介損測(cè)試原理及應(yīng)用

1、主講：主講： 李李 炯炯手機(jī)：手機(jī)：OPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.測(cè)量介質(zhì)損耗因素的意義被測(cè)試品的無功功率被測(cè)試品的有功功率介質(zhì)損耗因數(shù)100QP)tg(COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.測(cè)量介質(zhì)損耗因素的意義COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.測(cè)量介質(zhì)損耗因素的意義COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.測(cè)量介質(zhì)損耗因素的意義 西林電橋

2、 （如QS1）COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg 電流比較儀電橋 （如QS30） 數(shù)字型高壓介損測(cè)試儀（目前廣泛使用的介損儀）介質(zhì)損耗測(cè)量電橋分類介質(zhì)損耗測(cè)量電橋分類COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg QS1QS1電橋是電橋是8080年代以前廣泛使用的現(xiàn)年代以前廣泛使用的現(xiàn)場(chǎng)介損測(cè)試儀器。試驗(yàn)時(shí)需配備外部標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)介損測(cè)試儀器。試驗(yàn)時(shí)需配備外部標(biāo)準(zhǔn)電容器（如電容器（如BR16BR16型標(biāo)準(zhǔn)電容器），以及型標(biāo)準(zhǔn)電容器），以及1

3、0kV10kV升壓器及電源控制箱。需要調(diào)節(jié)平衡，升壓器及電源控制箱。需要調(diào)節(jié)平衡，結(jié)果需要換算，使用不太方便。結(jié)果需要換算，使用不太方便。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg 高壓西林電橋是由：交流阻抗器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、檢流計(jì)、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等組成。 調(diào)節(jié)R3、C4使電橋平衡，此時(shí)a、b兩點(diǎn)電壓幅值相位完全相等，即R3、C4兩端電壓相等。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg因?yàn)榻涣麟娐分须娙葑杩篂殡娐分蠷4、C4的并聯(lián)阻抗為兩者

4、倒數(shù)和的倒數(shù)按阻抗元件分壓原理，不難得到：COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg經(jīng)過運(yùn)算，按復(fù)數(shù)相等實(shí)部、虛部分別相等的規(guī)定可得到： 按串連模型介損定義：,由于R4是固定的3184，頻率是50Hz、C4單位為F時(shí)，tg=C4，因此可以在C4刻度盤上直接讀出介損，通過R3、R4、Cn可以計(jì)算Cx。 現(xiàn)場(chǎng)使用QS1電橋時(shí)，需要先將升壓裝置，標(biāo)準(zhǔn)電容器和電橋等進(jìn)行連線，然后調(diào)節(jié)R3和C4，使得檢流計(jì)指示為零。這時(shí)電橋平衡。讀得C4值即為tg值，R3值經(jīng)過計(jì)算可得出被試品電容值。現(xiàn)場(chǎng)操作使用比較麻煩，抗干擾能力差，已經(jīng)

5、不能適應(yīng)現(xiàn)在電氣試驗(yàn)工作的需要。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg 電流比較儀電橋的工作原理是采用安匝平衡的原理。平衡過程見右圖，當(dāng)交流電源加在試品、標(biāo)準(zhǔn)電容器和電橋及地之間，在試品上產(chǎn)生一個(gè)電流Ix，在標(biāo)準(zhǔn)電容器上也產(chǎn)生一個(gè)電流In，當(dāng)兩個(gè)電流流過Wx、Wn時(shí)，由于Ix、In兩個(gè)電流的相位、幅值不相同，使Wd 有電流Id產(chǎn)生，通過調(diào)整Wx、Wn、C、R使Ix、In兩個(gè)電流的幅值相同，相位相反。特特 點(diǎn)點(diǎn)COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因

6、數(shù)（因數(shù)（tgtg 數(shù)字式介損測(cè)試儀基本測(cè)量原理是基于傳統(tǒng)西林電橋的原理基礎(chǔ)上，測(cè)量系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)側(cè)R4和被試側(cè)R3分別將流過標(biāo)準(zhǔn)電容器和被試品的電流信號(hào)進(jìn)行高速同步采樣，經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路測(cè)量得到兩組信號(hào)波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)計(jì)算處理中心分析，分別得出標(biāo)準(zhǔn)側(cè)和被試側(cè)正弦信號(hào)的幅值、相位關(guān)系，從而計(jì)算出被試品的電容量及介損值。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg介損值可通過測(cè)量Ux和Un之間的相位計(jì)算出tg得到。測(cè)量相位有很多方法，如過零比較法、波形分析法（FFT）等，也可采用測(cè)量有功分量與無功分量來求tg特點(diǎn)：

7、特點(diǎn)： 智能型電橋的測(cè)量回路還是一個(gè)橋體。R3、R4兩端的電壓經(jīng)過A/D采樣送到計(jì)算機(jī)，求得:進(jìn)一步可求得被試品的電容量COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg 顯示控制單元人機(jī)界面，控制儀器的測(cè)量過程可程控的電子調(diào)壓10kV高壓電源產(chǎn)生測(cè)量用的高壓電源一般可以從0.5kV-10kV連續(xù)平緩升壓測(cè) 量 部 分完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)回路和被試回路電流信號(hào)實(shí)時(shí)同步采樣，由計(jì)算機(jī)分析計(jì)算出tg及電容量。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg 試品不

8、接地，橋體E端接地，在需要屏蔽的場(chǎng)合，E端也可用于屏蔽。此時(shí)橋體處于地電位， R3、C4 可安全調(diào)節(jié)。 各種介損測(cè)試儀器正接線接線方法基本一致。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg 這是一種標(biāo)準(zhǔn)反接線接法，在試品接地，橋體U端接地，E端為高壓端，在需要屏蔽的場(chǎng)合，E端也可用于屏蔽。此時(shí)橋體處于高電位， R3、C4 需通過絕緣桿調(diào)節(jié)。 這種方式橋體處于高電位，儀器內(nèi)部高低壓之間需要做好絕緣防護(hù)措施。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（

9、tgtg 這是一種采用側(cè)接線代替反接線的接法，在試品一端接地（a點(diǎn)），E端為屏蔽端，U端為高壓端。此時(shí)橋體處于低電位， R3、C4可以安全調(diào)節(jié)。 這種方式高壓電源、高壓線對(duì)地電容都將經(jīng)過R3回路與真正的試品電流混雜到一起，極易受到干擾。為提高精度，需要雙層屏蔽，消除內(nèi)部和外部干擾。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg 使橋體處于地電位，又能克服側(cè)接線易受干擾的缺陷的另一個(gè)方法就是使用高壓隔離電流傳感器（如采用光纖、電磁隔離）。采用高精度高壓傳感器，將高壓側(cè)采集的信號(hào)傳遞到低壓側(cè)進(jìn)行分析，使得測(cè)量單元始終處于低

10、電位，既保證了準(zhǔn)確性，又保證了安全。 此方法電流傳感器的精度會(huì)給測(cè)量帶來一定附加誤差。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg 對(duì)于電容式電壓互感器的分壓單元，由于C1和C2連接處是封閉的，不能直接采用正接線測(cè)試，如果測(cè)量C1和C2的串聯(lián)值。由于與中間變壓器對(duì)地電容跟C1和C2形成“T形網(wǎng)絡(luò)”，如果中間變壓器介損較大，可能出現(xiàn)負(fù)值。因此應(yīng)采用自激磁法進(jìn)行測(cè)試。 采用自激磁法測(cè)試C1原理如右圖：COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg

11、 測(cè)量C1時(shí)，C2與標(biāo)準(zhǔn)電容CN串聯(lián)，由于C2CN,串聯(lián)后標(biāo)準(zhǔn)臂電容CN，介損也取決于CN可看作零。通過二次繞組加壓在中間變壓器一次側(cè)感應(yīng)出高壓施加于試品上進(jìn)行測(cè)量。由于二次繞組容量及電容尾端絕緣水平限制，施加電壓不能超過3000V。一般采用2500V測(cè)量。 測(cè)量C2原理與測(cè)量C1時(shí)相同。如右圖所示。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介質(zhì)損耗因數(shù)（因數(shù)（tgtg 由于C1較C2電容量要小，所以測(cè)量C2時(shí)，C1與Cn串聯(lián)等效的誤差就比較大。為了減小這種測(cè)量誤差，我們?cè)跍y(cè)量C2的時(shí)候，以C1作為電橋的標(biāo)準(zhǔn)電容器，這樣可測(cè)得C2相對(duì)C1的容

12、量比及相對(duì)介損值，由于第一次已經(jīng)將C1的介損及電容量測(cè)出，通過C1就可以推算出C2的值。 另外用于串聯(lián)C1與標(biāo)準(zhǔn)電容器導(dǎo)線的對(duì)地電容與C1、Cn形成了T型網(wǎng)絡(luò)，對(duì)測(cè)量精度有影響。為了減小這種影響，一般可以采用將導(dǎo)線懸空減小對(duì)地電容的辦法，目前有些儀器已經(jīng)加了補(bǔ)償算法。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.抗干擾方法 介損測(cè)量受到的主要干擾是感應(yīng)電場(chǎng)產(chǎn)生的工頻電流。無論何種測(cè)量方式，它都會(huì)進(jìn)入橋體：COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.抗干擾方法 測(cè)量一次介損，然后將試驗(yàn)電源倒相180

13、度再測(cè)量一次，取平均值。 倒相法是抗干擾最簡單的方法，也是效果最差的方法。因?yàn)閮纱螠y(cè)量之間干擾電流或試品電流的幅度會(huì)發(fā)生波動(dòng)，會(huì)引起明顯誤差。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.抗干擾方法 另一種工頻抗干擾方法是采用大功率移相電源，調(diào)整試驗(yàn)高壓的相位，使試品電流與干擾電流方向相同或相反，這樣干擾電流影響減小，再配合倒相測(cè)量，能大大提高測(cè)量精度。 再一種方法是采用小功率調(diào)幅調(diào)相信號(hào)源，從R3橋臂上抵消干擾電流（干擾抵償法），再配合倒相測(cè)量，能大大提高測(cè)量精度。這種方法也是采用工頻抗干擾的最佳方法。COPYRIGHT(C) WWW.SCEE

14、C.COM ALL RIGHTS RESERVED.抗干擾方法 干擾十分嚴(yán)重時(shí)，變頻測(cè)量能顯示更強(qiáng)的抗干擾能力。例如用55Hz測(cè)量時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)采用了數(shù)字濾波技術(shù)，只允許55Hz信號(hào)通過，50Hz干擾信號(hào)被有效抑制。 變頻測(cè)量時(shí)，儀器對(duì)流過標(biāo)準(zhǔn)電容的電流In和被試品的電流Ix進(jìn)行實(shí)時(shí)同步采樣。得到兩組包含有干擾及信號(hào)源的混合信號(hào)，儀器再運(yùn)用快速傅立葉變換算法，將混合信號(hào)中信號(hào)源的信號(hào)（如55Hz信號(hào)）與干擾源（如50Hz信號(hào)）信號(hào)分離。這樣就很容易把我們關(guān)心的信號(hào)源信號(hào)分離出來。達(dá)到了抗干擾的目的。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.抗干

15、擾方法 由于介損值與試驗(yàn)頻率有關(guān)，為了更好地與50Hz下的介損值等效，通常儀器分別的50Hz5Hz進(jìn)行兩次測(cè)量，再取平均值得到等效50Hz的介損值。為了使試驗(yàn)頻率更接近50Hz，有時(shí)也采用50Hz2.5Hz進(jìn)行測(cè)量。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.影響tg的因素 介質(zhì)損耗因素不僅受到設(shè)備缺陷和電磁場(chǎng)干擾的影響，還受到溫度、電壓頻率等的影響。1、溫度的影響 tg與溫度的關(guān)系，隨著介質(zhì)的組成成分和結(jié)構(gòu)的不同而有顯著差異。中性或弱極性分子組成的介質(zhì)，損耗主要來源于電導(dǎo)損耗，所以tg將隨著溫度的升高而增大。對(duì)于極性分子組成的介質(zhì)（固體或液體

16、），其溫度特性如圖所示。 一般不能將某一溫度下所測(cè)的tg準(zhǔn)確換算至另一溫度下的數(shù)值。目前一些換算方法所得的數(shù)據(jù)也是近似值。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.影響tg的因素2、頻率的影響 tg與頻率的關(guān)系如圖所示。當(dāng)頻率為零時(shí)，tg亦為零。在一定的頻率范圍內(nèi)，tg隨著頻率的增加而增加。當(dāng)頻率再增高時(shí)，則因時(shí)間太快，極化不完全，介質(zhì)損耗將隨著頻率的增加而減小。由于電氣設(shè)備均處于50Hz的工作頻率下，所以tg試驗(yàn)所采用的電源也應(yīng)滿足工頻范圍。在異頻下測(cè)量時(shí)應(yīng)考慮頻率對(duì)介損的影響。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL

17、RIGHTS RESERVED.影響tg的因素3、電壓的影響 tg與電壓典型的關(guān)系曲線如圖所示。當(dāng)外加電壓升高時(shí)，tg與電壓無直接的關(guān)系，只有在電壓上升到某一數(shù)值時(shí)，即達(dá)到介質(zhì)的局部放電起始電壓以上時(shí)，tg才急劇增加。因?yàn)樵谝欢ǖ慕蛔冸妷鹤饔孟?，介質(zhì)中局部電場(chǎng)可能很強(qiáng)，從而首先放電，產(chǎn)生附加損耗，使tg隨著電壓的升高而增加。因此在較高電壓下測(cè)量tg時(shí)，可以檢查出絕緣中是否夾雜有氣隙等缺陷。所以必要時(shí)可以做額定電壓下的介損試驗(yàn)，便于發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣缺陷COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介損測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)使用注意事項(xiàng)Text in hereText in here如內(nèi)接、外接、正接線、反接線、自激法CVT測(cè)量等常規(guī)介損一般10kV，額定電壓介損根據(jù)要求確定常規(guī)介損一般5uA1A，高壓介損需要更大測(cè)試電流現(xiàn)場(chǎng)用一般（1%讀數(shù)+0.05%）,實(shí)驗(yàn)室用需要更高要求工頻抗干擾或變頻抗干擾COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介損測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)使用注意事項(xiàng)Text in hereText in here可能掛鉤或測(cè)試夾子接觸不良，接地不良等。儀器接地應(yīng)盡量靠近被試品。另外判斷是否受到強(qiáng)干擾影響。通常測(cè)量電容很小的試品時(shí)受到T型網(wǎng)絡(luò)影響，通過改變測(cè)試線