatorach, wyłącznikach, przepustach i transformatorach, może mieć postać cieczy (olej transformatorowy), ciała stałego (papier, porcelana) i gazu (powietrze, SF₆). W czasie pracy, izolacja podlega różnorodnym narażeniom środowiskowym oraz wynikającym z warunków pracy, które z czasem powodują pogorszenie izolacji. Niektóre z tych narażeń podano poniżej:

• Ciągłe wibracje mechaniczne
• Absorpcja wilgoci
• Wewnętrzne wyładowania łukowe i niezupełne
• Przegrzewanie
• Narażenia przepięciowe
• Nadmierne narażenia temperaturowe spowodowane za dużymi zmianami temperatur otoczenia
• Zanieczyszczenie środowiska
• Reakcje chemiczne prowadzące do rozkładu
• Starzenie

Jeżeli problem nie zostanie wykryty w stanie początkowym, koszty naprawy mogą być niezwykle wysokie. Zlekceważony problem może w rezultacie spowodować uszkodzenie aparatury, co oznacza wyłączenie aparatu z ruchu, koszty napraw oraz utratę zysków z jego pracy przez dłuższy okres czasu.

Pomiar współczynnika mocy jest uniwersalnym, powszechnie akceptowanym badaniem oceniającym stan i jakość izolacji dowolnego medium. Termin współczynnika mocy został wybrany i jest powszechnie używany, odkąd zaczęto się interesować pomiarami strat elektrycznych wewnątrz izolacji. Idealny, perfekcyjny izolator powinien charakteryzować się brakiem strat i wypadkowy prąd ładowania dielektryka powinien być przesunięty w fazie o 90° w stosunku do dołożonego napięcia. Przy zwiększaniu się strat, kąt fazowy pomiędzy prądem i napięciem oraz współczynnik mocy zmieniają się.

W rzeczywistości prawie wszystkie materiały izolacyjne mają niewielkie straty. Straty te są zazwyczaj bardzo małe i nie powinny się zwiększać w czasie. Poprzez rejestrowanie tych strat i obserwację ich trendu w kolejnych okresach czasu, może być ustalone, czy jakość izolacji pogarsza się.

Jest kilka wielkości, które są typowo rejestrowane podczas pomiaru współczynnika mocy:

Prąd ładowania: 
Aktualna wartość prądu ładownia jest korygowana do równoważnego napięcia 2,5kV lub 10kV i rejestrowana.

Pojemność: 
Materiały izolacyjne są zawsze umieszczone pomiędzy dwoma przewodnikami i w rezultacie powstaje hipotetyczny kondensator. Wartość tej pojemności jest ważna i wskazuje wewnętrzne problemy, takie, jak obwody zwarte lub zdeformowaną izolację lub nieciągłość w ścieżce dielektryka.

Współczynnik mocy: 
Współczynnik mocy jest wielkością niezależną od wymiarów i jest wprost proporcjonalny do strat dielektrycznych w izolacji.

Współczynnik mocy zależy od temperatury i dla celów porównawczych jest zazwyczaj przeliczany do 20°C. Temperaturowe współczynniki korekcji są dostarczane przez producentów sprzętu.

Straty dielektryczne: 
Wielkość ta jest mierzona w mW (lub W) i jest połączeniem absorpcji dielektryka, jonizacji oraz strat powierzchniowych w izolacji. Jakiekolwiek znaczne zwiększenie strat w dielektryku jest zazwyczaj wskaźnikiem pogorszenia izolacji. Wartość strat dielektrycznych jest funkcją przyłożonego napięcia i jest korygowana do napięć równoważnych 2,5kV lub 10kV.
Istnieją typowe akceptowane wartości graniczne współczynnika mocy i strat dielektrycznych występujące w aparaturze. Wartości wskaźników są również dostarczane przez producentów aparatury. Obserwowane są trendy tych wielkości i porównywane z akceptowanymi wartościami granicznymi oraz historią wyników.