介損測試原理及應(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，甚至會把電介質(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)電性能的一項重要指標。 然而不同設(shè)備由于運行電壓、結(jié)構(gòu)尺寸等不同，不能通過介質(zhì)損耗的大小來衡量對比設(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、體積無關(guān)，便于不同設(shè)備之間進行比較。,測量介質(zhì)損耗因素的意義,測量介質(zhì)損耗因素的意義,測量介質(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。這時流過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)防性試驗規(guī)程的規(guī)定，對多種電力設(shè)備（如電力變壓器、發(fā)電機組、高壓開關(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）的測量。 所以tg試驗是一項必不可少而且非常有效的試驗。能較靈敏地反映出設(shè)備絕緣情況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。,測量介質(zhì)損耗因素的意義,測量介質(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）測量原理,電流比較儀電橋 （如QS30）,數(shù)字型高壓介損測試儀 （目前廣泛使用的介損儀）,介質(zhì)損耗測量電橋分類,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量原理,西林電橋,BR16高壓標準電容器,QS1高壓電容電橋,QS1電橋是80年代以前廣泛使用的現(xiàn)場介損測試儀器。試驗時需配備外部標準電容器（如BR16型標準電容器），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)換開關(guān)、檢流計、高壓標準電容器等組成。 調(diào)節(jié)R3、C4使電橋平衡，此時a、b兩點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）測量原理,西林電橋 工作原理,因為交流電路中電容阻抗為 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）測量原理,西林電橋 工作原理,經(jīng)過運算，按復(fù)數(shù)相等實部、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，tg=C4，因此可以在C4刻度盤上讀出介損，通過R3、R4、Cn可以計算Cx。,現(xiàn)場使用QS1電橋時，需要先將升壓裝置，標準電容器和電橋等進行連線，然后調(diào)節(jié)R3和C4，使得檢流計指示為零。這時電橋平衡。讀得C4值即為tg值，R3值經(jīng)過計算可得出被試品電容值。總之現(xiàn)場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。平衡過程見右圖，當交流電源加在試品、標準電容器和電橋及地之間，在試品上產(chǎn)生一個電流Ix，在標準電容器上也產(chǎn)生一個電流In，當兩個電流流過Wx、Wn時，由于Ix、In兩個電流的相位、幅值不相同，使Wd 有電流Id產(chǎn)生，通過調(diào)整Wx、Wn、C、R使Ix、In兩個電流的幅值相同，相位相反。,特 點,測量精度高，適合 實驗室高精度測量,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量原理,數(shù)字高壓介損測試儀 工作原理,數(shù)字高壓介損測試儀基本測量原理是基于傳統(tǒng)西林電橋的原理基礎(chǔ)上，測量系統(tǒng)通過標準側(cè)R4和被試側(cè)R3分別將流過標準電容器和被試品的電流信號進行高速同步采樣，經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換裝置測量得到兩組信號波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)計算處理中心分析系統(tǒng)，分別得出標準側(cè)和被試側(cè)正弦信號的幅值、相位關(guān)系，從而計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）測量原理,數(shù)字高壓介損測試儀 工作原理,智能型電橋的測量回路還是一個橋體。R3、R4兩端的電壓經(jīng)過A/D采樣送到計算機，求得: 進一步可求得被試品介損和電容量,特點：,測量系統(tǒng)一體化，接線簡單,無機械調(diào)節(jié)部件，測量過程全自動,便于實現(xiàn)抗干擾，數(shù)據(jù)準確可靠,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）原理,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量原理,數(shù)字高壓介損測試儀 工作原理,顯示控制單元 人機界面，控制儀器的測量過程,可程控的電子調(diào)壓10kV高壓電源 產(chǎn)生測量用的高壓電源一般可以從0.5kV-10kV連續(xù)平緩升壓,測 量 部 分 完成對標準回路和被試回路電流信號實時同步采樣，由計算機分析計算出tg及電容量。,內(nèi)部組成,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,正接線UST,試品不接地，橋體E端接地，在需要屏蔽的場合，E端也可用于屏蔽。此時橋體處于地電位， R3、C4 可安全調(diào)節(jié)。 各種介損測試儀器正接線接線方法基本一致。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,反接線GST,這是一種標準反接線接法，在試品接地，橋體U端接地，E端為高壓端，在需要屏蔽的場合，E端也可用于屏蔽。此時橋體處于高電位， R3、C4 需通過絕緣桿調(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措施。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,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），E端為屏蔽端，U端為高壓端。此時橋體處于低電位， R3、C4可以安全調(diào)節(jié)。 這種方式高壓電源、高壓線對地電容都將經(jīng)過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）測量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,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)采集的信號傳遞到低壓側(cè)進行分析，使得測量單元始終處于低電位，既保證了準確性，又保證了安全。 此方法電流傳感器的精度會給測量帶來一定附加誤差。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,自激法測量CVT,對于電容式電壓互感器的分壓單元，由于C1和C2連接處是封閉的，不能直接采用正接線測試，如果測量C1和C2的串聯(lián)值。由于與中間變壓器對地電容跟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)負值。因此應(yīng)采用自激磁法進行測試。 采用自激磁法測試C1原理如右圖：,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,自激法測量CVT,測量C1時，C2與標準電容CN串聯(lián)，由于C2CN,串聯(lián)后標準臂電容CN，介損也取決于CN可看作零。通過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行測量。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3000V。一般采用2500V測量。 測量C2原理與測量C1時相同。如有圖所示。,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,介質(zhì)損耗因數(shù)（tg）測量方式,自激法測量CVT,由于C1較C2電容量要小，所以測量C2時，C1與Cn串聯(lián)等效的誤差就比較大。為了減小這種測量誤差，我們在測量C2的時候，以C1作為電橋的標準電容器，這樣可測得C2相對C1的容量比及相對介損值，由于第一次已經(jīng)將C1的介損及電容量測出，通過C1就可以推算出C2的值。 另外用于串聯(lián)C1與標準電容器的導(dǎo)線對地電容與C1、Cn形成了T型網(wǎng)絡(luò)，對測量精度有影響。為了減小這種影響，一般可以采用將導(dǎo)線懸空減小對地電容的辦法，目前有些儀器已經(jīng)加了補償算法。,抗干擾方法,抗干擾方法,干擾源,介損測量受到的主要干擾是感應(yīng)電場產(chǎn)生的工頻電流。無論何種測量方式，它都會進入橋體：,抗干擾方法,抗干擾方法,倒向法,測量一次介損，然后將試驗電源倒相180度再測量一次，取平均值。 倒相法是抗干擾最簡單的方法，也是效果最差的方法。因為兩次測量之間干擾電流或試品電流的幅度會發(fā)生波動，會引起明顯誤差。,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，再配合倒相測量，能大大提高測量精度。 再一種方法是采用小功率調(diào)幅調(diào)相信號源，從R3橋臂上抵消干擾電流（干擾抵償法），再配合倒相測量，能大大提高測量精度。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,干擾十分嚴重時，變頻測量能顯示更強的抗干擾能力。例如用55Hz測量時，測量系統(tǒng)采用了數(shù)字濾波技術(shù)，只允許55Hz信號通過，50Hz干擾信號被有效抑制。 變頻測量時，儀器對流過標準電容的電流In和被試品的電流Ix進行實時同步采樣。得到兩組包含有干擾及信號源的混合信號，儀器再運用快速傅立葉變換算法，將混合信號中信號源的信號（如55Hz信號）與干擾源（如50Hz信號）信號分離。這樣就很容易把我們關(guān)心的信號源信號分離出來。達到了抗干擾的目的。,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進行兩次測量，再取平均值得到等效50Hz的介損值。為了使試驗頻率更接近50Hz，有時也采用50Hz2.5Hz進行測量。,介損測試儀現(xiàn)場使用注意事項,介損測試儀現(xiàn)場使用注意事項,Text in here,Text in here,常規(guī)介損測試儀 選型方法,測量功能,如內(nèi)接、外接、正接線、反接線、自激法CVT測量等,試驗電壓范圍,常規(guī)介損一般10kV，額定電壓介損根據(jù)要求確定,測試電流范圍,常規(guī)介損一般5uA1A，高壓介損需要更大測試電流,測量精度,現(xiàn)場用一般（1%讀數(shù)+0.05%）,實驗室用需要更高要求,抗干擾方式,工頻抗干擾或變頻抗干擾,介損測試儀現(xiàn)場使用注意事項,介損測試儀現(xiàn)場使用注意事項,Text in here,Text in here,常見故障 原因分析,介損偏大或不穩(wěn)定,可能掛鉤或測試夾子接觸不良，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干擾影響。,介損值偏小,通常測量電容很小的試品時受到T型網(wǎng)絡(luò)影響，通過改變測試線角度，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，拔