Мост Шеринга

Мост Ше́ринга — электрическая схема, измерительный мост переменного тока, предназначенный для измерения электрической ёмкости и тангенса угла диэлектрических потерь в диэлектриках конденсаторов, также, в электрических кабелях.

Назван по имени немецкого инженера и изобретателя этого устройства Геральда Шеринга (1880—1959).

Принцип действия

Мост Шеринга. * C1 — исследуемый конденсатор, * R1 — последовательное сопротивление в эквивалентной схеме исследуемого конденсатора, * C2 — эталонный конденсатор, * R3 — безындукционный резистор, * C4 — переменный конденсатор, * R4 — переменный безындукционный резистор, включённый параллельно C4.

Мост Шеринга — представляет собой одинарный мост, имеющий четыре плеча, в одно плечо которого включается магазин ёмкостей и параллельно присоединённое к нему постоянное активное сопротивление, в противоположное плечо включается испытуемый объект, эквивалентная электрическая схема которого состоит из последовательно соединённых ёмкостного и активного сопротивлений, в третье плечо включается магазин активных сопротивлений, в четвёртое — эталонный конденсатор.

На одну диагональ подаётся переменное напряжение питания моста. К другой диагонали подключается нуль-индикатор переменного напряжения. Мост Шеринга — это по сути мост Витстона, в котором активные сопротивления заменены комплексными активно-ёмкостного характера. С точки зрения схемотехники одинарные мосты — это комбинация двух делителей напряжения и нуль-индикатора, включённого между ними, и, рассматривая эту схем с этой точки зрения, можно прийти к выводу, что при равенстве произведения комплексных сопротивлений двух противоположных диагоналей произведению двух других противоположных диагоналей на нуль-индикаторе разность потенциалов будет равно нулю.

$Z_{1}\cdot Z_{4}=Z_{2}\cdot Z_{3}$,

где $Z_{1}$ — $Z_{4}$ — комплексные сопротивления мостовой схемы.

Данное утверждение верно, если входное сопротивление нуль-индикатора очень велико, в идеале — равно бесконечности. При конечном входном сопротивлении нуль-индикатора последний будет вносить погрешность в измерительную схему, что необходимо учитывать. Приведение моста в состояние, при котором нуль-индикатор покажет нулевое значение называется балансировкой моста.

Схемы включения

В зависимости от положения измеряемого объекта в схеме различаются:

• нормальная или прямая схема;
• перевёрнутая схема.

При нормальной схеме на объект измерения подводится испытательное напряжение, при перевёрнутой схеме — объект заземляется.

Нормальная является более точной, поэтому перевёрнутую схему применяют только при заземлённом объекте и невозможности его изоляции от цепей «земли».

Применение

Основным методом исследования диэлектрических свойств диэлектриков в высоковольтном оборудовании электроснабжения как твёрдых (изолированные вводы, тяги, изоляторы), так и жидких (трансформаторного масла) является измерение параметра диэлектрических потерь — «тангенс дельта» tg(δ).

Диэлектрик находящийся в переменном электрическом поле из-за своей неидеальности поглощает некоторое количество энергии выделяющуюся в виде тепла. Мощность, выделяемая в виде тепла — это активная мощность, которая и определяет диэлектрические потери в изоляции. Непосредственное измерение этих потерь очень затруднено, поэтому измеряемый объект представляют эквивалентно в виде параллельного или последовательного соединения идеального конденсатора без потерь и активного сопротивления, которое и характеризует потери в объекте. При этом надо учитывать, что большие объекты могут обладать бо́льшими диэлектрическими потерями, поэтому для практики необходимо знать не абсолютную величину потерь, но в соотношении с их габаритами, поэтому вводится параметр:

$tg\delta =P/\omega \cdot C\cdot U^{2}$,

где $P$ — мощность диэлектрических потерь, $\omega$ — круговая частота $U$ - напряжения

Эта формула вытекает из рассмотрения прямоугольного векторного треугольника токов, где один из катетов — ёмкостный ток, другой — активный ток, гипотенуза — суммарный ток, а угол δ, противолежащий катету активного тока и являющийся дополнительным углу φ (угол между полным током и напряжением его значение cosφ называется коэффициентом мощности). Отсюда следует, что величина tgδ не зависит от габаритов оборудования (с увеличением габаритов оборудования примерно одинаково увеличиваются диэлектрические потери и ёмкость).

Величина tgδ измеряется в процентах. На величину tgδ оказывает влияние температура изоляции и величина прикладываемого к ней напряжения, поэтому измерения проводят при некотором оговорённом напряжении, например, 10 кВ и в заданном интервале температур, обычно 10—30 °С.

Иногда измерения производят при пониженном напряжении. Измерение tgδ согласно ПУЭ необходимо производить:

• у трансформаторов тока 110 кВ и выше;
• для конденсаторов связи, отбора мощности и делительных;
• у вводов выключателей и трансформаторов, а также проходных изоляторов с внутренней основной маслобарьерной, бумажно — масляной и бакелитовой изоляцией;
• силовых масляных трансформаторов, автотрансформаторов;
• пробы трансформаторного масла перед заливкой, в процессе эксплуатации и перед включением нового оборудования — силовых маслонаполненных трансформаторов, измерительных маслонаполненных трансформаторов, маслонаполненных вводов.

С помощью моста Шеринга производят также лабораторные измерение тангенса дельта и ёмкости образцов изоляции.

Некоторые приборы с мостом Шеринга

Мосты Шеринга, выпускавшиеся в СССР:

• МД-16;
• Р-5026;
• Р-5026М.

Изготовитель ПО «Точэлектроприбор», г.Киев.

Литература

• Штерн В. И. Испытание масляных выключателей 6-35 кВ М.: Энергия, 1975 г.
• «Справочник по наладке электроустановок» под. ред. А. С. Дорофеюка, А. П. Хечумяна М.: Энергия, 1976 г.
• «Правила устройства электроустановок» М., «Энергоатомиздат», 1985 г.