книги / Методы испытаний и диагностики кабелей и проводов

быть внесены вследствие влияния приэлектродных прослоек. В этом случае можно применять метод измерения в жидком диэлектрике и в газе (метод двух сред). При этом пространство между электродами и твердым диэлектриком заполняется газом или жидкостью. Формулы для расчета краевой емкости и при измерениях в жидких средах приведены в [1].

4.2. ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ПРИ ЧАСТОТЕ 50 ГЦ

Эти измерения, как правило, производят при повышенном напряжении. Общие требования при измерениях регламентирова­ ны ГОСТ 12179— 76. В кабельной-технике измеряют не только тангенс угла диэлектрических потерь, но и его приращение при повышении напряжения от половины номинального до испыта­ тельного [16]. По этой характеристике судят о наличии газовых включений в изоляции кабеля. Измеряют также зависимость емкости и тангенса угла диэлектрических потерь от температуры.

При напряжении до 10 кВ для компенсации влияния со­ единительных проводов и экранов применяют схемы с защит­ ным напряжением (рис. 4.2).

Основной мост состоит из Сх, С0, R3, R4 с С4 и работает в положении 1 переключателя S. При равновесии моста выполняется равенство

Рис. 4.2. Схема моста с защитным напряжением:

И — измерительный электрод; 3 — заземленный электрод

31

(4.10)

где Zx= \/(\/R x+j(oCx)— параллельная схема замещения;

/(- + /C 0 C J .

Подставив значения комплексных сопротивлений в (4.10) и приравняв действительные и мнимые части уравнения, получим

(4.11)

Образцовый конденсатор С0 должен иметь tg80 близким нулю, обычно он выполняется с газообразными диэлектриками и его емкость примерно равна 100 пФ. Он должен выдерживать

прибора проградуирована непосредственно в значениях tg 6. В качестве индикатора равновесия Р используют вибраци­

онный гальванометр с усилителем или магнитоэлектрический прибор с усилителем. Усилитель должен иметь минимум собственных шумов. Удобно использовать также индикатор с электронно-лучевой трубкой. Преимущество вибрационного гальванометра состоит в том, что он настраивается в резонанс на частоту напряжения при измерениях и не реагирует на высшие гармоники.

Уравновешивание моста начинают с регулировки R 3 до минимума показаний Р. Затем регулируют С4 до минимума показаний Р. Далее снова переходят к регулировке R 3 и т. д. до тех пор,- пока мост не будет уравновешен при наивысшей чувствительности Р.

Переключают S в положение 2 и проводят уравновешивание путем регулировки защитного напряжения блока Gr При этом последовательно регулируют напряжение блока G3 по значению

ифазе, добиваясь нулевого показания Р. Затем снова пере­ ключают S в положение 1 и регулируют основной мост. При полном равновесии Р должен показывать нуль при обоих положениях переключателя S. В этом случае напряжение на точках 1 и 3 равно нулю, и ток между соединительными проводами и экранами Э отсутствует, следовательно, емкость

идиэлектрические потери в соединительных проводах не

влияют на результаты измерений.

32

Рис. 4.3. Подключение кабеля к измерительной схеме:

1— оболочка; 2 — охранный электрод; 3 — жила; 4— изоляция кабеля; 5— металлический конус для выравнивания электрического поля; 6— дополнительная изоляция; 7— фольга; 8 — экран; 9— изолятор

Разрядники F сигнализируют о наличии в точках 1 и 3 на­ пряжения свыше 300 В. Это может быть не только при пробое Сх) но и в том случае, когда установлен образец с большой емкостью и сопротивление R3 достаточно велико. Подключение трансформатора высокого напряжения к управляющей и ре­ гулирующей схеме и другие меры техники безопасности

рис. 4.3, б. Конденсатор Са служит для симметрирования схемы

При измерении большой емкости (в случае строительных длин кабелей) и при напряжении более 10 кВ через резистор R3 протекают большие токи и его шунтируют небольшими образцовыми сопротивлениями г3 повышенной мощности.

Для компенсации влияния соединительных проводов при высоком напряжении используют схему с защитной цепью (рис. 4.4). Защитная цепь состоит из конденсатора высокого напряжения Сг и регулируемых R2, Ь2, С2. Напряжение в точке В, к которой подсоединяют экраны, должно быть равно по значению и по фазе напряжению на диагонали моста. Схему

Если один из электродов образца Сх заземлен (оболочка кабеля), то измерения можно производить по так называемой перевернутой схеме (рис. 4.5). В этом случае экран (показан штриховой линией) и регулируемые элемент!т схемы находятся под высоким напряжением. Регулировку R3 и С4 производят через изолирующие штанги или оператор, находится внутри экрана в изолированной клетке под высоким напряжением.

При обычной схеме включения производят два измерения— при включенном и отключенном Сх. Соединительные провода емкостью Сп при заземленном образце кабеля подключены параллельно Сх. При отключенном Сх измеряют Сп. При включенном Сх измеряют сумму Сс = Сх+ С п. Значения Сх

4.3.ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ И ТАНГЕНСА УГЛА

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ПРИ ЧАСТОТАХ 103— 106 Гц

С ПОМОЩЬЮ МОСТОВ

При повышении частоты на результаты измерений начинают влиять собственные емкости и индуктивности резисторов, взаимные емкости и индуктивности элементов схемы и со-

34

бственные индуктивности соединительных проводов. В схемах

Когда один из электродов образца заземлен, применяют метод измерения и подключения образца, аналогичный приведенному на рис. 4.5, в том числе и при отсутствии охранного электрода. При

и отключенном образце Сх. Далее производят расчет по (4.12). Для случая, когда оба электрода измеряемого образца не заземлены, схема подключения конденсаторов между элект­ родами и заземлением показана на рис. 4.6, б. В кабельной технике такое подключение характерно при измерении емкости между двумя жилами кабеля при заземленной оболочке или экране. В частном случае при измерении емкости симметричных кабелей связи значения Сп1 и Сп2 равны. Симметричные

схемы измерения рассмотрены в гл. 7.

Возможны различные варианты построения схем резисторно­ емкостных мостов, которые удовлетворяют условие (4.10). На рис. 4.7 приведен пример такой схемы. Если комплексное сопротивление измеряемого образца Z x представить в виде последовательной схемы замещения (см. рис. 4.1), то из (4.10) получим

где Сх рассчитана для последовательной схемы замещения. Резисторы R 1и R 3 можно проградуировать в единицах емкости и tg6x. Емкость С0 должна иметь минимальное значение tg 6. Высокую чувствительность и удобное. регулирование схемы

имеют трансформаторные мосты. Схема такого моста в общем

35

Рис. 4.8. Схема трансформаторного моста

с помощью трансформатора напряжений 7\, а сравнение токов, протекающих через каждую из этих цепей, производится трансформатором Тг. обмотки т2 и тъ которого включены встречно по отношению к п 2 (т и п соответствуют числам витков).

Условием равновесия моста является /р=0. Если индикатор

ад

B = j < ° - j ^ ( ni n2Cx - m i m2Co)-

X

При балансе схемы А —0 и В —0 и в результате получим

36

Обмотки mi и тъ должны обеспечивать многоразрядное изменение числа витков, что показано на рис. 4.9 для двухраз­ рядного переключения. При этом должен иметь две обмотки т\ и т'[. Вспомогательный масштабный трансфор­ матор Т3 имеет коэффициент трансформации 0,1. Тогда если переключение т\ изменяет Сх на единицы, то переключение m"i— на десятые доли единицы.

Подключение конденсатора Сх к трансформаторному мосту показано на рис. 4.8, 5. Шунтирующее влияние заземляющих емкостей незначительно, так как обмотка пх трансформатора

Р. Поэтому трансформаторный мост позволяет производить измерения проходной емкости трехэлектродного конденсатора при сравнительно больших его частичных емкостях относитель­ но заземления без потери точности.

В качестве индикаторов равновесия мостов при повышенных частотах используют гальванометры с усилителем. При балан­ сировке мостов удобен индикатор с электронно-лучевой труб­ кой, схема включения которого показана на рис. 4.10.

37

Параметры некоторых мостов, выпускаемых промышлен­ ностью [2], приведены в табл. 4.2. Напряжение при измерениях не превышает 100 В. Мосты Е7-8, Е8-4, Р589, Р5010, Р5016— цифровые автоматические.

38

4.4. РЕЗО Н А Н СН Ы Е М ЕТО Д Ы И ЗМ ЕРЕНИ Й ЕМ КОСТИ И tg6

При частотах до 200 МГц при измерениях резонансными методами используют электрические цепи с сосредоточенными параметрами. При более высоких частотах применяют приборы с объемными резонаторами.

Различают контурные и генераторные резонансные методы. Принцип работы одного из генераторных приборов Е7-9,

настраивают G на частоту. Равенство частот генераторов устанавливают с помощью индикатора равенства частот Р.

Емкость СХ = С1^ С 2.

В приборе Е7-9 шкалу конденсатора С в положении Ci устанавливают на нуль с помощью предварительной подстройки генераторов. Тогда Сх отсчитывают непосредст­ венно по шкале С. Конструкция индикатора на принципе биений (определяется разностью частот), при этом равенство частот устанавливается с высокой чувствительностью. Прибор реагирует на изменение емкости около 0,01 пФ.

Рабочая частота прибора 300—700 кГц. Диапазон измерения емкости от 1 до 5000 пФ, индуктивности— от 1 мкГн до 100 мГн.

При использовании резонансных методов емкость, индук­ тивность и tg 5 определяют путем вариации реактивной проводимости или путем вариации частоты. Промышленные приборы (куметры) обычно работают при вариации емкости. Измеряемые образцы подключают либо последовательно с об­ разцовой катушкой индуктивности L, либо параллельно с гра­ дуированным конденсатором прибора С (рис. 4.12, а и б). Емкость Сг2 много больше С и Сх.

Комплексное сопротивление цепи при последовательно со­ единенных конденсаторе С, катушке индуктивности L и ре­

При резонансе coL=l/(a>C) значение Z будет минимальным (Z=R). Напряжение на конденсаторе С на рис. 4.12

39

Если в момент отсчета Q напряжение U устанавливать строго заданного значения, то шкалу вольтметра PV2 можно проградуировать в единицах добротности.

Измерения проводят дважды— при отключенном и включен­ ном образце. Для отключения образца зажим 2 и 3 в схеме рис. 4.12, а закорачивают, а в схеме 4.12, б образец отключают от зажима 3.

Если при измерениях добротность контура больше 10, то с достаточной точностью можно получить формулы для расчета Сх, tg 5 и Lx. (Индуктивный характер может иметь комплексное сопротивление образцов кабелей связи— см. § 7.3

40