介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)試驗(yàn)

1、第五節(jié)介質(zhì)損耗因數(shù)（tanS弒驗(yàn)字體大中小i 介質(zhì)損耗因數(shù)的物理意義絕緣介質(zhì)在交流電壓作用下會(huì)在絕緣介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生損耗，這些損耗包括絕緣介質(zhì)極化產(chǎn)生的損耗、絕緣介質(zhì)沿面爬電產(chǎn)生的損耗和絕緣介質(zhì)內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的損耗等。由于絕緣介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生了損耗，所以造成施加在絕緣介質(zhì)上的交流電壓與電流之間的功率因數(shù)角不再是 90。我們把功率因數(shù)角的余角稱為介質(zhì)損失角，并用介質(zhì)損耗因數(shù)（tan8）來表示絕緣系統(tǒng)電容的介質(zhì)損耗特性。1.1等效電路及電壓、電流相量圖絕緣介質(zhì)在交流電壓作用下產(chǎn)生介質(zhì)損耗的等效電路見圖 5-2。其施加電壓及介質(zhì)損耗電流的相量圖見圖 5-6。圖 5-2 和圖 5-6 可進(jìn)一步簡(jiǎn)化成圖 5-

2、7。palign=center-1圖 5-2 絕緣介質(zhì)的等效電路表 5-2 絕緣電阻測(cè)量結(jié)果產(chǎn)品規(guī)格絕緣電阻/MQ（每隔60s 測(cè)一次）kVA/kV15s602X603X604X605X606X607X608X609X6010X60ssssssssss2233700420045004900000/38.5(1820000C)0423470011.,520060006200000/60(21)3006002076012000230025002600000/63(25)5103185012300250027002800500/110(23C62)03607001230028003000320035

3、003900390039004000000/220(38C50)0370235000700075008000900010111212000000/220(22C00050000000000)015012270030003500370039003900400040004000000/330(32C30000)01202003400050006000700080009000900090009000000/500(28C000)021013420050006000700080009000101010000000/500(32C80050000000)0300133900470055006100670

4、07300780083008700000/500(31C60000)01.2介質(zhì)損耗因數(shù)（tan8）的表示方法由圖 5-7 等效電路圖和相量圖可知，絕緣介質(zhì)中的損耗可表示為 W=UIcos=UIR=UIctan6,所以 tan8=R/IC。為了便于比較，通常取 tan8=IR/ICX100%,即用 tan8 來表示相對(duì)的介質(zhì)損耗因數(shù)的大小。這樣可以消除絕緣介質(zhì)幾何尺寸差異造成的影響，便于比較和判定不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的絕緣性能。tan8 的電壓溫度特性tan8 與施加電壓的關(guān)系決定于絕緣介質(zhì)的性能、絕緣介質(zhì)工藝處理的好壞和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。當(dāng)絕緣介質(zhì)工藝處理良好時(shí)，外施電壓與 tan8 之間的關(guān)系近似一水平直

5、線，且施加電壓上升和下降時(shí)測(cè)得的 tan8值是基本重合的。當(dāng)施加電壓達(dá)到某一極限值時(shí)，tan8 曲線開始向上彎曲，見圖 5-8 曲線 1。如果絕緣介質(zhì)工藝處理得不好或絕緣介質(zhì)中殘留氣泡等，則絕緣介質(zhì)的 tan8 比良好絕緣時(shí)要大。另外，由于工藝處理不好的絕緣介質(zhì)在極低電壓下就會(huì)發(fā)生局部放電，所以，tan8 曲線就會(huì)較早地向上彎曲，且電壓上升和下降時(shí)測(cè)得的 tan8 值是不相重合的，見圖5-8 曲線 2。當(dāng)絕緣老化時(shí)，絕緣介質(zhì)的 tan8 反而比良好絕緣時(shí)要小，但 tan8 開始增長(zhǎng)的電壓較低，即 tan8 曲線在較低電壓下即向上彎曲，見圖 5-8 曲線 3。另外，老化的絕緣比較容易吸潮，一旦吸

6、潮，tan8 就會(huì)隨著電壓的上升迅速增大，且電壓上升和下降時(shí)測(cè)得的 tan8 值不相重合，見圖 5-8 曲線 4。2.2 溫度特性/iAi圖 5-6 絕緣介質(zhì)等值電流相量圖IC吸收電流的無功分量 IR吸收電流的有功分量一功率因數(shù)角 8介質(zhì)損失角/Cl(a)(b)圖 5-7 絕緣介質(zhì)簡(jiǎn)化等效電路和等值電流相量圖(a)等效電路(b)等值電流相量圖Cx一絕緣介質(zhì)的總電容 Rx絕緣介質(zhì)的總泄漏電阻 lex一絕緣介質(zhì)的總電容電流lRx一絕緣介質(zhì)的總泄漏電流tan8 隨溫度的上升而增加，其與溫度之間的關(guān)系與絕緣材料的種類、性能和產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)等有關(guān)，在同樣材料、同樣絕緣結(jié)構(gòu)的情況下與絕緣介質(zhì)的工藝干燥、吸

7、潮和老化程度有關(guān)。對(duì)于油浸式變壓器，在 10C40C 范圍內(nèi)，干燥產(chǎn)品的 tan8 增長(zhǎng)較慢；溫度高于 40C,則 tan8的增長(zhǎng)加快，溫度特性曲線向上逐漸彎曲。為了比較產(chǎn)品不同溫度下的 tan8,GB/T6451-1999 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同溫度 t 下測(cè)量的 tan8 的換算公式。tan2=tan811.3i-t2)/io(5-2)式中 tan2油溫為 t2時(shí)的 tg8 值，%;tan1油溫為 t1時(shí)的 tg8 值，。tan8 測(cè)量方法測(cè)量?jī)x器及測(cè)量電壓變壓器、互感器等產(chǎn)品的介質(zhì)損耗因數(shù)（tan8）測(cè)量較多的電橋型號(hào)有國(guó)產(chǎn) QS1 型 （變壓器 tan8 測(cè)量多采用此電橋）和瑞士進(jìn)口 28

8、01 型。兩種電橋的基本原理是一樣的（見圖 5-9）,不同的是 2801 型電橋的 R4 可以調(diào)節(jié)，且主橋外帶有一套 2911 型自動(dòng)電位調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器可以自動(dòng)消除不利的接地和測(cè)量導(dǎo)線局部電容tan8 測(cè)量的影響。2801 型電橋的測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度為：使用橋內(nèi)測(cè)量元件和 100pF 標(biāo)準(zhǔn)電容器時(shí)，電容測(cè)量范圍為 0.01pF11 口，測(cè)量準(zhǔn)確度為0.05%;tan8 測(cè)量范圍為 0350%，測(cè)量準(zhǔn)確度為0.5%。Cx一被測(cè)產(chǎn)品等效電容 CN標(biāo)準(zhǔn)電容器 R3、八 R4一可變橋臂電阻 C4一可變橋臂電容G5511（5512）電子式零指示器（2801 電橋）還有一類電容和介損測(cè)量?jī)x在變壓器、互感器

9、等產(chǎn)品的介損 tan8 測(cè)量中應(yīng)用很廣。這種測(cè)量?jī)x采用矢量電流法測(cè)量電容和介質(zhì)損耗因數(shù)。其原理是將 CN和 Cx 兩個(gè)回路電流輸入測(cè)量?jī)x后，經(jīng)微處理器進(jìn)彳 T 數(shù)字運(yùn)算，得到電容 Cx和其介質(zhì)損耗因數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。典型儀器有進(jìn)口的 2876 電橋、2818 電容介損測(cè)量?jī)x和國(guó)產(chǎn)的 2518 介質(zhì)損耗測(cè)試儀。這類測(cè)試儀測(cè)量準(zhǔn)確度比 2801 電橋稍低，但實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)測(cè)量，操作簡(jiǎn)單，適合于生產(chǎn)性試驗(yàn)測(cè)量。tan8 測(cè)量電壓：對(duì)于額定電壓 6kV 及以下電壓等級(jí)的產(chǎn)品（當(dāng)要求測(cè)量 tan8 時(shí)），取額定電壓；對(duì)于額定電壓為 10kV35kV 電壓等級(jí)的產(chǎn)品（當(dāng)要求測(cè)量 tan8 時(shí)）取 10

10、kV;對(duì)于額定電壓為 63kV 及以上電壓等級(jí)的產(chǎn)品取10kV,但最高不應(yīng)超過產(chǎn)品最低電壓繞組額定電壓的 60%。正接法測(cè)量西林電橋正接法只能測(cè)量?jī)蓸O對(duì)地絕緣的產(chǎn)品，如電流互感器、套管等，原理線路圖見圖 5-10。測(cè)量方法和步驟如下。（1）預(yù)估試品電容和測(cè)量 tan8 電壓下的電容電流，并根據(jù)試品電容和電容電流的大小選擇合適的電橋分流器和橋臂電阻 R4（QS1 型電橋 R4等于 10000/兀）。（2）按圖 5-10 線路接線，并經(jīng)認(rèn)真檢查無誤后，先施加較低電壓進(jìn)行測(cè)量，然后再升壓至測(cè)量般均采用高壓西林電橋。使用比圖 5-9 高壓西林電橋原理線路圖電壓進(jìn)行測(cè)量。（3）測(cè)量時(shí)首先調(diào)節(jié)電橋的橋臂電

11、阻 R3,使電橋基本達(dá)到平衡，然后再調(diào)節(jié)電橋的橋臂電容 C4和橋臂微調(diào)電阻 r,使電橋完全達(dá)到平衡。（4）讀取、記錄電橋 R3（r）和 C4測(cè)量值，然后根據(jù)電橋 R4的取值和標(biāo)準(zhǔn)電容器 CN的電容值計(jì)算試品的電容和 tan8%。試品電容 Cx的計(jì)算公式為：=%焉（5-3）Cj（二QS1 電橋試品 tan8 的計(jì)算公式為：tan8=R3C4（5-4）當(dāng) R4 取 1000/兀 Q,C4 取。時(shí)，tanS=0.1C4,tanS%=10C4；圖 5-10 正接法測(cè)量原理線路圖PT電壓互感器 V電壓表 Utan 渤 U 量電壓當(dāng) R4 取 10000/TtQ,C4 取。時(shí)，tanS=C4,tan8%=

12、100C4。反接法測(cè)量對(duì)于變壓器來說，由于其油箱是直接落在地面上的，所以測(cè)量繞組對(duì)地的介質(zhì)損耗因數(shù)（tan8 不能采用正接法，只能采用反接法，原理線路圖見圖 5-11。測(cè)量方法和步驟同正接法。但由于反接法測(cè)量時(shí)橋臂電阻 R3、r、R4和 C4均處于高電位，因此，是用絕緣桿把操作元件引到電橋接地蓋子上進(jìn)行操作的（或人站在？10kV 絕緣臺(tái)子上操作），故測(cè)量時(shí)必須時(shí)刻注意安全。4 幾點(diǎn)分析(1)由于變壓器的 tan8 與產(chǎn)品使用的變壓器油、絕緣材料的種類和性能以及產(chǎn)品制造工藝有關(guān)，所以，不能用一種簡(jiǎn)單的關(guān)系來代表所有的情況。(2)由于變壓器的 tan8 只能用來判斷絕緣的整體特性，對(duì)判斷絕緣的局部缺陷是不靈敏的，所以，此