介損測(cè)試原理及應(yīng)用.ppt

電壓作用下電介質(zhì)中產(chǎn)生的一切損耗稱為介質(zhì)損耗或介質(zhì)損失。如果介質(zhì)損耗很大，會(huì)使電介質(zhì)溫度升高，促使材料發(fā)生老化，如果介質(zhì)溫度不斷上升，甚至?xí)央娊橘|(zhì)融化、燒焦，喪失絕緣能力，導(dǎo)致熱擊穿，因此，電介質(zhì)損耗的大小是衡量絕緣介質(zhì)電性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 然而不同設(shè)備由于運(yùn)行電壓、結(jié)構(gòu)尺寸等不同，不能通過(guò)介質(zhì)損耗的大小來(lái)衡量對(duì)比設(shè)備好壞。因此引入了介質(zhì)損耗因數(shù)tg（又稱介質(zhì)損失角正切值）的概念。 介質(zhì)損耗因數(shù)的定義是： 介質(zhì)損耗因數(shù)tg只與材料特性有關(guān)，與材料的尺寸、體積無(wú)關(guān)，便于不同設(shè)備之間進(jìn)行比較。,測(cè)量介質(zhì)損耗因素的意義,測(cè)量介質(zhì)損耗因素的意義,測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)tg判斷電氣設(shè)備的絕緣狀況是一種傳統(tǒng)的、十分有效的方法。它能反映出絕緣的一系列缺陷，如絕緣受潮，油或浸漬物臟污或劣化變質(zhì)，絕緣中有氣隙發(fā)生放電等。這時(shí)流過(guò)絕緣的電流中有功分量IRX增大了，tg也加大。 按照電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定，對(duì)多種電力設(shè)備（如電力變壓器、發(fā)電機(jī)組、高壓開(kāi)關(guān)、電壓電流互感器、套管、耦合電容等）都需要做介質(zhì)損耗因素（tg）的測(cè)量。 所以tg試驗(yàn)是一項(xiàng)必不可少而且非常有效的試驗(yàn)。能較靈敏地反映出設(shè)備絕緣情況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。,測(cè)量介質(zhì)損耗因素的意義,測(cè)量介質(zhì)損耗因素的意義,西林電橋 （如QS1）,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量原理,電流比較儀電橋 （如QS30）,數(shù)字型高壓介損測(cè)試儀 （目前廣泛使用的介損儀）,介質(zhì)損耗測(cè)量電橋分類,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量原理,西林電橋,BR16高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器,QS1高壓電容電橋,QS1電橋是80年代以前廣泛使用的現(xiàn)場(chǎng)介損測(cè)試儀器。試驗(yàn)時(shí)需配備外部標(biāo)準(zhǔn)電容器（如BR16型標(biāo)準(zhǔn)電容器），以及10kV升壓器及電源控制箱。需要調(diào)節(jié)平衡，結(jié)果需要換算，使用不太方便。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量原理,西林電橋 工作原理,高壓西林電橋是由：交流阻抗器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、檢流計(jì)、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等組成。 調(diào)節(jié)R3、C4使電橋平衡，此時(shí)a、b兩點(diǎn)電壓幅值相位完全相等，即R3、C4兩端電壓相等。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量原理,西林電橋 工作原理,因?yàn)榻涣麟娐分须娙葑杩篂?電路中R4、C4的并聯(lián)阻抗為兩者倒數(shù)和的倒數(shù) 按阻抗元件分壓原理，不難得到：,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量原理,西林電橋 工作原理,經(jīng)過(guò)運(yùn)算，按復(fù)數(shù)相等實(shí)部、虛部分別相等的規(guī)定可得到： 按串連模型介損定義：,由于R4是固定的3184，頻率是50Hz、C4單位為F時(shí)，tg=C4，因此可以在C4刻度盤(pán)上讀出介損，通過(guò)R3、R4、Cn可以計(jì)算Cx。,現(xiàn)場(chǎng)使用QS1電橋時(shí)，需要先將升壓裝置，標(biāo)準(zhǔn)電容器和電橋等進(jìn)行連線，然后調(diào)節(jié)R3和C4，使得檢流計(jì)指示為零。這時(shí)電橋平衡。讀得C4值即為tg值，R3值經(jīng)過(guò)計(jì)算可得出被試品電容值?？傊F(xiàn)場(chǎng)操作使用都比較麻煩，抗干擾能力差，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在電氣試驗(yàn)工作的需要。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量原理,電流比較儀電橋 工作原理,電流比較儀電橋的工作原理是采用安匝平衡的原理。平衡過(guò)程見(jiàn)右圖，當(dāng)交流電源加在試品、標(biāo)準(zhǔn)電容器和電橋及地之間，在試品上產(chǎn)生一個(gè)電流Ix，在標(biāo)準(zhǔn)電容器上也產(chǎn)生一個(gè)電流In，當(dāng)兩個(gè)電流流過(guò)Wx、Wn時(shí)，由于Ix、In兩個(gè)電流的相位、幅值不相同，使Wd 有電流Id產(chǎn)生，通過(guò)調(diào)整Wx、Wn、C、R使Ix、In兩個(gè)電流的幅值相同，相位相反。,特 點(diǎn),測(cè)量精度高，適合 實(shí)驗(yàn)室高精度測(cè)量,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量原理,數(shù)字高壓介損測(cè)試儀 工作原理,數(shù)字高壓介損測(cè)試儀基本測(cè)量原理是基于傳統(tǒng)西林電橋的原理基礎(chǔ)上，測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)R4和被試側(cè)R3分別將流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容器和被試品的電流信號(hào)進(jìn)行高速同步采樣，經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換裝置測(cè)量得到兩組信號(hào)波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)計(jì)算處理中心分析系統(tǒng)，分別得出標(biāo)準(zhǔn)側(cè)和被試側(cè)正弦信號(hào)的幅值、相位關(guān)系，從而計(jì)算出被試品的電容量及介損值。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量原理,數(shù)字高壓介損測(cè)試儀 工作原理,智能型電橋的測(cè)量回路還是一個(gè)橋體。R3、R4兩端的電壓經(jīng)過(guò)A/D采樣送到計(jì)算機(jī)，求得: 進(jìn)一步可求得被試品介損和電容量,特點(diǎn)：,測(cè)量系統(tǒng)一體化，接線簡(jiǎn)單,無(wú)機(jī)械調(diào)節(jié)部件，測(cè)量過(guò)程全自動(dòng),便于實(shí)現(xiàn)抗干擾，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量原理,數(shù)字高壓介損測(cè)試儀 工作原理,顯示控制單元 人機(jī)界面，控制儀器的測(cè)量過(guò)程,可程控的電子調(diào)壓10kV高壓電源 產(chǎn)生測(cè)量用的高壓電源一般可以從0.5kV-10kV連續(xù)平緩升壓,測(cè) 量 部 分 完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)回路和被試回路電流信號(hào)實(shí)時(shí)同步采樣，由計(jì)算機(jī)分析計(jì)算出tg及電容量。,內(nèi)部組成,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,正接線UST,試品不接地，橋體E端接地，在需要屏蔽的場(chǎng)合，E端也可用于屏蔽。此時(shí)橋體處于地電位， R3、C4 可安全調(diào)節(jié)。 各種介損測(cè)試儀器正接線接線方法基本一致。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,反接線GST,這是一種標(biāo)準(zhǔn)反接線接法，在試品接地，橋體U端接地，E端為高壓端，在需要屏蔽的場(chǎng)合，E端也可用于屏蔽。此時(shí)橋體處于高電位， R3、C4 需通過(guò)絕緣桿調(diào)節(jié)。 這種方式橋體處于高電位，儀器內(nèi)部高低壓之間需要做好絕緣防護(hù)措施。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,側(cè)接線,這是一種采用側(cè)接線代替反接線的接法，在試品一端接地（a點(diǎn)），E端為屏蔽端，U端為高壓端。此時(shí)橋體處于低電位， R3、C4可以安全調(diào)節(jié)。 這種方式高壓電源、高壓線對(duì)地電容都將經(jīng)過(guò)R3回路與真正的試品電流混雜到一起，極易受到干擾。為提高精度，需要雙層屏蔽，消除內(nèi)部和外部干擾。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,高壓電流隔離反接線,使橋體處于地電位，又能克服側(cè)接線易受干擾的缺陷的另一個(gè)方法就是使用高壓隔離電流傳感器（如采用光纖、電磁隔離）。采用高精度高壓傳感器，將高壓側(cè)采集的信號(hào)傳遞到低壓側(cè)進(jìn)行分析，使得測(cè)量單元始終處于低電位，既保證了準(zhǔn)確性，又保證了安全。 此方法電流傳感器的精度會(huì)給測(cè)量帶來(lái)一定附加誤差。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,自激法測(cè)量CVT,對(duì)于電容式電壓互感器的分壓?jiǎn)卧捎贑1和C2連接處是封閉的，不能直接采用正接線測(cè)試，如果測(cè)量C1和C2的串聯(lián)值。由于與中間變壓器對(duì)地電容跟C1和C2形成“T形網(wǎng)絡(luò)”，如果中間變壓器介損較大，可能出現(xiàn)負(fù)值。因此應(yīng)采用自激磁法進(jìn)行測(cè)試。 采用自激磁法測(cè)試C1原理如右圖：,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,自激法測(cè)量CVT,測(cè)量C1時(shí)，C2與標(biāo)準(zhǔn)電容CN串聯(lián)，由于C2CN,串聯(lián)后標(biāo)準(zhǔn)臂電容CN，介損也取決于CN可看作零。通過(guò)二次繞組加壓在中間變壓器一次側(cè)感應(yīng)出高壓施加于試品上進(jìn)行測(cè)量。由于二次繞組容量及電容尾端絕緣水平限制，施加電壓不能超過(guò)3000V。一般采用2500V測(cè)量。 測(cè)量C2原理與測(cè)量C1時(shí)相同。如有圖所示。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測(cè)量方式,自激法測(cè)量CVT,由于C1較C2電容量要小，所以測(cè)量C2時(shí)，C1與Cn串聯(lián)等效的誤差就比較大。為了減小這種測(cè)量誤差，我們?cè)跍y(cè)量C2的時(shí)候，以C1作為電橋的標(biāo)準(zhǔn)電容器，這樣可測(cè)得C2相對(duì)C1的容量比及相對(duì)介損值，由于第一次已經(jīng)將C1的介損及電容量測(cè)出，通過(guò)C1就可以推算出C2的值。 另外用于串聯(lián)C1與標(biāo)準(zhǔn)電容器的導(dǎo)線對(duì)地電容與C1、Cn形成了T型網(wǎng)絡(luò)，對(duì)測(cè)量精度有影響。為了減小這種影響，一般可以采用將導(dǎo)線懸空減小對(duì)地電容的辦法，目前有些儀器已經(jīng)加了補(bǔ)償算法。,抗干擾方法,抗干擾方法,干擾源,介損測(cè)量受到的主要干擾是感應(yīng)電場(chǎng)產(chǎn)生的工頻電流。無(wú)論何種測(cè)量方式，它都會(huì)進(jìn)入橋體：,抗干擾方法,抗干擾方法,倒向法,測(cè)量一次介損，然后將試驗(yàn)電源倒相180度再測(cè)量一次，取平均值。 倒相法是抗干擾最簡(jiǎn)單的方法，也是效果最差的方法。因?yàn)閮纱螠y(cè)量之間干擾電流或試品電流的幅度會(huì)發(fā)生波動(dòng)，會(huì)引起明顯誤差。,抗干擾方法,抗干擾方法,移相法,另一種工頻抗干擾方法是采用大功率移相電源，調(diào)整試驗(yàn)高壓的相位，使試品電流與干擾電流方向相同或相反，這樣干擾電流影響減小，再配合倒相測(cè)量，能大大提高測(cè)量精度。 再一種方法是采用小功率調(diào)幅調(diào)相信號(hào)源，從R3橋臂上抵消干擾電流（干擾抵償法），再配合倒相測(cè)量，能大大提高測(cè)量精度。這種方法也是采用工頻抗干擾的最佳方法。,抗干擾方法,抗干擾方法,變頻法,干擾十分嚴(yán)重時(shí)，變頻測(cè)量能顯示更強(qiáng)的抗干擾能力。例如用55Hz測(cè)量時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)采用了數(shù)字濾波技術(shù)，只允許55Hz信號(hào)通過(guò)，50Hz干擾信號(hào)被有效抑制。 變頻測(cè)量時(shí)，儀器對(duì)流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容的電流In和被試品的電流Ix進(jìn)行實(shí)時(shí)同步采樣。得到兩組包含有干擾及信號(hào)源的混合信號(hào)，儀器再運(yùn)用快速傅立葉變換算法，將混合信號(hào)中信號(hào)源的信號(hào)（如55Hz信號(hào)）與干擾源（如50Hz信號(hào)）信號(hào)分離。這樣就很容易把我們關(guān)心的信號(hào)源信號(hào)分離出來(lái)。達(dá)到了抗干擾的目的。,抗干擾方法,抗干擾方法,變頻法,由于介損值與試驗(yàn)頻率有關(guān)，為了更好地與50Hz下的介損值等效，通常儀器分別的50Hz5Hz進(jìn)行兩次測(cè)量，再取平均值得到等效50Hz的介損值。為了使試驗(yàn)頻率更接近50Hz，有時(shí)也采用50Hz2.5Hz進(jìn)行測(cè)量。,介損測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)使用注意事項(xiàng),介損測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)使用注意事項(xiàng),Text in here,Text in here,常規(guī)介損測(cè)試儀 選型方法,測(cè)量功能,如內(nèi)接、外接、正接線、反接線、自激法CVT測(cè)量等,試驗(yàn)電壓范圍,常規(guī)介損一般10kV，額定電壓介損根據(jù)要求確定,測(cè)試電流范圍,常規(guī)介損一般5uA1A，高壓介損需要更大測(cè)試電流,測(cè)量精度,現(xiàn)場(chǎng)用一般（1%讀數(shù)+0.05%）,實(shí)驗(yàn)室用需要更高要求,抗干擾方式,工頻抗干擾或變頻抗干擾,介損測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)使用注意事項(xiàng),介損測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)使用注意事項(xiàng),Text in here,Text in here,常見(jiàn)故障 原因分析,介損偏大或不穩(wěn)定,可能掛鉤或測(cè)試夾子接觸不良，接地不良等。儀器接地應(yīng)盡量靠近被試品。 另外判斷是否受到強(qiáng)干擾影響。,介損值偏小,通常測(cè)量電容很小的試品時(shí)受到T型網(wǎng)絡(luò)影響，通過(guò)改變測(cè)試線角度，擦拭 烘干設(shè)備表面等措施加以改善。另外也可能受干擾影響。,儀器不能升壓,檢查設(shè)備接地刀閘是否打開(kāi)，拔