關于介質損耗的一些基本概念

1、第一篇 關于介質損耗的一些基本概念1、介質損耗與介質損耗因數： 絕緣材料在電場作用下，由于介質電導和介質極化的滯后效應，在其內部引起的能量損耗。也叫介質損失，簡稱介損。介質損耗指的是電介質在電場作用下引起的能量損耗，主要分為三種形式：漏導引起的損耗、電介質極化引起的損耗、局部放電引起的損耗。直流電壓作用下電介質里的損耗主要是漏導損耗，用絕緣電阻或漏導電流表示就可以了，因此平常討論的介質損耗均為針對交流電壓作用下電介質中的損耗。2、介質損耗角： 在交變電場作用下，電介質內流過的電流相量和電壓相量之間的夾角(功率因數角為)的余角()。 簡稱介損角。3、介質損耗正切值tg： 又稱介質損耗因數，是指介

2、質損耗角正切值。簡稱介損角正切。根據推導當電介質、外加電壓及其頻率一定時，介質損耗P與介質損耗因數tg成正比，所以可以用tg來表征介質損耗的大小，工程上都是通過測量計算tg值來表示介損的大小。4、高壓介質損耗測量儀： 簡稱介損儀，是指采用電橋原理，應用數字測量技術，對介質損耗角正切值和電容量進行自動測量的一種新型儀器。一般包含高壓電橋、高壓試驗電源和高壓標準電容器三部分。5、外施： 使用外部高壓試驗電源和標準電容器進行試驗，對介損儀的示值按一定的比例關系進行計算得到測量結果的方法。6、內施： 使用介損儀內附高壓電源和標準器進行試驗，直接得到測量結果的方法。7、正接線： 用于測量不接地試品的方法

3、，測量時介損儀測量回路處于地電位。8、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電壓。9、常用介損儀的分類：現(xiàn)常用介損測試儀有西林型和M型兩種。QS1和KD9000屬于西林型。10、常用抗干擾方法： 目前介質損耗測量中常見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、準確度的表示方法 tg：（1%D+0.0004） CX： （1%C+1pF） 加號前表示為相對誤差，加號后表示為絕對誤差。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低，但這兩個指標是相符相成的，一般不存在相對誤差大、絕對誤差小的現(xiàn)象。校

4、驗時讀數與標準值的差應小于以上準確度，否則就是超差。12、抗干擾指標 抗干擾指標為滿足儀器準確度的前提下，干擾電流與試驗電流的最大比例，比例越大，抗干擾性能越好。第二篇 測量介質損耗的原理和一些常見方法介質損耗的測量，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量精度低或者操作繁瑣等缺點，現(xiàn)已逐漸被淘汰。近年來，隨著微機測量技術的發(fā)展，應用微機實現(xiàn)介質損耗測量系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，介質損耗測量技術發(fā)展到一個新時代。目前，應用微機實現(xiàn)的介質損耗測量方法主要有矢量法、諧波分析法、過零點電壓比較法、過零檢測鑒相法等。 矢量法：矢量法是利用電壓向量、電流向量求出tg值的方法，實質是利用了伏安法的原理

5、。矢量法中最常用的有兩種：一種是基波相位分離法，即利用三角函數的正交性，把高次諧波分量消除，把基波分離出來，再通過微機采樣和數據處理計算出tg值，這種方法能有效克服諧波干擾帶來的誤差，但其測量精度受A/D變換器的位數限制，要使用高位數的A/D變換器才能獲得高的測量精度；另一種是自由向量法，這種方法無須選擇參考向量，依據的是電壓信號與電流信號之間的相對位置和各自模的大小不變的原理來計算tg值的，這種方法硬件構成簡單，但正弦信號的頻率不穩(wěn)、波形畸變、外磁場干擾及元器件誤差等都易引起測量誤差。 諧波分析法：諧波分析法，就是利用數字頻譜分析的方法對采樣的試品電壓、電流信號進行分析，提取出其基波分量，進

6、而通過相位比較求出其介質損耗角及tg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量精度，但系統(tǒng)頻率波動會影響到測量結果的準確度。 過零點電壓比較法：過零點電壓比較法是測量兩個正弦波在過零點附近的電壓差，并由電壓差來計算相位差和介質損耗角正切的方法。這種方法在測量正弦波的相位差時，不采用在過零點時間間隔的方法，而采用在過零點附近測量兩個正弦波差值電壓的方法，因而對過零點的檢測精確度沒有很高的要求，比較適合用于現(xiàn)場在線監(jiān)測。但該方法對所測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

7、率的動態(tài)偏移要相等；兩正弦波的相位差要小。過零檢測鑒相法：過零檢測鑒相法，是利用電壓和電流的過零點之間的相位差實現(xiàn)介損測量，該方法是目前介損測量中最常用的一種方法。這種方法相對以上的幾種方法具有分辨率高、線性好、易建模的優(yōu)點，但對過零點的檢測精度要求較高，電源諧波、過零比較器的失調電壓、零點漂移等因素都會引起測量誤差，必須采用相應措施消除干擾。綜合比較各種方法的優(yōu)缺點，并考慮到平常介質損耗的測量采用的是離線測量方式，相對現(xiàn)場測量干擾小，因此本系統(tǒng)選擇采用過零檢測鑒相法測量原理測量介質損耗。圖3-1即為過零檢測鑒相法測量原理圖，利用采樣電路測出電壓和電流信號的過零點，通過邏輯轉換形成一定寬度的時

8、間信號，脈沖寬度反映相位差，最后通過測量相位差方波的寬度即可求得試品的介質損耗角和介質損耗因數tg。該方法應用單片機技術很容易實現(xiàn)。 圖3-1 過零檢測鑒相法測量原理圖過零檢測鑒相法的系統(tǒng)組成：過零檢測鑒相法介質損耗測量電路主要由信號抽取單元、濾波與信號放大電路、過零比較電路、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分別經濾波、限幅放大、過零比較、整形、展寬和邏輯鑒相后轉換為具有一定脈沖寬度的時間信號，利用單片機的計數器測量脈沖的寬度，以數字處理方法實現(xiàn)介質損耗因數值的計算。同時，圖3-3中限幅放大電路輸出的信號經V/F變換后輸入給單片機進行計數，根據測量信號與

9、標準信號的計數比值可計算得試品的電容值。圖3-3 過零檢測鑒相法硬件原理圖第三篇 KD9000介損測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兩種模型影響較大。 但實際電容器是多種模型交織的混合模型，通過大量的試驗和理論計算，實際電力電容器大多數符合并聯(lián)模型，如CT、套管和均壓電容等，它們的tg多隨頻率的增大而減小。

10、 2、KD9000介損儀采用的工作模型 因實際電力電容器大多數符合并聯(lián)模型，所以AI-6000采用并聯(lián)模型測量電容器的介質損耗。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，而造成校驗時同一試品條件下測量數據的差異。這些差異只是精確校驗時的差異，對一般用戶的測量沒有影響，一般用戶不必關心您所使用的介損儀的工作模型。 3、KD9000介損儀的檢定 試驗室檢定介損測量儀時，用QSJ3校驗臺檢驗比較準確。介損測試儀的量程和準確度都能準確的檢驗出來。但QSJ3比較麻煩，在要求不是很嚴格的情況下，大多采用標準損耗器來校驗。 標

11、準損耗器一般采用一個三電極的標準電容和多個精密電阻的串聯(lián)來實現(xiàn)，量程0-10%，分多個檔位。標準損耗器是一個典型的串聯(lián)模型。所以用KD9000做標準損耗器時要把工作模式調為串聯(lián)模型，這樣才能和各個檔位的實際值完全對應起來。 有時在測量標準損耗器時，隨著介損的增大而測量出的電容量反而減小，而實際標準電容容量是固定的，并沒有發(fā)生變化，這就是因為沒選對模型造成的?？捎孟旅娴墓叫剩?C校準=C讀數（1+tg2） 校驗時，應采用全屏蔽的標準插頭連接介損儀和試品，裸露的電極也會引起很大的誤差。 注意：西林型電橋做三電極結構（高壓極、低壓極和屏蔽極）的標準損耗器時正、反接線都能做。而M型介損電橋只能做正

12、接線，不能做反接線，否則會燒壞標準損耗器。第四篇 常見問題第一節(jié) 表面泄漏或屏蔽不良引起正接線測量介質損耗減小的分析用末端屏蔽法測量電磁式PT、正接線測量CT或變壓器套管，有時會出現(xiàn)介損極小或負值的現(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： 示意圖 等效電路圖 CX：試品 C1：高壓端對瓷套的雜散電容 C2：低壓端對瓷套的雜散電容 R：瓷套表面泄漏對地電阻 1：為試驗電壓2：為儀器輸入這樣，C1、C2、R形成T形網絡，由于C1和R微分移相作用，使通過C2的電流超前，而使介損減小。設1為外加電壓U、2接地電位，流過2的電流為： 介質損耗因數為實部電流與虛部電流之比，由于第一項

13、為負值，故介損因數減小。以CX=120pF，C1=1pF，C2=0.1pF，R=1000M，CX無介損，按上式計算，T形網絡引起的附加介損為：-0.025% 同理， 檢修用腳手架及包裝箱引起正接線測量介質損耗減?。涸嚻穼Πb箱形成雜散電容，也形成T型網絡干擾。 解決方法： 1、擦干凈瓷套表面的臟污。 2、在陽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，不要貼近瓷套表面 。 4、改用末端加壓法或常規(guī)法測量電磁式PT。 5、新設備吊裝前試驗時，一定要拆掉包裝箱和腳手架，移開木梯，解開繩套。做變壓器套管時一定要放在套管架上試驗，不能斜靠在墻上或躺放在地上。第二節(jié)

14、如何用KD9000做不拆高壓引線的CVT自激法測量試驗及電位用KD9000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

15、萬pF；CN為50pF標準電容器。測量C13時，C2和內CN串連當作標準電容器，根據電容串聯(lián)公式C串=(C2CN)/(C2+CN)，由于C2CN，C串CN，這樣C2對測量結果影響較小，可忽略不計。反之，如果先測C13，因C13容量較小，和內CN串連后，會把C13的介損加進去，造成標準臂介損增大，引起C2介損減小，造成測量誤差。四、自激法時高壓線拖地會引起介損增大 自激法時高壓線應懸空不能接觸地面，否則其對地附加介損會引起介損增大，可用細電纜連接高壓插座與CVT試品并吊起。 上圖左框內為電纜拖地時附加雜散電容的RC串聯(lián)模型，使點的電壓UN超前變成UN，相應的IN變成IN，Ix相位不變，造成角增大，既介質損耗增大。感興趣的用戶也可用公式推導出來。第三節(jié) BR16標準電容器的試驗方法 BR16標準電容器在高壓試驗中經常用到，主要用做外接標準電容器或判斷高壓介損電橋的測量誤差。也有的低壓端分幾個介損擋位，用于介損電橋的校驗。電容量約50P,tg約0.05%。它不是真正的三端結構電容器，很容易受潮，引起介損的偏差。一、 正接線有時候10kV電壓下tg