נושא :עקרון פעולה של מדידת tan δ(Dissipation factor)

בס"ד , ‏יום חמישי 01 יולי 2021

אחת הבדיקות הבסיסיות שאותה מבצע כל חשמלאי היא בדיקת הבדדה (בלשון העם בדיקת מגר),על מנת לבדוק את מצב הנוכחי של הבידוד.

את תוצאות הבדיקה נדרש לתעד על מנת להשוות את התוצאה שתתקבל בבדיקה הבאה לבדיקה הנוכחית .

מכיוון שדעיכת התנגדות הבידוד לאורך שנים היא לא לינארית ואין דרך לצפות את הבעיות שעלולות להתפתח לאורך זמן נדרשת בדיקה שיכולה לזהות את מצב הבידוד ודרך לאבחן האם הדבר צריך תגובה בזמן קרוב (לדוגמה , החלפת כבל , החלפת מבדד , החלפת שנאי ועוד ) או תגובה מיידית על מנת למנוע מצב של נזק שכיוצא בזה יתורגם לזמני השבתה משמעותיים ,הבדיקה שעוזרת לנו גם בעת קבלה של מתקן חדש ובתחזוקה מונעת של מתח גבוה הינה בדיקה של tan δ בדיקה זו בודקת את "התבגרות" הציוד ובעיות מכאניות (תזוזה של סלילים בעקבות קצר, רעידות מנוע ,שבר במבדד ,רעידות שנאי וכו') אשר גרמו לשינוי בבידוד.

בבדיקה זו ניתן לבדוק:

1. שנאי הספק
2. מנועים
3. כבלים
4. מפסקים
5. מגן מתח יתר
6. בושינגים (חיבורים)
7. גנרטורים
8. משני זרם ומשנה מתח

לצורך המחשה אנו נתבונן בכבל מתח גבוה וכאשר נתבונן בו נזהה משהו שיראה לכולנו מוכר "מוליך בידוד מוליך" ולמעשה יש לנו פה קבל תאורתי .

• חתך הכבל מתוך קטלוג zmscable עם תוספות

אין זה מפתיע כי מודל הקבל המעשי (הכולל קבל ונגד) משמש אותנו בעצם לבדיקה זו , אנו יודעים כי זרם הזורם על קבל יהיה I(t)_C = V/(1/ωc) sin(ωt + π/2) ואילו הזרם שיזרום על הנגד יהיה
I(t)_R = V/R sin(ωt) , והזרם הכולל יהיהI_T= I_R+ I_C .

מתוך נוסחאות הזרם ניתן לראות כי הזרם הזורם על הקבל מקדים ב 90 מעלות את הזרם הזורם בנגד , דבר זה יעזור לנו למדוד את הזרמים בקבל ואת הזרם הזליגה דרך הבידוד

במצב טבעי יהיה זרם גם על הקבל וגם על הנגד אנו נרצה כי הזרם על הנגד (זליגה מהבידוד) יהיה קטן מאוד ועל מנת להמחיש נעשה חישוב מספרי.

דוגמה

נניח מתח של 10KV וזרם זליגה של 0.5ma ההספק שנקבל יהיה P=I*U=0.5m*10K=5W

מהדוגמה נוכל להבין שבעצם יש לנו תנור קבוע של 5W המחמם את הציוד באופן קבוע דבר שיגרום לפגיעה עתידית נוספת בבידוד ובכך תגדיל את זרם הזליגה וכתוצאה מכך הגדלת החימום ובעתיד הגדלת זרם הזליגה אנחנו רואים כי תהליך זה גורם לשרשרת תהליכים עד מצב שזרם הזליגה יהיה משמעותי ויגרום למצב שיתפתח קצר וכשל ממשי בציוד .

לצורך אבחון זרם הזליגה נגדיר את הזווית δ שהיא בצעם היחס של הזרמים tan δ=I_R/I_C ככל שהזווית תהיה קטנה יותר זרם הזליגה יהיה קטן יותר כי הוא סכום ווקטורי של הזרמים I_{R ו} I_c.

מהלך הבדיקה

לצורך ההסבר ניקח דוגמה של שנאי אך ניתן למדוד כל מה שנרצה מהרשימה למעלה
על מנת לבדוק שנאי נצטרך לקצר את הדקי המתח הגבוה של השנאי ולחבר אותו לצד מתח הגבוה ,במכשיר המדידה ולקצר את הדקי המתח הנמוך של השנאי ולחבר אותו לצד המתח הנמוך.

• כל הכישרון הזה באמצעות הצייר

במדידות אנחנו יכולים לקבל 3 סוגים שונים של מדידות

1. I_CL – זהו קיבול בין המתח הנמוך לאדמה
2. I_CHL – זהו זרם הקיבול הנוצר בין צד המתח הגבוה לצד המתח הנמוך
3. I_CH – זהו זרם הקיבול בין המתח הגבוה לאדמה

בכל אחת מהבדיקות המכשיר ימדוד דבר אחר ויתעלם מזרמים אחרים כלומר בעת מדידה של
tan δ_CL=I_RCL/I_CL יתעלם מהזרם הזורם כלפי האדמה ויחשב רק את tan δ_CL של זרם הקיבול של הצד הנמוך לאדמה ויתעלם מהזרם של הצד הגבוה לאדמה ו מהצד של המתח הגבוה למתח הנמוך (שרטוט המדמה את השנאי נמצא למעלה) . אם כל אחת מהבדיקות מגיעות למצב שנדרש בדיקה זה יכול להצביע על האזור שבו נמצא מקור הבעיה .

בעת המדידה יש 3 סוגי מדידה אפשריות (רוב המכשירים מבצעים זאת באופן אוטומטי )

1. GST – מערכות מוארקות ונמדדות דרך הארקה, מדידה זו היא בעצם בדיקה של C_HL +C_L + C_H הינה כזו כי היא מדידה של זרם שזורם דרך הארקה.
2. GSTg – מערכות מוארקות ונמדדות דרך הארקה עם התעלמות מזרם מסוים לדוגמה אם נרצה למדוד את C_L הוא יתעלם מהזרם שיזרום ב C_H.
3. UST- מערכות צפות שלא נמדדות דרך האדמה, מדידה של C_HL הינה כזו כי היא בלי מדידה של זרם שזורם דרך הארקה

• הטבלה מתאימה לטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס

מה בעצם בדיקות אלו יעזרו לנו לאבחן ?

בבושינג

1. הימצאות לחות
2. מגע לא תקין
3. פגמים בבידוד
4. התפרקויות חלקיות
5. הזדקנות הציוד

בשנאי

1. הזדקנות
2. לחות בשמן
3. התפרקויות חלקיות
4. פגמים בבידוד

בכבל

1. הזדקנות
2. לחות בכבל
3. התפרקויות חלקיות
4. פגיעה בבידוד.

הערות כלליות

1. בכל סטייה של הטמפרטורה נדרש לתקן עם מקדם תיקון מתאים .
2. המדידה מתבצעת במתח AC על מנת למנוע מצב שבו אנו נגרום להיווצרות התפרקות חלקיות והרס הבידוד בשל הבדיקה .
3. תוצאות המדידה נמדדות באחוזים בשל נוחות .
4. גם לאחר כשל בבדיקה נדרשות בדיקות נוספות על מנת לאמת את התוצאות .
5. זו רק הצגה של השיטה והרעיון ויש היום שכלול של השיטה ומכשירים מתקדמים יותר ובאמצעות שינוי במגוון של תדרים ומגוון של מתחים שונים ניתן לאבחן טוב יותר.
6. בכוונה אני לא מציג מכשיר ספציפי כל אחד יבחר מה שנראה לו לנכון

בהצלחה