電橋測量介損的原理課件

電橋測量介損的原理----簡述AI-6000介質損耗測量儀的原理和用法

一、變頻測量的等效性1、介質的兩種模型及與頻率的關系 含有介損的電容器都可以模擬成RC串聯(lián)和并聯(lián)兩種理想模型進行分析：并聯(lián)模型： 認為損耗是與電容并連的電阻產生的。這種情況RC兩端電壓相等： 有功功率，無功功率，

因此 其中ω＝2πf，f為電源頻率?？梢?，如果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R=∞時，沒有有功功率，介損為0。 這種方法常用于試驗室模擬10％以上的大介損，或用于制做標準介損器。串聯(lián)模型：

認為損耗是與電容串連的電阻產生的。這種情況電路的電流相等： 有功功率，無功功率，

因此 可見，如果用真正用一個純電阻和一個純電容模擬介損的話，它與頻率成正比。當R=0時，沒有有功功率，介損為0。 這種方法常用于試驗室模擬10％以下的介損，或用于制做標準介損器。通常認為并聯(lián)模型更接近實際情況，這是因為有功電流穿過電極之間的絕緣層，更象是損耗電阻并聯(lián)在電極之間，而電極本身電阻為零，沒有損耗。

實際上當介損在10％以下時，這種電容量的差別是很小的。

從事現(xiàn)場試驗的專家都有這樣的經驗：使用傳統(tǒng)儀器，如QS1，在干擾嚴重的現(xiàn)場環(huán)境下測量介損，采用移相、倒相方法反復測量，仍無法使電橋平衡。

隨著電壓等級提高，干擾越來越嚴重。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。變頻測量變頻測量受到的唯一懷疑是頻率的等效性。按串聯(lián)或者并聯(lián)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)模型的測量結果變成1.1％(正比)，并聯(lián)模型測量結果變成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)據平均，使誤差大大減小。理論分析結果如下表所示：直接平均法：當然如果試品介損不隨頻率變化，則這幾種平均方法都沒有誤差。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。實際測量顯示，變頻測量的數(shù)據十分穩(wěn)定，重復性特別好。試驗室校驗也顯示了很好的精度指標。目前變頻測量的原理已經得到普遍認可。 2005年4月21日，我們在濟南500kV變電站強干擾下測量斷口電容（2400pF）和滅弧室（15pF），AI-6000讀數(shù)十分穩(wěn)定，而2816電橋只作出了電容量，因抗干擾不行，沒有測到介損數(shù)據。估計原因是移相抗干擾能力不行，而AI-6000則采用變頻抗干擾，其優(yōu)勢十分明顯。儀器結構儀器結構框圖測量電路：傅立葉變換、復數(shù)運算等全部計算和量程切換、變頻電源控制等。控制面板：打印機、鍵盤、顯示和通訊中轉。變頻電源：采用SPWM開關電路產生大功率正弦波穩(wěn)壓輸出。升壓變壓器：將變頻電源輸出升壓到測量電壓，最大無功輸出2kVA/1分鐘。標準電容器：內Cn，測量基準。Cn電流檢測：用于檢測內/外標準電容器電流，10μA~5A。輸入電阻<2Ω。Cx正接線電流檢測：只用于正接線測量，10μA~5A。輸入電阻<2Ω。Cx反接線電流檢測：只用于反接線測量，10μA~5A。輸入電阻<2Ω。反接線數(shù)字隔離通訊：采用精密MPPM數(shù)字調制解調器，將反接線電流信號送到低壓側。隔離電壓20kV。工作原理：

啟動測量后高壓設定值送到變頻電源，變頻電源用PID算法將輸出緩速調整到設定值，測量電路將實測高壓送到變頻電源，微調低壓，實現(xiàn)準確高壓輸出。根據正/反接線和內/外標準電容的設置，測量電路根據試驗電流自動選擇輸入并切換量程，測量電路采用傅立葉變換濾掉干擾，分離出信號基波，對標準電流和試品電流進行矢量運算，幅值計算電容量，角差計算tgδ。反復進行多次測量，經過排序選擇一個中間結果。測量結束，測量電路發(fā)出降壓指令變頻電源緩速降壓到0。 CVT測量：CVT隔離開關斷開，低壓隔離開關接通輸出低壓。測量C2時，CVT倒線開關接通，C2接入試品通道，用C1作標準電容測量C2。準確度 Cx： ±（讀數(shù)×1%+1pF） tgδ： ±（讀數(shù)×1%+0.00040） 例如介損讀數(shù)1.000％，按上式計算，誤差為±（1%×1.000％+0.00040）＝±0.05%，即實際介損可能在0.950％～1.050%之間。通常介損的數(shù)值都比較小，因此這個零點誤差起主要作用。AI-6000無干擾時控制零點誤差為0.00005，2：1干擾下控制介損波動量小于0.0002?？垢蓴_指標 抗干擾指標：在200%干擾（即I干擾/I試品≤2）下仍能達到上述準確度 用于現(xiàn)場測量的介損儀，必須具備良好的抗干擾能力?？垢蓴_能力應當定量描述，例如只說“抗22萬電場干擾或50萬電場干擾”，或者拿試驗室精度當作現(xiàn)場測量精度，或者隨意提高精度指標都是不可取的。實際上儀器的測量重復性也能夠反映抗干擾能力，如果重復性很好，必然說明抗干擾能力強。由于A/D位數(shù)限制，干擾進一步增大時，會導致有用信號的有效數(shù)字位數(shù)降低，引起A/D的量化效應，使測量數(shù)據產生波動。我們目前已經掌握了抵抗20倍以上干擾的方法。由于還沒有發(fā)現(xiàn)超過2倍的干擾，因此暫時沒有啟用這個功能。

安全性能多種安全保護措施，確保人身和試驗設備安全高壓保護：試品短路、擊穿或高壓電流波動，能以短路方式高速切斷輸出。低壓保護：誤接380V，電源波動或突然斷電，啟動保護，不會引起過電壓。接地保護：儀器接地失靈使外殼帶危險電壓時，啟動接地保護。CVT：高壓電壓和電流、低壓電壓和電流四個保護限，不會損壞設備；誤選菜單不會輸出激磁電壓。防誤操作：兩級電源開關；電壓、電流實時顯示；多次按鍵確認；接線端子高/低壓分明；聲光報警。防“容升”：測量大容量試品時會出現(xiàn)電壓抬高的“容升”效應，儀器能自動跟蹤輸出電壓，保持試驗電壓恒定。抗震性能：儀器采用獨特抗震設計，可耐受強烈長途運輸震動、顛簸而不會損壞。高壓電纜：為耐高壓絕緣導線，可拖地使用。

實際上，安全性應當成為儀器選型的首要因素。 例如意外接觸高壓，靠跳閘燒保險肯定是危險的。儀器應當在數(shù)毫秒內切斷輸出。當然開路式切斷與短路式切斷又有不同，短路式切斷不會產生過電壓，更加安全。 另外，儀器開關、端子、安全警示、操作是否能盡可能防止誤操作，儀器是否帶有接地保護等，也是十分重要的。設計者和生產廠有責任盡最大努力提高儀器安全性，減少誤操作的可能性。即便發(fā)生誤操作，也必須將損失降到最低限度。例如“一按啟動即測量”肯定不安全。輸出端子一會這個帶高壓，一會另一個帶高壓也是不安全的。 除對試驗人員的保護外，還要求儀器能對被測設備進行保護。例如測量過程中，過高的電壓引起試品電流異常增大，直至擊穿放電，儀器能否提前察覺到電流異常增大而停止測量?；蛘哌M行CVT自激法測量時能否緩慢地、試探性升壓，提前發(fā)現(xiàn)接線錯誤而停止測量等。 除對試驗人員的保護外、被測設備進行保護外，儀器還應能對自身保護。因為即便用戶使用原因引起儀器損壞，也會耽誤用戶的工作。例如現(xiàn)場測量拉電源線時，會將380V線電壓當作相電壓給儀器供電，如果沒有這個保護，必然造成儀器返修。三、AI－6000介損儀的現(xiàn)場接線方式及注意事項1.常用測量接線正接線（UST）a、常規(guī)正接線

b、高電壓介損反接線（GST）a、常規(guī)反接線c、反接線低壓屏蔽CVT的設置與測量

CVT的設置：

將光標移到高壓位置，輕按啟停鍵可以依次出現(xiàn)以下界面，這四個分別是高壓電壓、高壓電流、低壓電壓和低壓電流的設定值，當然也可以根據需要自己設定。CVT的測量：下面以母線接地CVT為例介紹各個電容的測量方法（A未引出）。

如果是母線CVT測量之前應確認結合濾波器已斷開，以消除載波信號影響。a、C1由多節(jié)電容組成時，測C11可用高壓屏蔽其它電容C12、C13電容可用一般正接線測量。C14和C2用CVT自激法測量b、用自激法測量C12、C2：

低壓激勵線，可接任何一組二次線圈。二次線圈應解開，防止將儀器低壓短路。低壓激勵線電流大，應良好接觸。使用帶接地屏蔽的高壓線可以拖地（參見儀器操作說明）。使用其它導線不應拖地，必須吊起，否則高壓線對地會有一個附加電阻，這樣會導致電壓產生相移從而引起測量誤差。

測量CVT時建議高壓線接CVT的下端δ（N）點。

發(fā)電機供電 發(fā)電機供電時輸入頻率不穩(wěn)定，可采用定頻50Hz模式工作。測試線 由于長期使用和連接，易造成測試線芯線和屏蔽短路或插座接觸不良，用戶應經常維護測試線； 測試標準電容試品時，應使用全屏蔽插頭連接，以消除附加雜散電容影響，否則不能反映出儀器精度； 自激法測量CVT時，高壓線應吊起懸空，否則對地附加雜散電容和介損會引起測量誤差。工作模式選擇 接好線后請選擇正確的測量工作模式（正、反和CVT），不可選錯。干擾環(huán)境下應選用變頻抗干擾模式。試驗方法影響 由于介損測量受試驗方法影響較大，應區(qū)分是試驗方法誤差還是儀器誤差。出現(xiàn)問題時可首先檢查接線，然后檢查是否儀器故障。儀器故出現(xiàn)故障及處理方法儀器測試時升壓出現(xiàn)ER-PS

a.儀器工作電源問題：是否為發(fā)電機供電，電源插排是否良好。 b.儀器問題：檢查儀器，空升是否保護。 c.測試線問題：檢查接線，內部是否有短路情況。 d.試品方面的原因：試品是否對地短路。ER-ZX這也是在測試過程中常出現(xiàn)的情況 a.設置問題：在進行測試時是否設置為外標準電容。 b.檢查儀器，空升是否出現(xiàn)ER-Zx，排除儀器內部線接觸不良的問題。 c.測試線是否接觸牢靠，對測試線的連接點是否進行過除銹處理。用萬用表測量一下測試線的芯線和屏蔽是否短路；輸入電源220V過高或過低；接地是否良好。

ER-cwCVT自激發(fā)測試時出現(xiàn)的保護信息 a.設置問題：在測試時對低壓電壓、低壓電流、高壓電壓和高壓電流進行設置，否則會出現(xiàn)ER-cv、ER-ci、ER-cV和ER-cI保護信息。 b.接線問題：有時一次尾段X點不接地，電壓升不起來會出現(xiàn)ER-cw。 c.