有關(guān)介質(zhì)損耗的一些基本概念

第一篇關(guān)于介質(zhì)損耗的_些基本概念1、 介質(zhì)損耗與介質(zhì)損耗因數(shù)：絕緣材料在電場(chǎng)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(jiǎn)稱(chēng)介損。介質(zhì)損耗指的是電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下引起的能量損耗，主要分為三種形式：漏導(dǎo)引起的損耗、電介質(zhì)極化引起的損耗、局部放電引起的損耗。直流電壓作用下電介質(zhì)里的損耗主要是漏導(dǎo)損耗，用絕緣電阻或漏導(dǎo)電流表示就可以了，因此平常討論的介質(zhì)損耗均為針對(duì)交流電壓作用下電介質(zhì)中的損耗。2、 介質(zhì)損耗角8:在交變電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過(guò)的電流相量和電壓相量之間的夾角(功率因數(shù)角為?的余角(8)。簡(jiǎn)稱(chēng)介損角。3、 介質(zhì)損耗正切值tg8:又稱(chēng)介質(zhì)損耗因數(shù)，是指介質(zhì)損耗角正切值。簡(jiǎn)稱(chēng)介損角正切。根據(jù)推導(dǎo)當(dāng)電介質(zhì)、外加電壓及其頻率一定時(shí)，介質(zhì)損耗P與介質(zhì)損耗因數(shù)tg8成正比，所以可以用tg8來(lái)表征介質(zhì)損耗的大小，工程上都是通過(guò)測(cè)量計(jì)算tg8值來(lái)表示介損的大小。4、 高壓介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x：簡(jiǎn)稱(chēng)介損儀，是指采用電橋原理，應(yīng)用數(shù)字測(cè)量技術(shù)，對(duì)介質(zhì)損耗角正切值和電容量進(jìn)行自動(dòng)測(cè)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。5、 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(duì)介損儀的示值按一定的比例關(guān)系進(jìn)行計(jì)算得到測(cè)量結(jié)果的方法。6、 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(cè)量結(jié)果的方法。7、 正接線：用于測(cè)量不接地試品的方法，測(cè)量時(shí)介損儀測(cè)量回路處于地電位。8、 反接線：用于測(cè)量接地試品的方法，測(cè)量時(shí)介損儀測(cè)量回路處于高電位，他與外殼之間承受全部試驗(yàn)電壓。9、 常用介損儀的分類(lèi)：現(xiàn)常用介損測(cè)試儀有西林型和M型兩種。QS1和KD9000屬于西林型。10、 常用抗干擾方法：目前介質(zhì)損耗測(cè)量中常見(jiàn)抗干擾方法有以下幾種：倒相法、移相法、變頻法和移相跟蹤抗干擾法等。11、 準(zhǔn)確度的表示方法tg6：±(1%D+0.0004)CX:±(1%C+1pF)加號(hào)前表示為相對(duì)誤差，加號(hào)后表示為絕對(duì)誤差。相對(duì)誤差小表示儀器的量程線性度好,絕對(duì)誤差小表示儀器的誤差起點(diǎn)低，但這兩個(gè)指標(biāo)是相符相成的，一般不存在相對(duì)誤差大、絕對(duì)誤差小的現(xiàn)象。校驗(yàn)時(shí)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。12、 抗干擾指標(biāo)抗干擾指標(biāo)為滿(mǎn)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。第二篇測(cè)量介質(zhì)損耗的原理和一些常見(jiàn)方法介質(zhì)損耗的測(cè)量，傳統(tǒng)上有電橋法、諧振法、伏安法等，但由于這些方法具有測(cè)量精度低或者操作繁瑣等缺點(diǎn)，現(xiàn)已逐漸被淘汰。近年來(lái)，隨著微機(jī)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用微機(jī)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)損耗測(cè)量系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，介質(zhì)損耗測(cè)量技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新時(shí)代。目前，應(yīng)用微機(jī)實(shí)現(xiàn)的介質(zhì)損耗測(cè)量方法主要有矢量法、諧波分析法、過(guò)零點(diǎn)電壓比較法、過(guò)零檢測(cè)鑒相法等。矢量法：矢量法是利用電壓向量、電流向量求出tg6值的方法，實(shí)質(zhì)是利用了伏安法的原理。矢量法中最常用的有兩種：一種是基波相位分離法，即利用三角函數(shù)的正交性，把高次諧波分量消除，把基波分離出來(lái)，再通過(guò)微機(jī)采樣和數(shù)據(jù)處理計(jì)算出tg8值，這種方法能有效克服諧波干擾帶來(lái)的誤差，但其測(cè)量精度受A/D變換器的位數(shù)限制，要使用高位數(shù)的A/D變換器才能獲得高的測(cè)量精度；另一種是自由向量法，這種方法無(wú)須選擇參考向量，依據(jù)的是電壓信號(hào)與電流信號(hào)之間的相對(duì)位置和各自模的大小不變的原理來(lái)計(jì)算tg6值的，這種方法硬件構(gòu)成簡(jiǎn)單，但正弦信號(hào)的頻率不穩(wěn)、波形畸變、外磁場(chǎng)干擾及元器件誤差等都易引起測(cè)量誤差。諧波分析法：諧波分析法，就是利用數(shù)字頻譜分析的方法對(duì)采樣的試品電壓、電流信號(hào)進(jìn)行分析，提取出其基波分量，進(jìn)而通過(guò)相位比較求出其介質(zhì)損耗角8及tg6值。目前采用較多的是基于離散傅立葉變換的快速離散傅立葉變換算法(FFT)。這種方法具有較好的抗干擾性和測(cè)量精度，但系統(tǒng)頻率波動(dòng)會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。過(guò)零點(diǎn)電壓比較法：過(guò)零點(diǎn)電壓比較法是測(cè)量?jī)蓚€(gè)正弦波在過(guò)零點(diǎn)附近的電壓差，并由電壓差來(lái)計(jì)算相位差和介質(zhì)損耗角正切的方法。這種方法在測(cè)量正弦波的相位差時(shí)，不采用在過(guò)零點(diǎn)時(shí)間間隔的方法，而采用在過(guò)零點(diǎn)附近測(cè)量?jī)蓚€(gè)正弦波差值電壓的方法，因而對(duì)過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)精確度沒(méi)有很高的要求，比較適合用于現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)。但該方法對(duì)所測(cè)量的正弦波波形要求很高：兩正弦波的幅值必須相等；兩正弦波的諧波分量和諧波相位要相等、兩正弦波的頻率及頻率的動(dòng)態(tài)偏移要相等；兩正弦波的相位差要小。過(guò)零檢測(cè)鑒相法：過(guò)零檢測(cè)鑒相法，是利用電壓和電流的過(guò)零點(diǎn)之間的相位差實(shí)現(xiàn)介損測(cè)量，該方法是目前介損測(cè)量中最常用的一種方法。這種方法相對(duì)以上的幾種方法具有分辨率高、線性好、易建模的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)精度要求較高，電源諧波、過(guò)零比較器的失調(diào)電壓、零點(diǎn)漂移等因素都會(huì)引起測(cè)量誤差，必須采用相應(yīng)措施消除干擾。綜合比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并考慮到平常介質(zhì)損耗的測(cè)量采用的是離線測(cè)量方式，相對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量干擾小，因此本系統(tǒng)選擇采用過(guò)零檢測(cè)鑒相法測(cè)量原理測(cè)量介質(zhì)損耗。圖3-1即為過(guò)零檢測(cè)鑒相法測(cè)量原理圖，利用采樣電路測(cè)出電壓和電流信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，通過(guò)邏輯轉(zhuǎn)換形成一定寬度的時(shí)間信號(hào)Z，脈沖寬度反映相位差，最后通過(guò)測(cè)量相位差方波的寬度即可求得試品的介質(zhì)損耗角8和介質(zhì)損耗因數(shù)tg&該方法應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)。taiiii ； t―「?t f?—ut圖3-1過(guò)零檢測(cè)鑒相法測(cè)量原理圖過(guò)零檢測(cè)鑒相法的系統(tǒng)組成：過(guò)零檢測(cè)鑒相法介質(zhì)損耗測(cè)量電路主要由信號(hào)抽取單元、濾波與信號(hào)放大電路、過(guò)零比較電路、整形電路、邏輯鑒相電路組成，如圖3-3所示。從試品上取得的電壓和電流信號(hào)分別經(jīng)濾波、限幅放大、過(guò)零比較、整形、展寬和邏輯鑒相后轉(zhuǎn)換為具有一定脈沖寬度的時(shí)間信號(hào)At，利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器測(cè)量脈沖的寬度，以數(shù)字處理方法實(shí)現(xiàn)介質(zhì)損耗因數(shù)值的計(jì)算。同時(shí)，圖3-3中限幅放大電路輸出的信號(hào)經(jīng)V/F變換后輸入給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)測(cè)量信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的計(jì)數(shù)比值可計(jì)算得試品的電容值。

+V/F變換V/F變換展見(jiàn)整形+V/F變換V/F變換展見(jiàn)整形濾波單片機(jī)計(jì)數(shù)限幅放大圖3-3過(guò)零檢測(cè)鑒相法硬件原理圖第三篇KD9000介損測(cè)試儀的工作模型及儀器的檢定1、電容試品的模型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:串聯(lián)模型 并聯(lián)模型理論上串聯(lián)模型tg8=2nfRC，并聯(lián)模型tg8=1/(2nfRC),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tg6分別隨頻率f成正比和反比。如下圖所示，f對(duì)完全正比和完全反比兩種模型影響較大。但實(shí)際電容器是多種模型交織的混合模型，通過(guò)大量的試驗(yàn)和理論計(jì)算，實(shí)際電力電容器大多數(shù)符合并聯(lián)模型，如CT、套管和均壓電容等，它們的tg6多隨頻率的增大而減小。2、 KD9000介損儀采用的工作模型因?qū)嶋H電力電容器大多數(shù)符合并聯(lián)模型，所以AI-6000采用并聯(lián)模型測(cè)量電容器的介質(zhì)損耗。采用并聯(lián)模型的介損電橋還有QS30、9910等，而QS37和2801電橋則采用的串聯(lián)模型。所以因介損電橋采用的工作模型不同，而造成校驗(yàn)時(shí)同一試品條件下測(cè)量數(shù)據(jù)的差異。這些差異只是精確校驗(yàn)時(shí)的差異，對(duì)一般用戶(hù)的測(cè)量沒(méi)有影響，一般用戶(hù)不必關(guān)心您所使用的介損儀的工作模型。3、 KD9000介損儀的檢定試驗(yàn)室檢定介損測(cè)量?jī)x時(shí)，用QSJ3校驗(yàn)臺(tái)檢驗(yàn)比較準(zhǔn)確。介損測(cè)試儀的量程和準(zhǔn)確度都能準(zhǔn)確的檢驗(yàn)出來(lái)。但QSJ3比較麻煩，在要求不是很?chē)?yán)格的情況下，大多采用標(biāo)準(zhǔn)損耗器來(lái)校驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)損耗器一般采用一個(gè)三電極的標(biāo)準(zhǔn)電容和多個(gè)精密電阻的串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，量程0-10%，分多個(gè)檔位。標(biāo)準(zhǔn)損耗器是一個(gè)典型的串聯(lián)模型。所以用KD9000做標(biāo)準(zhǔn)損耗器時(shí)要把工作模式調(diào)為串聯(lián)模型，這樣才能和各個(gè)檔位的實(shí)際值完全對(duì)應(yīng)起來(lái)。有時(shí)在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)損耗器時(shí)，隨著介損的增大而測(cè)量出的電容量反而減小，而實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)電容容量是固定的，并沒(méi)有發(fā)生變化，這就是因?yàn)闆](méi)選對(duì)模型造成的?？捎孟旅娴墓叫?zhǔn):C校準(zhǔn)=C讀數(shù)（1+tg2§）校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用全屏蔽的標(biāo)準(zhǔn)插頭連接介損儀和試品，裸露的電極也會(huì)引起很大的誤差。注意：西林型電橋做三電極結(jié)構(gòu)（高壓極、低壓極和屏蔽極）的標(biāo)準(zhǔn)損耗器時(shí)正、反接線都能做。而M型介損電橋只能做正接線，不能做反接線，否則會(huì)燒壞標(biāo)準(zhǔn)損耗器。第四篇常見(jiàn)問(wèn)題第四篇常見(jiàn)問(wèn)題第一節(jié) 表面泄漏或屏蔽不良引起正接線測(cè)量介質(zhì)損耗減小的分析用末端屏蔽法測(cè)量電磁式PT、正接線測(cè)量CT或變壓器套管，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)介損極小或負(fù)值的現(xiàn)象，這主要是絕緣受潮、表面泄漏或屏蔽不良引起的，可分析如下：等效電路圖示意圖等效電路圖CX:試品C1：高壓端對(duì)瓷套的雜散電容C2：低壓端對(duì)瓷套的雜散電容R:瓷套表面泄漏對(duì)地電阻1：為試驗(yàn)電壓2:為儀器輸入這樣，C1、C2、R形成T形網(wǎng)絡(luò)，由于C1和R微分移相作用，使通過(guò)C2的電流超前，而使介損減小。設(shè)1為外加電壓U、2接地電位，流過(guò)2的電流為：I=U［- ———r+J 4-1+［成（弓+5）『 1+［虛（弓+弓汗 '介質(zhì)損耗因數(shù)為實(shí)部電流與虛部電流之比，由于第一項(xiàng)為負(fù)值，故介損因數(shù)減小。以CX=120pF,C1=1pF,C2=0.1pF,R=1000MQ,CX無(wú)介損，按上式計(jì)算，T形網(wǎng)絡(luò)引起的附加介損為：-0.025%同理，檢修用腳手架及包裝箱引起正接線測(cè)量介質(zhì)損耗減小：試品對(duì)包裝箱形成雜散電容，也形成T型網(wǎng)絡(luò)干擾。解決方法：1、 擦干凈瓷套表面的臟污。2、 在陽(yáng)光下曝曬試品或加熱烤干瓷套，變壓器套管吹干中間三裙。3、 高壓線盡量水平拉遠(yuǎn)，不要貼近瓷套表面。4、 改用末端加壓法或常規(guī)法測(cè)量電磁式PT。5、 新設(shè)備吊裝前試驗(yàn)時(shí)，一定要拆掉包裝箱和腳手架，移開(kāi)木梯，解開(kāi)繩套。做變壓器套管時(shí)一定要放在套管架上試驗(yàn)，不能斜靠在墻上或躺放在地上。第二節(jié)如何用KD9000做不拆ns引線的5自激法測(cè)量試驗(yàn)及電位用KD9000做CVT自激法測(cè)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，C]j和c12可用常規(guī)正反接線測(cè)量，C13和^用自激法測(cè)量。接線方法如下圖：二、測(cè)量過(guò)程及電位CVT自激法測(cè)量中，儀器先測(cè)量C13，然后自動(dòng)倒線測(cè)量^，并自動(dòng)校準(zhǔn)分壓影響。測(cè)C13時(shí)，高壓線芯線和屏蔽帶高壓，cx線芯線和屏蔽都是低壓。測(cè)C2時(shí)，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(cè)量C13，再測(cè)量C2大家知道，C13電容量較小，約2萬(wàn)pF；c2電容量較大，至少4萬(wàn)pF；CN^50pF標(biāo)準(zhǔn)電容器。測(cè)量c13時(shí)，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串二（c2cN）/（c2+cN），由于c2>>cn,C串rCn,這樣C2對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小，可忽略不計(jì)。反之，如果先測(cè)c13，因c13容量較小，和內(nèi)CN串連后，會(huì)把c13的介損加進(jìn)去，造成標(biāo)準(zhǔn)臂介損增大，引起C2介損減小，造成測(cè)量誤差。四、 自激法時(shí)高壓線拖地會(huì)引起介損增大自激法時(shí)高壓線應(yīng)懸空不能接觸地面，否則其對(duì)地附加介損會(huì)引起介損增大，可用細(xì)電纜連接高壓插座與CVT試品并吊起。

KD9000上圖左框內(nèi)為電纜拖地時(shí)附加雜散電容的RC串聯(lián)模型，使8點(diǎn)的電壓。!^超前變成UN',相應(yīng)的IN變成IN'，Ix相位不變，造成8角增大，既介質(zhì)損耗增大。感興趣的用戶(hù)也可用公式推導(dǎo)出來(lái)。第三節(jié) BR16標(biāo)準(zhǔn)電容器的試驗(yàn)方法BR16標(biāo)準(zhǔn)電容器在高壓試驗(yàn)中經(jīng)常用到，主要用做外接標(biāo)準(zhǔn)電容器或判斷高壓介損電橋的測(cè)量誤差。也有的低壓端分幾個(gè)介損擋位，用于介損電橋的校驗(yàn)。電容量約50P,tg8約<0.05%。它不是真正的三端結(jié)構(gòu)電容器，很容易受