Tan-Delta-Test | Verlustwinkelmessung | Dämpfungsfaktormessung

Grundsatz des Tangens-Delta-Tests

Ein reiner Isolator, der zwischen Leitung und Erde angeschlossen wird, verhält sich wie ein Kondensator. In einem idealen Isolator, bei dem das isolierende Material auch als Dielektrikum fungiert, ist dieses 100 % rein, so dass der durch den Isolator fließende elektrische Strom nur eine kapazitive Komponente hat. Es gibt keine widerständige Komponente des Stroms, der von der Leitung zur Erde durch den Isolator fließt, da in idealem Isoliermaterial null Prozent Verunreinigungen vorhanden sind.

In einem reinen Kondensator führt der kapazitive elektrische Strom die angelegte Spannung um 90o.
In der Praxis kann der Isolator nicht zu 100% rein hergestellt werden. Aufgrund des Alterns von Isolatoren dringen Verunreinigungen wie Schmutz und Feuchtigkeit in ihn ein. Diese Verunreinigungen bieten einen leitenden Pfad für den Strom. Daher hat der elektrische Leckstrom, der von der Leitung zur Erde durch den Isolator fließt, eine widerständige Komponente.

Es ist daher selbstverständlich, dass für einen guten Isolator diese widerständige Komponente des elektrischen Leckstroms sehr gering ist. Andererseits kann die Integrität eines elektrischen Isolators durch das Verhältnis der widerständigen Komponente zur kapazitiven Komponente bestimmt werden. Für einen guten Isolator wäre dieses Verhältnis sehr gering. Dieses Verhältnis wird allgemein als tanδ oder Tangens Delta bezeichnet. Manchmal wird es auch als Dissipationsfaktor bezeichnet.

In dem Vektorbild oben wird die Systemspannung entlang der x-Achse gezeichnet. Der leitfähige elektrische Strom, also die widerständige Komponente des Leckstroms, IR, wird ebenfalls entlang der x-Achse gezeigt.
Da die kapazitive Komponente des elektrischen Leckstroms IC die Systemspannung um 90o übersteigt, wird sie entlang der y-Achse gezeigt.
Nun bildet der gesamte elektrische Leckstrom IL(Ic + IR) einen Winkel δ (sagen wir) mit der y-Achse.
Aus dem obigen Diagramm geht hervor, dass das Verhältnis, IR zu IC, nichts anderes als tanδ oder Tangens Delta ist.

HINWEIS: Dieser δ-Winkel wird als Verlustwinkel bezeichnet.

Methode des Tangens-Delta-Tests

Das Kabel, die Wicklung, der Stromwandler, der Spannungswandler, die Transformatorkupplung, auf denen der Tangens-Delta-Test oder der Dissipationsfaktortest durchgeführt werden soll, wird zunächst vom System isoliert. Eine sehr niedrigfrequente Testspannung wird auf das Gerät angewendet, dessen Isolation getestet werden soll.

Zuerst wird die normale Spannung angelegt. Wenn der Wert des Tangens Deltas ausreichend gut erscheint, wird die angelegte Spannung auf 1,5 bis 2 Mal der normalen Spannung des Geräts erhöht. Die Tangens-Delta-Steuerungseinheit misst die Werte des Tangens Deltas. Ein Verlustwinkelanalyzer wird mit der Tangens-Delta-Messeinheit verbunden, um die Tangens-Delta-Werte bei normaler und höherer Spannung zu vergleichen und die Ergebnisse zu analysieren.

Während des Tests ist es entscheidend, die Testspannung in einer sehr niedrigen Frequenz anzuwenden.

Grund für die Anwendung einer sehr niedrigen Frequenz

Wenn die Frequenz der angelegten Spannung hoch ist, dann wird die kapazitive Reaktanz des Isolators gering, daher ist die kapazitive Komponente des elektrischen Stroms hoch. Die widerständige Komponente ist nahezu konstant; sie hängt von der angelegten Spannung und der Leitfähigkeit des Isolators ab. Bei hoher Frequenz, da der kapazitive Strom groß ist, wird die Amplitude der Vektorsumme der kapazitiven und widerständigen Komponenten des elektrischen Stroms ebenfalls groß.

Daher würde die erforderliche Scheinleistung für den Tangens-Delta-Test hoch genug, was praktisch nicht machbar ist. Um die Leistungsanforderung für diesen Dissipationsfaktortest gering zu halten, ist eine sehr niedrigfrequente Testspannung erforderlich. Der Frequenzbereich für den Tangens-Delta-Test liegt in der Regel zwischen 0,1 und 0,01 Hz, je nach Größe und Art der Isolation.

Es gibt einen weiteren Grund, warum es notwendig ist, die Eingabefrequenz des Tests so niedrig wie möglich zu halten.

Wie wir wissen,

Das bedeutet, dass der Dissipationsfaktor tanδ ∝ 1/f.
Daher ist der Tangens-Delta-Wert bei niedriger Frequenz höher, und die Messung wird einfacher.

Wie man das Ergebnis des Tangens-Delta-Tests vorhersagt

Es gibt zwei Möglichkeiten, den Zustand eines Isolationssystems während des Tangens-Delta- oder Dissipationsfaktortests vorherzusagen.

Die erste besteht darin, die Ergebnisse früherer Tests zu vergleichen, um den Verschleiß des Isolationssystems aufgrund des Alterungsprozesses festzustellen.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Zustand der Isolation direkt aus dem Wert des tanδ zu ermitteln. Es ist kein Vergleich mit früheren Ergebnissen des Tangens-Delta-Tests erforderlich.

Wenn die Isolation perfekt ist, ist der Verlustfaktor etwa gleich für alle Spannungsprüfbereiche. Wenn jedoch die Isolation nicht ausreicht, nimmt der Wert des Tangens Deltas im höheren Spannungsprüfbereich zu.

Aus dem Diagramm geht hervor, dass der Tangens-Delta-Wert nichtlinear mit zunehmender sehr niedrigfrequenter Spannung steigt. Der steigende Tangens-Delta-Wert bedeutet, dass der widerständige elektrische Stromanteil in der Isolation hoch ist. Diese Ergebnisse können mit den Ergebnissen zuvor getester Isolatoren verglichen werden, um eine fundierte Entscheidung darüber zu treffen, ob das Gerät ersetzt werden muss oder nicht.

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