關(guān)于介質(zhì)損耗測試

1、關(guān)于介質(zhì)損耗的一些基本概念 1、介質(zhì)損耗什么是介質(zhì)損耗：絕緣材料在電場作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失，簡稱介損。2、介質(zhì)損耗角在交變電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電流相量和電壓相量之間的夾角(功率因數(shù)角)的余角()。 簡稱介損角。3、介質(zhì)損耗正切值tg又稱介質(zhì)損耗因數(shù)，是指介質(zhì)損耗角正切值，簡稱介損角正切。介質(zhì)損耗因數(shù)的定義如下:如果取得試品的電流相量 和電壓相量 ，則可以得到如下相量圖：總電流可以分解為電容電流Ic和電阻電流IR合成，因此：這正是損失角=(90°-)的正切值。因此現(xiàn)在的數(shù)字化儀器從本質(zhì)上講，是通過測量或者得到介損因數(shù)。測量

2、介損對判斷電氣設(shè)備的絕緣狀況是一種傳統(tǒng)的、十分有效的方法。絕緣能力的下降直接反映為介損增大。進(jìn)一步就可以分析絕緣下降的原因，如：絕緣受潮、絕緣油受污染、老化變質(zhì)等等。測量介損的同時，也能得到試品的電容量。如果多個電容屏中的一個或幾個發(fā)生短路、斷路，電容量就有明顯的變化，因此電容量也是一個重要參數(shù)。4、功率因數(shù)cos功率因數(shù)是功率因數(shù)角的余弦值，意義為被測試品的總視在功率S中有功功率P所占的比重。功率因數(shù)的定義如下:有的介損測試儀習(xí)慣顯示功率因數(shù)(PF:cos)，而不是介質(zhì)損耗因數(shù)(DF:tg)。一般cos<tg，在損耗很小時這兩個數(shù)值非常接近。5、高壓電容電橋高壓電容電橋的標(biāo)準(zhǔn)通道輸入標(biāo)

3、準(zhǔn)電容器的電流、試品通道輸入試品電流。通過比對電流相位差測量tg，通過出比電流幅值測量試品電容量。因此用電橋測量介損還需要攜帶標(biāo)準(zhǔn)電容器、升壓PT和調(diào)壓器。接線也十分煩瑣。國內(nèi)常見高壓電容電橋有：型 號生產(chǎn)廠家性 能2801Haefely西林電橋，手動調(diào)節(jié)，介損相對誤差0.5%，試驗(yàn)室使用。其改進(jìn)型為2809A。QS30上海滬光廠電流比較儀電橋，手動調(diào)節(jié)，介損相對誤差0.5%±0.00005，試驗(yàn)室使用。QS1上海電表廠西林電橋，手動調(diào)節(jié)，介損相對誤差10%±0.003，現(xiàn)場測量用。支持正反接線，移相或到相抗干擾。AI-6000分體型泛華電子自動調(diào)節(jié)，紅外線遙控，介損相對誤

4、差0.2%±0.00005，現(xiàn)場或試驗(yàn)室用。支持正反接線，移相或倒相抗干擾。配合變頻電源可變頻抗干擾。6、高壓介質(zhì)損耗測量儀簡稱介損儀，是指采用電橋原理，應(yīng)用數(shù)字測量技術(shù)，對介質(zhì)損耗角正切值和電容量進(jìn)行自動測量的一種新型儀器。一般包含高壓電橋、高壓試驗(yàn)電源和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器三部分。AI-6000利用變頻抗干擾原理，采用傅立葉變化數(shù)字波形分析技術(shù)，對標(biāo)準(zhǔn)電流和試品電流進(jìn)行計(jì)算，抑制干擾能力強(qiáng)，測量結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定。國內(nèi)常見高壓介質(zhì)損耗測量儀有：型 號生產(chǎn)廠家性 能2816Haefely高壓輸出12kV/200mA,介損誤差1±0.0001(抗干擾方式、指標(biāo)不祥，估計(jì)是移相),正反接

5、線方式，C / L / R測量，總重量104kg。M4000DOBLE高壓輸出10kV/300mA,介損誤差1±0.0004(變頻抗干擾，20倍）,正反接線方式，C / L / R測量，筆記本W(wǎng)INDOWS，4570Hz，重量66kg。AI-6000泛華電子10kV/200mA，介損誤差1±0.0004，變頻法4565Hz，抗干擾2：1，正、反（含高、低壓側(cè)屏蔽）接線方式，CVT自激法，C / L / R測量，模擬西林電橋和電流比較儀電橋，試驗(yàn)室介損精度達(dá)到精密電橋標(biāo)準(zhǔn)，29kg。7、外施使用外部高壓試驗(yàn)電源和標(biāo)準(zhǔn)電容器進(jìn)行試驗(yàn)，對介損儀的示值按一定的比例關(guān)系進(jìn)行計(jì)算得到測

6、量結(jié)果的方法。8、內(nèi)施使用介損儀內(nèi)附高壓電源和標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行試驗(yàn)，直接得到測量結(jié)果的方法。9、正接線用于測量不接地試品的方法，測量時介損儀測量回路處于地電位。10、反接線用于測量接地試品的方法，測量時介損儀測量回路處于高電位，他與外殼之間承受全部試驗(yàn)電壓。11、常用介損儀的分類現(xiàn)常用介損儀有西林型和M型兩種，QS1和AI-6000為西林型。12、常用抗干擾方法在介質(zhì)損耗測量中常見抗干擾方法有三種： 倒相法、移相法和變頻法。AI-6000采用變頻法抗干擾，同時支持倒相法測量。13、準(zhǔn)確度的表示方法tg：±（1%D+0.0004）Cx： ±（1%C+1pF）+前表示為相對誤差，+后

7、表示為絕對誤差。相對誤差小表示儀器的量程線性度好，絕對誤差小表示儀器的誤差起點(diǎn)低。校驗(yàn)時讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值的差應(yīng)小于以上準(zhǔn)確度，否則就是超差。14、抗干擾指標(biāo)抗干擾指標(biāo)為滿足儀器準(zhǔn)確度的前提下，干擾電流與試驗(yàn)電流的最大比例，比例越大，抗干擾性能越好。AI-6000在200%干擾（即I干擾 / I試品2）下仍能達(dá)到上述準(zhǔn)確度。介損與頻率的關(guān)系及變頻測量原理 （泛華電子） 1、變頻測量原理干擾十分嚴(yán)重時，變頻測量能得到準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。例如用55Hz測量時，測量系統(tǒng)只允許55Hz信號通過，50Hz干擾信號被有效抑制，原因在于測量系統(tǒng)很容易區(qū)別不同頻率，由下述簡單計(jì)算可以說明選頻測量的效果：兩個頻率相差1倍

8、的正弦波疊加到一起，高頻的是干擾，幅度為低頻的10倍：Y=1.234sin(x+5.678°)+12.34sin(2x+87.65°)在x=0/90/180/270°得到4個測量值Y0=12.4517，Y1= -11.1017，Y2=12.2075，Y3= -13.5576，計(jì)算A=Y1 - Y3=2.4559，B=Y0 - Y2=0.2442，則：這剛好是低頻部分的相位和幅度，干擾被抑制。實(shí)際波形的測量點(diǎn)多達(dá)數(shù)萬，計(jì)算量很大，結(jié)果反映了波形的整體特征。2、頻率和介損的關(guān)系任何有介損的電容器都可以模擬成RC串聯(lián)和并聯(lián)兩種理想模型： (1) 并聯(lián)模型 認(rèn)為損耗是與電

9、容并連的電阻產(chǎn)生的。這種情況RC兩端電壓相等：有功功率 ，無功功率 ，因此 并聯(lián)模型其中2f，f為電源頻率?？梢?，如果用真正用一個純電阻和一個純電容模擬介損的話，它與頻率成反比。當(dāng)R=時，沒有有功功率，介損為0。這種方法常用于試驗(yàn)室模擬10以上的大介損，或用于制做標(biāo)準(zhǔn)介損器。(2) 串聯(lián)模型認(rèn)為損耗是與電容串連的電阻產(chǎn)生的。這種情況電路的電流相等：有功功率 ，無功功率 ，因此 串聯(lián)模型由上分析可知，串聯(lián)模型tg=2fRC，并聯(lián)模型tg=1/(2fRC)，R和C基本不變，f是變化量。把45Hz、50Hz、55Hz分別代入公式，可看到tg分別隨頻率f成正比和反比。如下圖所示，f對完全正比和完全反比

10、兩種模型影響較大。但實(shí)際電容器是多種模型交織的混合模型，此時f的影響就小。3. 實(shí)際電容試品： (1) 固定頻率下測量實(shí)際電容試品在一個固定頻率下，即可以用串連模型也可以用并聯(lián)模型表示。例如50Hz下，下面兩個電路對外呈現(xiàn)的特性完全一樣：不同的電橋測量這兩個試品，其介損都是31.4，但西林電橋（2801或QS1）測量的電容量是10000pF，電流比較儀電橋（如QS30）測量的電容量是9101.7pF。這是因?yàn)?801電橋認(rèn)為試品損耗是串連模型，QS30認(rèn)為試品是并聯(lián)模型。通常認(rèn)為并聯(lián)模型更接近實(shí)際情況，這是因?yàn)橛泄﹄娏鞔┻^電極之間的絕緣層，更象是損耗電阻并聯(lián)在電極之間，而電極本身電阻為零，沒有

11、損耗。實(shí)際上當(dāng)介損在10以下時，這種電容量的差別是很小的。(2) 變頻測量從事現(xiàn)場試驗(yàn)的專家都有這樣的經(jīng)驗(yàn)：使用傳統(tǒng)儀器，如QS1，在干擾嚴(yán)重的現(xiàn)場環(huán)境下測量介損，采用移相、倒相方法反復(fù)測量，仍無法使電橋平衡。隨著電壓等級提高，干擾越來越嚴(yán)重。這種情況下變頻測量是一個很好的、甚至是唯一的選擇。變頻測量的抗干擾能力比移相、倒相法提高一個數(shù)量級以上。這好比兩個電臺在同一個頻率上，很難將另一個信號抑制掉，但如果兩個電臺的頻率不同，則很容易區(qū)分。4、自動變頻與50Hz等效變頻測量受到的唯一懷疑是頻率的等效性。按上述模型，介損是隨頻率變化的。例如50Hz下1的介損，采用55Hz測量。串聯(lián)模型的測量結(jié)果變

12、成1.1(正比)，并聯(lián)模型測量結(jié)果變成0.91%（反比）。雖然這樣的誤差可能滿足現(xiàn)場測量的要求，但誤差還是偏大。為了解決這個問題，我們首先提出了雙變頻測量原理：在50Hz對稱位置45Hz和55Hz各測量一次，然后將測量數(shù)據(jù)平均，使誤差大大減小。理論分析結(jié)果如下表所示：模型50Hz真實(shí)介損45Hz測量介損55Hz測量介損平均串連109111并聯(lián)1111109091010可見最大誤差發(fā)生在并聯(lián)模型，相對誤差1。以上分析表明，采用雙變頻測量，即發(fā)揮了變頻測量的高抗干擾能力，理論上的最大相對誤差也小于1，可以滿足現(xiàn)場測量需要。也可以采用47.5Hz、52.5Hz雙變頻測量，理論誤差將減少到0.25，但

13、這時的抗干擾能力肯定不如45Hz、55Hz好。實(shí)際測量顯示，變頻測量的數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定，重復(fù)性特別好。試驗(yàn)室校驗(yàn)也顯示了很好的精度指標(biāo)。目前變頻測量的原理已經(jīng)得到普遍認(rèn)可。測量介損時常用的抗干擾方法 （泛華電子） 1、干擾源介損測量受到的主要干擾是感應(yīng)電場產(chǎn)生的工頻電流。無論何種測量方式，它都會進(jìn)入橋體：一般介損儀都能抗磁場干擾，因?yàn)閮?nèi)部的升壓變壓器就是一個強(qiáng)烈的磁場干擾源。2、倒相法測量一次介損，然后將試驗(yàn)電源倒相180度再測量一次，然后取平均值。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量之間干擾電流或試品電流的幅度會發(fā)生波動，會引起明顯誤差。一般干擾電流不超過試驗(yàn)電流2時，這

14、種方法是很有效的。3、移相法一種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，再配合倒相測量，能大大提高測量精度。另一種方法是采用小功率移相電源，從R3橋臂上抵消干擾電流，再配合倒相測量，能大大提高測量精度。通常在升壓之前先檢測干擾電流的大小和方向，然后調(diào)整移相電源。由于測量過程中無法再了解干擾的信息，因此測量過程中干擾或電源發(fā)生相位波動，仍會引起明顯誤差。一般干擾電流不超過試驗(yàn)電流20時，這種方法是很有效的。4、變頻法干擾十分嚴(yán)重時，變頻測量能得到準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。例如用55Hz測量時，測量系統(tǒng)只允許55Hz信號通過，50Hz干擾信號被

15、有效抑制，原因在于測量系統(tǒng)很容易區(qū)別不同頻率，由下述簡單計(jì)算可以說明變頻測量的效果：兩個頻率相差1倍的正弦波疊加到一起，高頻的是干擾，幅度為低頻的10倍：Y=1.234sin(x+5.678°)+12.34sin(2x+87.65°)在x=0/90/180/270°得到4個測量值Y0=12.4517，Y1= -11.1017，Y2=12.2075，Y3= -13.5576，計(jì)算A=Y1 - Y3=2.4559，B=Y0 - Y2=0.2442，則：這剛好是低頻部分的相位和幅度，干擾被完全抑制。變頻測量時，儀器需要知道的唯一信息是干擾頻率。因?yàn)閮x器供電頻率就是干擾頻

16、率，整個電網(wǎng)的頻率是一樣的。儀器在測量中可以動態(tài)實(shí)時跟蹤干擾頻率，將數(shù)字濾波器的吸收點(diǎn)時刻調(diào)整到干擾頻率上。而干擾信號的幅值和相位變化對這種測量是沒有影響的。用AI-6000D做不拆高壓引線的CVT自激法測量試驗(yàn)及電位 （泛華電子） 用AI-6000D做CVT自激法測量非常方便，可按下圖接線。如果C1是單節(jié)電容，母線不能接地；如果C1是多節(jié)電容，高壓引線可不拆，母線也可接地，C11和C12可用常規(guī)正反接線測量，C13和C2用自激法測量。 一、接線方法如下圖：二、測量過程及電位CVT自激法測量中，儀器先測量C13，然后自動倒線測量C2，并自動校準(zhǔn)分壓影響。測C13時，高壓線芯線和屏蔽帶高壓，CX線芯線和屏蔽都是低壓。測C2時，高壓線芯線和屏蔽、CX線芯線和屏蔽都是低壓。三、為什么先測量C13，再測量C2大家知道，C13電容量較小，約2萬pF；c2電容量較大，至少4萬pF；CN為50pF標(biāo)準(zhǔn)電容器。測量C13時，C2和內(nèi)CN串連當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)電容器，根據(jù)電容串聯(lián)公式C串=(C2CN)/(C2+CN)，由于C2>>CN，