第五章電氣測量技術

第五章電氣測量技術

2交流電氣參量的測量技術：5.1

交流高電壓的測量方法5.2

交流大電流的測量方法5.3頻率、周期、相位、有效值（平均值）

及功率的常用測量方法5.4電力設備絕緣參數的測量方法本章主要內容5.1交流高壓的測量方法4交流高電壓的測量方法電磁式電壓互感器（PT）電容式互感器（CVT）光學電壓傳感器（OVT）5電磁式電壓互感器（PT）電壓互感器接入電路原理圖W1—一次繞組匝數；W2—二次繞組匝數一、二次繞組上分別感應的電動勢為：理想電壓互感器變比為：電磁式電壓互感器簡稱PT（PotentialTransformer）或TV，其工作原理運用電磁感應原理原副邊磁耦合將交流高壓變?yōu)榈碗妷?電磁式電壓互感器技術參數繞組的額定電壓及額定變比一次繞組額定電壓是指加于三相電壓互感器或三相系統(tǒng)線間用的單相電壓互感器的一次繞組上的線電壓，是繞組能夠長期工作的電壓，是電網的額定電壓(如10kV，35kV，110kV，220kV，330kV，500kV，1000kV等)二次繞組額定電壓是指三相電壓互感器和供三相系統(tǒng)線間用的單相電壓互感器二次繞組的長期工作電壓，二次電壓U2n的輸出范圍統(tǒng)一為0-100(或100/1.732，100/3)V零序電壓繞組的額定電壓是指供大電流接地系統(tǒng)用的電壓互感器的零序電壓繞組能長期工作的電壓，規(guī)定為0-l00V7電磁式電壓互感器技術參數準確度等級準確度等級一次繞組電壓為一次額定電壓的百分數(%)誤差限值二次負載為額定負載的百分數(%)比差(%)角差(′)0.180～120士0.1士525～1000.280～120士0.2土100.585～115士05土2025～100185～115士1.0士4025～1003100士30未規(guī)定25～100電壓互感器容許誤差的極限值額定負載額定負載也叫額定容量，是按照其準確度等級制造的容量，是當二次電壓為額定值時，規(guī)定允許接人的負載，通常用視在功率單位VA數表示。在額定二次負載下，電壓互感器的誤差應符合其準確度等級的規(guī)定8電磁式電壓互感器測量誤差分析

電壓互感器的等值電路圖9電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器變比、相角誤差相量圖

與一次電壓大小不等，相位不重合，電壓互感器存在比差與角差

比差fu以百分數來表示角差10電磁式電壓互感器測量誤差分析當電壓互感器空載時當負載為Zb時11電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器在現場實際運行時，只需測量出實際二次負載Zb及其功率因數角

，即可計算出比差角差12電磁式電壓互感器的安裝及使用電壓互感器主要安裝方式圖（a）用于單相電壓的測量。圖（b）用于三相電壓的測量，圖（c）用于線電壓的測量a)b)c)電壓互感器在使用的時候要注意二次繞組不許短路13電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器原理電容式電壓互感器簡稱CVT（CapacitorVoltageTransformers），主要利用電容器的分壓作用將高電壓按比例轉換為低電壓14電容式互感器（CVT）實際應用CVT主要由電容分壓器（包括主電容器C1，分壓電容器C2）、中間變壓器（T）、補償電抗器L、保護裝置F及阻尼器D等元件組成CVT組成示意圖CVT優(yōu)點1.造價低（110kV及以上產品）；2.可兼顧電壓互感器和電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設備的功能；3.能可靠阻尼鐵磁諧振；4.具備優(yōu)良的瞬變響應特性等15電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器實物圖16分壓原理測量高電壓的其他方式阻容分壓電阻分壓17光學電壓傳感器（OVT）光學電壓互感器（OpticalVoltageTransducer：OVT）又稱為無源電子式電壓傳感器，采用的傳感機理是晶體的線性電光效應（Pockels效應）。Pockels效應是指晶體在電場作用下，透過晶體的光發(fā)生雙折射，這一雙折射快慢軸之間的相位差與被測電壓呈正比關系，將Pockels元件直接連接到被測電壓的兩端，經光電變換及相應的信號處理便可求得被測電壓。OVT實現的技術關鍵是如何提高OVT的溫度穩(wěn)定性、長期運行的可靠性以及測量的精度。影響OVT穩(wěn)定性與可靠性的主要取決于傳感晶體和工作光源的溫度特性以及傳感頭的加工和傳光光纖的振動。5.2交流大電流的測量方法19交流大電流的測量方法電磁式電流互感器（CT）羅哥夫斯基（Rogowski）線圈光學電流傳感（OCT）20電磁式電流互感器（CT）電磁式電流互感器簡稱CT（CurrentTransformer）或TA，用于交流大電流變?yōu)樾‰娏?，擴大交流電流表、功率表和電能表的量程21電磁式電流互感器（CT）把電阻、漏抗、勵磁電流和鐵芯損耗移至繞組外面的電流互感器等值電路圖一次繞組阻抗二次繞組阻抗Z2換算到一次側后的阻抗22電流互感器T形等值電路電磁式電流互感器（CT）換算到一次側后的二次電流和電壓分別為：由等值電路圖有23電磁式電流互感器（CT）根據能量守恒定律U1I1=E2I2U1

為加于一次繞組兩端的電壓，它等于反電動勢E1E1I1=E2I2

I1W1=I2W2

互感器的額定電流比(簡稱額定變比)被測電流I1等于接在二次繞組的電流表讀數I2乘以電流互感器額定電流變比而故24電磁式電流互感器主要技術參數額定電流比指一次額定電流與二次額定電流之比額定容量是額定二次電流I2N通過二次額定負載Z2N時所消耗的視在功率S2N額定電壓是指一次繞組長期對地能夠承受的最大電壓(有效值)，它應不低于所接線路的額定相電壓25電磁式電流互感器主要技術參數準確度等級：電流互感器變換電流總是存在著一定的誤差，根據額定工作條件下所產生的變比誤差規(guī)定了準確度等級準確度等級一次電流為額定電流的百分數(%)誤差限值二次負載為額定負載的百分比數(%)比值差(士%)相角值（′）0.1510201001200.40.250.200.100.10151085525～1000.21020100～1200.50.350.2020151025～1000.51020100～1201.00.750.5060453025～10011020100～1202.01.51.0120906025～100350～1203.0未規(guī)定50～10026電磁式電流互感器誤差分析理想電流互感器的一次安匝和二次安匝在數值上相等，在相位上相差180°實際的電流互感器工作時有勵磁電流稱為勵磁安匝，是產生電流互感器誤差的根源27電磁式電流互感器誤差分析電流互感器的相量圖將折算后的二次電流旋轉180°后與一次電流相比較兩者不但大小不等，而且相位不相重合，即存在兩種誤差，稱為比值誤差f1和相位誤差28電磁式電流互感器誤差分析比值誤差簡稱比差，用f1表示，它等于實際的二次電流與折算到二次側的一次電流之間的差值，與折算到二次側的一次電流的比值，以百分數表示了計算上的方便，比差也可表示為29電磁式電流互感器誤差分析相角誤差簡稱角差，它是旋轉180°后的二次電流相量與一次電流相量之間的相位差，用符號

表示通過作圖法求比差角差以O為圓心，OB為半徑，作圓弧交橫軸于D點，AD即為相量

與

之間的算術差，即是電流互感器的絕對誤差。再從B點向橫坐標引一垂線與橫軸交于C點，因角通常很小，用AC就可以近似地代替AD，于是求得由于OF=AC，比差還可以表示為由于比差30電磁式電流互感器誤差分析三角形OBC中有通常

很小，由于EF=BC，角差也可以表示為上述表示式表明，電流互感器的比差與角差與勵磁電流的兩個分量Ia、Ir大小有關，且與角a和角有關角為損耗角式中角a與負荷功率因數角大小有關；31電磁式電流互感器的安裝及使用電流互感器變比相角誤差測量圖圖（a）用于單相電流的測量。圖（b）用于三相電流的測量，圖（c）用于不平衡電流的測量電磁式電流互感器在使用時二次側不允許開路當運行中電流互感器二次側開路后，一次側電流仍然不變，二次側電流等于零，則二次電流產生的去磁磁通也消失了。這時，一次電流全部變成勵磁電流，使互感器鐵芯飽和，磁通也很高，將產生以下后果：（1）由于磁通飽和，其二次側將產生數千伏高壓，且波形改變，對人身和設備造成危害。（2）由于鐵芯磁通飽和，使鐵芯損耗增加，產生高熱，會損壞絕緣。（3）將在鐵芯中產生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去準確性32羅哥夫斯基(Rogowski)線圈傳統(tǒng)的電磁式電流互感器因其傳感機理而出現不可克服的問題：1.絕緣結構日趨復雜，體積大，造價高；2.在故障電流下鐵芯易飽和，使二次電流數值和波形失真，產

生不能容許的測量誤差；3.充油易爆炸而導致突然失效；4.若輸出端開路，產生高電壓對周圍設備和人員存在潛在的威脅；5.易受電磁干擾等。羅氏線圈又稱Rogowski線圈、羅氏線圈、電流測量線圈、微分電流傳感器，是均勻密繞在環(huán)形非磁性骨架上的空心螺線管，羅氏線圈可以直接套在被測量的導體上來測量交流電流。33羅哥夫斯基(Rogowski)線圈Rogowskiski線圈有兩種可能的工作狀態(tài)：自積分狀態(tài)和外積分狀態(tài)前者是利用Rogowski線圈與取樣電阻構成積分回路；后者是把測量回路本身作為純電阻網絡，另外加了一個積分回路。自積分式工作方式回路方程線圈的互感34羅哥夫斯基(Rogowski)線圈當即上式可略去最右邊一項，變?yōu)閮蛇呁瑫r對t積分得輸出電壓與被測電流成比例關系稱為羅氏線圈的自積分條件自積分法適用于高頻電流的測量35羅哥夫斯基(Rogowski)線圈外積分式工作方式當Rogowski線圈處于開路工作狀態(tài)，且分布電容的等效阻抗較大，進一步簡化得到取樣電阻上的電勢即為Rogowski線圈的感應電勢，其大小正比于被測電流對時間的微分，為了測得電流的實際大小，需要引入積分電路，因此這種應用方式稱為外積分式Rogowski線圈電流互感器.適用于低頻電流的測量,如工頻電流.外積分可分為有源積分和無源積分兩種36羅哥夫斯基(Rogowski)線圈與傳統(tǒng)電磁式互感器相比，應用Rogowskiski線圈測量大電流的電子式電流互感器主要特點包括：1）線性度好。線圈不含磁飽和元件，在量程范圍內，系統(tǒng)的輸出信號與待測電流信號一直是線性的，線性度好使得羅氏線圈非常容易標定；2）測量范圍大。系統(tǒng)的量程大小不是由線性度決定的，而是取決于最大擊穿電壓。測量交流電流量程從幾毫安到幾百千安；3）響應速度快，頻響范圍寬，適用頻率可從從0.1Hz到1MHz；4）一次側和二次側電流無相角差；5）互感器二次開路不會產生高電壓，無二次開路危險。37光學電流傳感（OCT）光學電流傳感（OpticalCurrentTransducer：OCT）為無源型電子傳感器，其高壓部分均為光學器件而不采用任何有源器件。OCT的基本原理是利用法拉第磁光效應：一束線偏振光通過置于磁場中的磁光材料時，線偏振光的偏振面會隨著平行于光線方向的磁場的大小發(fā)生旋轉。無源的OCT目前已經達到實用化的程度，但是要完全取代傳統(tǒng)的電流互感器它還存在一些需要解決的技術難點，如雙折射效應對OCT的靈敏度和測量精度的影響以及磁場的干擾、溫度的變化引起的測量誤差5.3交流電氣量的測量方法39交流電氣量的測量

頻率和周期的測量

相位的測量有效值的測量功率的測量40頻率和周期的測量周期和頻率是交流電氣量的基本特征量。同時各種傳感器和測量電路常將被測量變換成周期或頻率信號來進行檢測，因為頻率測量是目前測量精度最高的參量之一，它能達到10-13的精確度。頻率和周期是從不同的側面來描述周期現象的，二者互為倒數關系，只要測得一個量就可以換算出另一個量。頻率的測量頻率是指單位時間內被測信號重復出現的次數式中，f—被測信號的頻率；

N—電振動次數或脈沖個數；

t—產生N次電振動或N個電脈沖所需的時間

41頻率和周期的測量傳統(tǒng)的頻率測量方法主要是基于電磁原理的電動系頻率表和變換式頻率表等，目前最常用的是采用計數法測量頻率的數字頻率計，也是本書主要介紹的方法計數法測信號頻率原理圖計數法測信號頻率各點波形圖42頻率和周期的測量頻率是每秒內信號變化的次數，欲準確地測量頻率，必須要確定一個準確的時間間隔。由于穩(wěn)定度良好的石英晶體振蕩器產生的信號的頻率穩(wěn)定度可達10-9量級，所以利用石英晶體振蕩器產生周期為T0的脈沖，經過一系列分頻可得到幾種標準的時間基準，例如，10ms，0.01s，1s，10s等幾種計數法測量頻率時相對誤差極限情況下最大相對誤差43頻率和周期的測量頻率測量的相對誤差主要由兩部分組成1.計數器計數時的量化誤差2.主閘門開啟時間的相對誤差設標準頻率為f0，閘門開啟時間T=NT0=N/f0式中，G為晶體振蕩器的穩(wěn)定度計數法測量頻率的最大相對誤差44頻率和周期的測量周期的測量周期指電信號一個循環(huán)所需要的時間，它與頻率的關系計數法測周期原理圖計數法測周期各點波形圖45頻率和周期的測量根據獲得的計數值N，時標信號周期T0，以及被測信號倍乘系數n，得到周期計數法測量周期的的測量誤差最大相對誤差46頻率和周期的測量中介頻率對于同一信號用直接測量頻率和直接測量周期的誤差相等時，那么此時信號的輸入頻率被稱為中介頻率fc為了獲得較高的測量準確度，如果被測頻率高于或低于中介頻率時，采用直接測量頻率的方法假設可得47相位的測量相位和時間也是密切相關的，二者也可以互相轉換，例如50HZ交流電源，一個周期為20ms，對應相位為360°，如果測出時間間隔為5ms，則知相位為90°?？梢?，與頻率計測量時間的原理類似，可以利用計數法來測量相位的變化48相位的測量被測相位差值式中，T0為時標脈沖周期，Nx為時間

內的計數值，T為被測信號周期由于T也是未知數，所以需要經過兩次測量，并經過計算得到相位差值，假設測量信號的周期計數值為NT該測量方法的準確度與時標脈沖的頻率相關準確度要求為0.1°即指針式電工儀表

磁電系儀表電磁系儀表電動系儀表功率表磁電系測量機構1.結構游絲IINS指針永久磁鐵圓柱形鐵心O'O線圈(1)固定部分馬蹄形永久磁鐵、極掌NS及圓柱形鐵心等。(2)可動部分鋁框及線圈，兩根半軸O和O，指針與游絲。

極掌與鐵心之間的空氣隙的長度是均勻的，其中產生均勻的輻射方向的磁場。一、是用來產生反作用力矩；二、是把被測電流導入和導出可動線圈；注意：游絲是用直徑較細的彈性金屬材料制成，不能通過大電流，否則容易過載熔斷。磁電系測量機構中游絲的作用2.工作原理（結構圖）(1)轉動力矩M的產生(2)反作用力矩MF的產生

在線圈和指針轉動時，游絲被扭緊而產生阻轉矩MF。線圈受到的轉矩M=k1IFSNF

游絲的MF與指針的偏轉角成正比，即MF=k2

當彈簧的阻轉矩MF與線圈受到的轉動力矩M達到平衡時，可動部分停止轉動，此時有M=MF

線圈通入電流

I

電磁力

F線圈受到轉動力矩矩

M線圈和指針轉動

當彈簧阻轉矩與轉動轉矩達到平衡即MF=M時，可轉動部分便停止轉動，M=k1I，

MF=k2。3.阻尼力矩的產生

當線圈通入電流而發(fā)生偏轉時，鋁框切割磁通，在框內感應出電流，其電流再與磁場作用，產生與轉動方向相反的制動力，于是可轉動部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。

即指針的偏轉角

結論:

指針偏轉的角度與流經線圈的電流成正比。

磁電系儀表電流的恒定分量I04.用途測量直流電壓、直流電流及電阻。5.優(yōu)點：

1.刻度均勻；

2.靈敏度和準確度高；

3.阻尼強；

4.消耗電能量?。?/p>

5.受外界磁場影響小。

6.缺點：

1.只能測量直流；

2.價格較高；

3.不能承受較大過載。

二磁電系電流表

電流表的內阻要很小。

若要擴大電流表的量程，可在測量機構上并聯一個分流電阻RA。

電流表應串聯在電路中，I負載AI負載RAR0I0R0

——測量機構的電阻

RA——分流器的電阻電磁式儀表1.電磁式儀表結構2.排斥型電磁式儀表的工作原理

被測參數的電流流過固定線圈時，產生的磁場使固定鐵片和可動鐵片磁化，磁場相互作用使可動部分轉動。帶動指針旋轉。優(yōu)點：結構簡單、價格低、能進行交、直流測量。缺點：刻度不均勻、準確度較差。固定部分：1-定線圈2-定鐵片3-轉軸活動部分：4-動鐵片6-指針7-阻尼器5-游絲8-平衡錘電動系儀表電動系儀表結構FF可動線圈固定線圈電動儀表電磁力示意圖電磁轉矩

T=K1I1I2;

彈簧的反作用力矩TC=K2。當力矩平衡（T=TC）時，可動部分停止轉動，指針的偏轉角

=KI1I2。電動系電流表：I=I1=I2則指針的偏轉角為

=KI2。功率和電能的測量方法功率測量方法

1.直接法：測量功率可直接用電動系功率表、數字功率表或三相功率表，測量三相功率還可以用單相功率表接成兩表法或三表法。

2.間接法：直流可通過測量電壓、電流間接求得功率。交流則需要通過電壓、電流和功率因數求得功率。電能測量方法

1.直接法：直接測量電能，直流可使用電動系電能表，交流用感應系或電子電能表。

2.間接法：電能測量一般不用間接法，只有在功率穩(wěn)定不變的情況下用功率表和記時時鐘進行測量。電動系功率表

工作原理 測量功率時，電動系儀表的固定線圈與負載串聯，反映負載電流I，儀表的可動線圈與負載并聯，反映負載電壓U。按電動系儀表工作原理，可推出可動線圈的偏轉角正比于負載功率P。

如果U、I

為交流同樣可推出可動線圈的偏轉角正比于負載功率P。電壓線圈電流線圈

功率表正確接線應遵守“電源端”守則，即接線時將“電源端”接在電源的同一極性上。*號表示“電源端”功率表的正確接線功率表的錯誤接線（a）和（b)電流線圈與電壓線圈電源端*不接同一極性，功率表轉反（b）和（c）可動線圈與固定線圈間存在電位差的錯誤a)b)c)單相交流功率的測量1用電壓表，電流表，相位表間接測交流功率

有功功率

無功功率

視在功率

單相交流功率的測量2用功率表測有功（無功）功率

(a)直接接入(b)經互感器接入U—電壓；W—功率表；*—電流、電壓同名端；U1—一次電壓；U2—二次電壓用功率表測量單相有功功率三相交流功率的測量1用單相功率表測三相功率

一表法：適用于電壓、負載對稱的系統(tǒng)。三相負載的總功率，等于功率表讀數的三倍。a)負載為星形聯結法b)負載為三角形聯結法三相交流功率的測量

2在三相三線制中，廣泛采用兩功率表來測量三相功率。

通過電流線圈的電流為線電流，加在電壓線圈上的電壓為線電壓，三相總功率等于兩表讀數之和。iAW1W2****iBiCABC兩功率表測量三相功率工作原理：三相瞬時功率：所以，p=uAiA+uBiB+uC(–iA–

iB)

iC=(uA–uC)

iA+(uB–uC)

iB=uACiA+uBCiB

=p1+p2p=pA+pB+pC=uAiA+uBiB+uCiC因為，iA+iB+iC=0可見，三相功率可用兩個功率表來測量。式中為uAC和iA之間的相位差。iAW1W2****iBiCABCW1的讀數為：W2的讀數為：式中為uBC和iB之間的相位差。兩功率表讀數之和為

P

=P1+P2=UACIAcos+UBCIBcos

三相交流功率的測量

P1=UACIAcos

=Ul

Il

cos(30o–

)

P2=UBCIBcos

=Ul

Il

cos(30o+

)由相量圖可知，兩功率表的讀數為：兩功率表讀數之和為P

=P1+P2=Ul

Il

cos(30o–

)+Ul

Il

cos(30o+

)可見，采用兩表法可測量三相功率。當<60o時，P1和P2均為正值，P=P1讀數+P2讀數當>60o時，P1為正值，P2為負值，反轉，P=P1讀數–P2讀數

三相功率應是兩個功率表讀數的代數和，其中任意一個功率表的讀數是無意義的。三相交流功率的測量P

=P1+P2=UAC

IAcos+UBC

IBcos

3

三表法：適用于三相四線制，電壓、負載不對稱的系統(tǒng)，被測三相總功率為三表讀數之和，即三相交流功率的測量4

有功表跨相90度聯接測無功功率和電能：一表三相交流功率的測量二表三表5測量有功二表法線路測無功功率三相交流功率的測量兩有功功率表讀數之差：Q

=P1－P2=Ul

Il

cos(30o–

)－Ul

Il

cos(30o+

)iAW1W2****iBiCABC基本電氣絕緣預防性試驗一．絕緣電阻和吸收比的測量

絕緣電阻的測試是電氣設備絕緣測試中應用最廣泛，試驗最方便的項目。絕緣電阻值的大小，能有效地反映絕緣的整體受潮、污穢以及嚴重過熱老化等缺陷。絕緣電阻的測試最常用的儀表是絕緣電阻表（俗稱兆歐表），絕緣電阻最大可達105～106M左右。絕緣電阻表的輸出電壓通常有100V、250V、500V、1000V、2500V、5000V、10000V等規(guī)格，輸出電流隨輸出電壓的升高而減少，5kV高壓時一般輸出電流只有幾個mA，對于一般的絕緣材料是足夠的，但對于大電容量的試品，如電力電纜、大型發(fā)電機定子繞組、電力電容器，則需要大功率的測量儀表。

測量原理

1、電氣設備中的絕緣介質并非絕對不導電。圖1中左側方框代表一絕緣試品，合上開關K，在絕緣介質的兩端施加一定的直流電壓V，微安表指針首先會發(fā)生較大偏轉，隨后指針偏轉角度逐步減小并會穩(wěn)定在一定的角度，微安表所指示的電流變化如圖1中右側的電流曲線i所示。圖1直流電壓下流過不均勻介質的電流構成2、總電流i可以分解成三種電流分量：由絕緣電阻R決定的漏電流i1：不隨時間而改變的純阻性電流介質內部電壓重新分配過程中產生的吸收電流i2：按指數規(guī)律衰減的阻容性電流由快速極化產生的電容電流i3：按指數規(guī)律衰減的純容性電流，衰減時間常數比i2時間常數小，衰減速度較快。3、吸收電流與吸收曲線：吸收電流與絕緣介質內部絕緣老化程度有關，如受潮、局部絕緣缺陷等會使吸收變快，吸收電流與時間的曲線叫吸收曲線。不同絕緣介質的吸收曲線不同，對同一絕緣介質而言，絕緣狀況不同，吸收曲線也不相同。4、吸收比K：測量絕緣電阻及吸收比就是利用吸收現象來檢查絕緣是否整體受潮，有無貫通性的集中性缺陷，規(guī)程規(guī)定加壓后60s和15s時測得的絕緣電阻之比為吸收比。即K＝R60／R15

當K≥1.3時，認為絕緣干燥，而以60s時的電阻為該設備的絕緣電阻。測量原理絕緣介質的吸收現象下面以雙層介質為例定性分析吸收現象，如圖2，在雙層介質上施加直流電壓，。1、當K剛合上瞬間，電壓突變，這時層間電壓分配取決于電容．即：2、而在穩(wěn)態(tài)(t－∞)時，層間電壓取決于電阻，即：3、若被測介質均勻，C1＝C2，r1＝r2，則在介質分界面上不會出現電荷重新分配的過程。4、若被測介質均勻C1≠C2，r1≠r2。這表明K合閘后，兩層介質上的電壓要重新分配。若C1>C2，r1>r2，則合閘瞬間U2>U1；穩(wěn)態(tài)時，U1>U2，即U2逐漸下降，U1逐漸增大。C2已充上的一部分電荷要通過r2放掉，而C1則要經R和r2從電源再吸收一部分電荷。這一過程稱為吸收過程。因此，直流電壓加在介質上，回路中電流隨時間的變化，如圖3所示。圖2圖3絕緣介質的吸收現象解釋1、初始瞬間由于各種極化過程的存在，介質中流過的電流很大。2、隨時間增加，電流逐漸減小，最后趨于一穩(wěn)定值Ig，Ig就是由介質電導決定的泄漏電流。與之相應的電阻就是介質的絕緣電阻。3、圖3中陰影部分面積就表示了吸收過程中的吸收電荷，相應的電流稱為吸收電流。它隨時間增長而衰減，其衰減速度取決于介質的電容和電阻(時間常數為)。干燥絕緣體，r很大，故

很大，吸收過程明顯，吸收電流衰減緩慢，吸收比K大；而絕緣受潮后，電導增大，r減小，Ig也增大，吸收過程不明顯。因此，可根據絕緣電阻和吸收比K來判斷絕緣是否受潮。絕緣電阻測量儀表

1、測量絕緣電阻的儀表常稱作搖表，由于絕緣電阻數值至少在兆歐級以上，所以又稱為兆歐表。

2、兆歐表三個接線端子：Line端子L：接于被試設備的高壓導體上；Earth端子E：接于被試設備的外殼或地上；Guard端子G：接于被試設備的高壓屏蔽環(huán)/罩上，以消除表面泄漏電流的影響。手搖式兆歐表的內部結構和測量原理由電源和兩個線圈回路組成。電源是手搖發(fā)電機，處于磁場中的兩個線圈（電流線圈和電壓線圈）相互垂直，組成磁電式流比計機構。當搖動兆歐表時，發(fā)電機產生的直流電壓施加試品上，這時在電壓線圈和電流線圈中就分別有電流I1和Ix流過，將會產生兩個不同方向的轉矩T1和T2：手搖直流發(fā)電機∞Ω50020010030100FxNSUIxRxRI1+-MFxIF1F1T1=k1

I1

B1

()T2=k2

Ix

B2

()當兩個反向轉矩平衡時:k1

I1

B1

()=k2

Ix

B2

()已知R為標準電阻，R1和R2分別為電壓線圈和電流線圈的電阻。因為：結論：偏轉角與被測電阻Rx有一定的函數關系，通過標定，角就能反映被測電阻的大小。而且偏轉角與電源電壓U無關，所以手搖發(fā)電機轉動的快慢不影響讀數絕緣電阻表的使用兆歐表在工作時,自身產生高電壓,而測量對象又是電氣設備,所以必須正確使用,否則就會造成人身或設備事故。（1）測量前必須將被測設備電源切斷,并對地短路放電,決不允許設備帶電進行測量,以保證人身和設備的安全。（2）對可能感應出高壓電的設備,必須消除這種可能性后,才能進行測量。（3）被測物表面要清潔,減少接觸電阻,確保測量結果的正確性。（4）測量前要檢查兆歐表是否處于正常工作狀態(tài),主要檢查其“0”和“∞”兩點。即搖動手柄,使電機達到額定轉速,兆歐表在短路時應指在“0”位置,開路時應指在“∞”位置。（5）兆歐表使用時應放在平穩(wěn)、牢固的地方,且遠離大的外電流導體和外磁場。

做好上述準備工作后就可以進行測量了,在測量時,還要注意兆歐表的正確接線,否則將引起不必要的誤差甚至錯誤。絕緣電阻的局限絕緣電阻值的大小，能有效地反映絕緣的整體受潮、污穢以及嚴重過熱老化等缺陷，并且用兆歐表測量絕緣電阻操作簡單、安全、概念清晰以及兆歐表價格便宜等，所以在高壓電氣設備的絕緣測試中兆歐表的使用最廣泛。但是用兆歐表測試絕緣時，存在下列明顯缺點：（1）一般直流兆歐表的電壓2.5KV以下，比某些電氣設備的工作電壓要低得多，當設備存在某些缺陷時，高壓下的泄漏電流要比低壓下的大得多，亦即高壓下的絕緣電阻要比低壓下的電阻小得多。（2）一般直流兆歐表的輸出電流在2mA以下，當被測試設備的等效電容較大（例如電力變壓器、發(fā)電機定子繞組）時，充電速度慢，難以測得準確數據。二、介質損耗因數的測量介質損耗因數是反映絕緣性能的基本指標之一。它可以很靈敏地發(fā)現電氣設備絕緣整體受潮、劣化變質以及小體積設備貫通和未貫通的局部缺陷。介質損耗因數與絕緣電阻和泄漏電流的測試相比具有明顯的優(yōu)點，它與試驗電壓、試品尺寸等因素無關，更便于判斷電氣設備絕緣變化情況。介質損耗及介質損耗角δ

1、介質損耗：是指絕緣材料在一定強度的交變電場的作用下，由于介質電導、介質極化效應和局部放電，在其內部引起的有功損耗，常簡稱介損。如圖6(a)所示，電介質可以近視等效為電阻R和電容C的并聯，對電介質施加交流電壓，流過電介質的電流就包含阻性分量和容性分量，它們與參考相量的相位關系如圖6(b)所示。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為該絕緣試品的功率因數角，而的余角δ就是介質損耗角，也簡稱介損角。(a)電介質的RC并聯等效電路(b)相量圖圖6

電介質RC并聯等效電路和相量圖3、介質損耗因數4、介質損耗因數和介質損耗角正切，根據圖6.6(b)可知，電介質的介質損耗因數就等于該電介質的介質損耗角正切，它是一個與無量常數。而介質的有功損耗P：所以介質損耗角正切可以用來衡量電介質損耗大小。電介質損耗發(fā)熱并可能引起電介質的熱擊穿,因此在電絕緣技術中,特別是當絕緣材料用于高電場強度或高頻的場合,應盡可能采tgδ較低的材料。但也有利用高頻電流（一般為0.3～300兆赫）使介質發(fā)熱以達到干燥材料(木材、紙、陶瓷等)的目的。QS1電橋測量介質損耗角正切原理電氣設備絕緣能力的下降，如絕緣受潮、絕緣油受污染、老化變質等，直接反映為介損增大。測量的大小及變化趨勢，可以幫助我們判斷電氣設備的絕緣狀況。傳統(tǒng)測量方法是采用QS1型電橋，也稱高壓西林電橋，同時也能得到試品的電容量。當電橋平衡時，IG=0，應滿足：

Zx：為被試品的等效阻抗Cn：為標準電容器R3：可調無感電阻C4：可調無感電容器圖7圖7

QS1電橋原理圖整理得：左邊實部顯然等于零，整理可得：故有：一般取歐姆，f=50Hz，R43184（），得到：同理可得：三、接地阻抗的測量1、電力設備的接地:將設備的某一部位通過接地線與接地網進行可靠的金屬連接。為保證接地阻抗在一定范圍內（不同接地類型有不同的要求），一般需要埋設接地網。接地網由角鋼、圓鋼等構成一定的幾何形狀，設備、接地線和接地網要可靠連接。2、電力設備的接地種類：按照接地目的的不同，可以分為工作接地：指電力系統(tǒng)利用大地作為地線回路的接地，正確的工作接地是電力設備正常工作的基本條件，如三相四線制中變壓器中性點的接地。保護接地：指為防止電力設備的外殼和不帶電的金屬部分因絕緣泄漏或感應帶電所進行的接地。正確的保護接地是防止觸電、保護人身安全的重要措施。防雷接地：指過電壓保護裝置或戶外設備的金屬結構的接地，如避雷器的接地、光伏電池組串的金屬框架的接地等。接地阻抗接地阻抗：

指電力設備的接地極與電位為零的遠處間的阻抗，可以用兩點間的電壓與通過接地裝置流向大地的電流的比值來測量。它反映的是接地裝置對入地電流的阻礙作用的大小。由于接地阻抗的大小對電力系統(tǒng)的正常運行和人身安全有重大影響，所以接地阻抗的測量屬于國家標準強制要求測量項目。影響接地阻抗大小的因數：接地體附近土壤電阻率的大小接地網的幾何參數和埋入深度接地線與接地網的金屬連接伏安法測量接地阻抗的基本原理在接地極E和電流極C之間施加工頻交流電壓U,就會有電流通過接地極、大地和輔助電流電極構成的回路。電流通過接地極向大地四周擴散，在接地極附近形成電壓降。由于電流從接地體向四周發(fā)散，所以距離接地極越近，電流密度越大，電壓降落也最顯著，形成圖8（b）所示的電位分布。如果輔助電流極離接地極的距離足夠遠，就會在它們的中間出現電壓降近視為零的區(qū)域，該區(qū)域的電位分布對應圖8（b）中電位分布曲線中間平坦的部分。假設輔助電壓極P正好位于該區(qū)域，電壓表和電流的讀數分別為V、I，則接地體E的工頻接地阻抗Z為：圖8

(a)接線原理圖

(b)接地體附近電位分布圖伏安法準確測量接地阻抗的關鍵

輔助電壓電極P必須準確找到電位為零的區(qū)域。具體方法是：在E、C足夠遠（通常大于接地網對角線長度的4-5倍）的情況下，將輔助電壓極逐步遠離E極向C極方向移動，當電壓表讀數基本不變時，該位置就是近視的零電位點。有時為了測準，則采用變電所的出線，達到E、C兩極距離足夠大。接地阻抗的測量方法1、試驗接線圖：見圖9由于一般低壓220V由一條相線和一條中性線（一火一地）構成，若沒有升壓變壓器隔離，則相線端直接接到被測接地裝置上，可能造成電源短路。圖9電壓-電流表法接地阻抗測量試驗接線圖2、接地阻抗計算Z——接地阻抗，單位;V——電壓表測得被測接地電極與電壓輔助電極間電壓，單位V;

I——流過被測接地電極的電流，單位A。接地阻抗測量試驗的電極布置電極直線布置：一般選電流線dGC等于(4～5)D，D為接地網最大對角線長度，電壓線dGP為0.618dGC左右。測量時還應將電壓極沿接地網與電流極連線方向前后移動dGC的5%，各測一次。若3次測得的阻抗值接近，可以認為電壓極位置選擇合適。若3次測量值不接近，應查明原因（如電流極、電壓極引線是否太短等）。當遠距離放線有困難時，在土壤電阻率均勻地區(qū)，dGC可取2D;當土壤電阻率不均勻時，dGP可取3D左右。電極三角形布置，一般選dGP=dGC=(4～5)D，夾角≈30。測量時也應將電壓極前后移動再測2次，共測3次。接地阻抗測量注意事項(1)測量應選擇在干燥季節(jié)和土壤未凍結進行。(2)采用電極直線布置測量時，電流線與電壓線應盡可能分開，不應纏繞交錯。(3)在變電站進行現場測量時，由于引線較長，應多人進行，轉移地點時，不得甩扔引線。(4)測量時接地阻抗表無指示，可能是電流線斷；指示很大，可能是電壓線斷或接地體與接地線未連接；接地阻抗表指示擺動嚴重，可能是電流線、電壓線與電極或接地阻抗表端子接觸不良，也可能是電極與土壤接觸不良造成的。(5)對于運行10年以上接地網，應部分開挖檢查，看是否有接地體焊點斷開、松脫、嚴重銹蝕現象。曾發(fā)生過變電站接地電阻測量合格而開挖檢查時發(fā)現接地體嚴重銹蝕的情況。四、電力設備局部放電的測量1、定義：按照GB/T7354-2003(等同IEC60270-2000)《局部放電測量》中的定義,局部放電是指導體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電，這種放電可以在導體附近發(fā)生，也可以不在導體附件發(fā)生。2、局放產生的原因：主要是由于絕緣體內部或絕緣表面局部電場特別集中而引起的，例如固體絕緣體中的小氣泡或其它雜質、導體和絕緣體界面上的小金屬毛刺等都會導致局部的電場集中。3、危害：早期局放放電水平低，對整體絕緣尚不構成嚴重影響。但長期在工作電壓下的局部放電會伴隨著熱、光和化學反應，逐步侵蝕周圍的絕緣,最終產生嚴重的絕緣缺陷。局部放電量是評估電力設備絕緣性能的重要質量指標，局部放電測量試驗是電力設備絕緣的非常重要的預防性試驗項目。國標GB/T7354-2003及部標DL/T417-2006均對局部放電測量試驗的試驗對象、測量參數、測量回路等給出具體說明。局部放電的機理分析局部放電的基本模型：見圖11

絕緣體內含一小空氣泡δ，氣泡δ與固體介質的上下S區(qū)形成串聯，再與左右P區(qū)并聯，等效電路如圖11(b)所示。定性分析：設A為S區(qū)截面積，、為固體介質和氣泡的介電常數圖11含氣泡的絕緣試品及其等效電路(a