電介質(zhì)正切損耗角

1、目錄1 .引言2.1 .電介質(zhì)損耗角研究的意義2.2 .電介質(zhì)損耗角正切的理論基礎(chǔ)32 .電介質(zhì)損耗與電介質(zhì)損耗角3.1 .電介質(zhì)損耗3.2 .電介質(zhì)損耗角3.3 .等值電路5.1 .并聯(lián)等值電路5.2 .串聯(lián)等值電路6.4 .介質(zhì)損耗角正切的測量6.1 .西林電橋原理7.2 .測量的影響因素9.a）外界電磁場的干擾影響9.b）溫度的影響8.c）試驗(yàn)電壓的影響9.d）試品表面泄漏的影響1.0e）試品電容量的影響.105 .結(jié)論1.Q6 .參考文獻(xiàn)1.1介質(zhì)損耗角正切摘要：電力系統(tǒng)中檢測高壓設(shè)備的運(yùn)行可靠性和發(fā)現(xiàn)電氣絕緣方面缺陷，電介質(zhì)損耗角的測量必不可少。電介質(zhì)損耗角是一項(xiàng)反映高壓電氣設(shè)備絕緣

2、性能的重要指標(biāo)。本文介紹了介質(zhì)損耗角的基本概念和其意義，簡單分析了介質(zhì)損耗角檢測的方法。關(guān)鍵詞：電介質(zhì)損耗角；方法；測量；因素一.引言1 .電介質(zhì)損耗角研究的意義電氣設(shè)備是組成電力系統(tǒng)的基本元件，是保證供電可靠性的基礎(chǔ)。無論是大型關(guān)鍵設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器，還是小型設(shè)備如電力電容器、絕緣子等，一旦發(fā)生失效，必將引起局部甚至全部地區(qū)的停電。而導(dǎo)致設(shè)備失效的主要原因是其絕緣性能的劣化。絕緣劣化有很多原因，不僅電應(yīng)力可引起絕緣劣化，導(dǎo)致絕緣故障，而且機(jī)械力或熱得作用，或者和電場的共同作用，最終也會發(fā)展為絕緣性故障。鑒于絕緣故障在電力故障中所占的比重及其后果的嚴(yán)重性，電力運(yùn)行部門歷來十分重視電氣設(shè)備的絕

3、緣監(jiān)督。電介質(zhì)的電氣特性，主要表現(xiàn)為它們在電場作用下的導(dǎo)電性能、介電性能和電氣強(qiáng)度，它們分別以四個(gè)主要參數(shù)，即電導(dǎo)率（或絕緣電阻率）、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切和擊穿場強(qiáng)來表示。電介質(zhì)損耗角是一項(xiàng)反映高壓電氣設(shè)備絕緣性能的重要指標(biāo)。電介質(zhì)損耗角的變化可反映受潮、劣化變質(zhì)或絕緣中氣體放電等絕緣缺陷，因此測量介質(zhì)損耗角是研究絕緣老化特征及在線監(jiān)視絕緣狀況的一項(xiàng)重要內(nèi)容。而在實(shí)際測量中，由于電介質(zhì)損耗很小，所以需要測量系統(tǒng)有較高的測量精度，這樣才能正確及時(shí)地反映電介質(zhì)損耗的變化。對于電容型絕緣設(shè)備，通過對其介質(zhì)特性的監(jiān)視，可以發(fā)現(xiàn)尚處于早期發(fā)展階段的缺陷2 .電介質(zhì)損耗角正切的理論基礎(chǔ)對電介質(zhì)施加正弦

4、波電壓，外施電壓與相同頻率的電流之間相角的余角的正切值。其物理理論基礎(chǔ)為tan6=每個(gè)周期內(nèi)介質(zhì)損耗的能量每個(gè)周期內(nèi)介質(zhì)存儲的能量二電介質(zhì)損耗與電介質(zhì)損耗角1 .電介質(zhì)損耗電介質(zhì)在電場作用下（加電壓后），要發(fā)生極化過程和導(dǎo)電過程。有損極化過程中有能量損耗；在導(dǎo)電過程中，電導(dǎo)性泄漏電流流過絕緣電阻當(dāng)然也有能量損耗。損耗程度一般用單位時(shí)間內(nèi)損耗的能量，即損耗功率表示。電介質(zhì)出現(xiàn)功率損耗的過程稱為介質(zhì)損耗。顯然，介質(zhì)損耗過程隨極化過程和電導(dǎo)過程同時(shí)進(jìn)行，話句話說，由于極化、電導(dǎo)過程的存在也有損耗過程。電介質(zhì)損耗掉得能量也就是電能全部轉(zhuǎn)變成了熱能，使電介質(zhì)溫度升高。若介質(zhì)損耗過大，則電介質(zhì)溫度將升得過

5、高，這將加速電介質(zhì)的熱分解與老化，最終導(dǎo)致絕緣性能的完全失去。2 .電介質(zhì)損耗角介質(zhì)損耗角是在交變電場下，電介質(zhì)內(nèi)流過向量和電壓向量之間的夾角（即功率向量角?。┑挠嘟?,簡稱介損角，常用百分?jǐn)?shù)（%來表示如下圖11所示。圖11介質(zhì)在交流電壓的等值電路和向量圖a示意圖b等值電路c向量圖在交流電壓下，流過電介質(zhì)的電流I包含有功分量Ir和無功分量Ic,即I=Ir+Ic由圖11可以看出，此時(shí)的介質(zhì)功率損耗P=UIcos小=UIctan6=U2Cptan6(1-1)式中-電源角頻率；-功率因數(shù)角；介質(zhì)損耗角。采用介質(zhì)損耗P作為比較各種絕緣材料損耗特性優(yōu)劣的指標(biāo)是不合適的，因?yàn)镻值得大小與所加電壓U、試品電

6、容量Cp、電源頻率等一系列因素有關(guān)，而式中的tan沏是一個(gè)僅僅取決于材料損耗特性，而與上述種種因素?zé)o關(guān)的物理量。正因于此，通常均采用介質(zhì)損耗角正切tan6作為綜合反映電介質(zhì)損耗特性優(yōu)劣的指標(biāo)，測量和監(jiān)控各種電力設(shè)備絕緣的tan也已成為電力系統(tǒng)中絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的最重要項(xiàng)目之一。有損介質(zhì)更細(xì)致的等值電路如圖12所示圖12電介質(zhì)的三條支路等值電路和向量圖a等值電路b向量圖圖中G-介質(zhì)無損極化；R2,Q-各種有損極化；R3電導(dǎo)損耗。在這個(gè)等值電路上加上直流電壓時(shí)，電介質(zhì)中流過的將是電容電流I1、吸收電流I2和傳導(dǎo)電流13。在電容電流11在加壓瞬間數(shù)值很大，但迅速下降到零，是一極短暫的充電電流；吸收電流

7、I2則隨著加電壓時(shí)間增長而逐漸減小，比充電電流的下降要慢得多，約經(jīng)數(shù)十分鐘才衰減到零，具體時(shí)間長短取決于絕緣的類型、不均勻程度和結(jié)構(gòu)；傳導(dǎo)電流I3是唯一長期存在的電流分量。這三個(gè)電流分量加在一起即得出吸收曲線，如圖13所示。60T上述三條支路等值電路可進(jìn)一步簡化為電阻、電容的并聯(lián)等值電路或串聯(lián)等值電路。若介質(zhì)損耗主要由電導(dǎo)所引起，常用并聯(lián)等值電路；如果介質(zhì)損耗主要由極化所引起，常用串聯(lián)等值電路。三.等值電路1 .并聯(lián)等值電路如果把圖12中的電流歸并成由有功電流和無功電流兩部分組成，即可得到圖11b所示并列電路，圖中Cp代表無功電流Ic的等值電容、R則代表有功電流Ir的等值電阻。其中IR=I3+

8、I2R_U一RUcdCp介質(zhì)損耗角正切tan冷于有功電流和無功電流的比值，即1UaCPIUtanaiC=uJp此時(shí)電路的功率損耗為：考可見與式（1-1）所得介質(zhì)損耗完全相同。2 .串聯(lián)等值電路用一只理想的無損耗電容Cs和一個(gè)電阻r相串聯(lián)的等值電路來代替，如果13a所小。且由如13b的向量圖可得：Irtan6=j=CsrCs由于r="，I=CcscoCs=Ucos6Cs,所以電路的功率損耗將為:P=I2r=(Ucos6Cs)回F=U2wCstan6(cos6)cdCs因?yàn)榻橘|(zhì)損耗角很小，cos6=1,所以P=U2Cstan6由并聯(lián)等值電路和串聯(lián)等值電路可知，串聯(lián)等值電路中的電阻r要比并

9、聯(lián)等值電路中的電阻咫、得多。口R圖13電介質(zhì)的簡化串聯(lián)等值電路及向量圖a串聯(lián)等值電路b向量圖四.介質(zhì)損耗角正切的測量由于介質(zhì)的功率損耗P與介質(zhì)損耗角正切tan威正比，所以tan6是絕緣品質(zhì)的重要指標(biāo)，測量tan瓶是判斷電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)的一項(xiàng)靈敏有效方法。tan6能反映絕緣的整體性缺陷（例如全面老化）和小電容試品中的嚴(yán)重局部缺陷。由于tan觸電壓而變化的曲線，可判斷絕緣是否受潮、含有氣泡及老化程度。但是測量tan杯能靈敏地反映大容量發(fā)電機(jī)、變壓器和電力電纜絕緣中的局部性缺陷，這是應(yīng)盡可能將這些設(shè)備分解成幾部分，然后分別測量它們的tan6,tan也得測量，最常用的是高壓交流電橋，即西林電橋法。1

10、.西林電橋原理西林電橋的接線原理如圖14所示。其中被試品以并聯(lián)等值電路表示，其等值電容和電阻分別為G和Rx；R3為可調(diào)的無感電阻；Cn為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容；N為定值無感電阻；P為交流檢流計(jì)。在交流電壓U的作用下，調(diào)節(jié)R3和C4,使電橋到達(dá)平衡，即通過檢流計(jì)P的電流為零，說明此時(shí)A,B兩點(diǎn)間無電壓差，因而UcA=UcB，UAD=UbD可得(1-2)UCA_UcbUadUbd橋臂CAAD中流過的電流相等，均為I1;橋臂CBBD中流過的電流也相等，均為I2.所以各橋臂電壓之比亦即相應(yīng)橋臂阻抗之比，由上式（1-2）可寫出:1=Z4或乙乙=江（1-3）式中1Z1=1:-R-+JCDCx1Z2=:-JC

11、NZ3=R31Z4=1品+Jg分別代入（1-3）,并使等式兩側(cè)實(shí)數(shù)部分與虛數(shù)部分各各相等，即可求得試品電容Cx和等值電阻RxCNR4R31+2c2RR31+2c2或2CnC4r4因?yàn)榻橘|(zhì)并聯(lián)等值電路的介質(zhì)損耗角正切一1tan6=-=CDC4R4(1-4)+左，代入后，等到的介3cxRx如果被試品用rx和Kx的串聯(lián)等值電路表示，則乙=rx質(zhì)損耗角也一樣。因?yàn)?2Ttf=100Tt,如果取R4=10%Q,并取品的單位為南，則式14可以兀簡化為tan6=C4同時(shí)，試品的電容Cx可按下式求得cCnR4R4cCx=2CnR31+tan26R32.測量的影響因素a）外界電磁場的干擾影響外界電磁場的干擾包括

12、實(shí)驗(yàn)用高電壓電源和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場高壓帶電體所引起的電場干擾，因?yàn)樵谶@些高壓源與電橋各元件及其連接之間存在著雜散電容，產(chǎn)生的干擾電流如流過橋臂就會引起測量誤差。另一方面，在現(xiàn)場測試條件下，電橋往往處于一個(gè)相當(dāng)顯著的交變磁場中，這是電橋接線也會感應(yīng)出一個(gè)干擾電勢，對電橋的平衡產(chǎn)生影響，也將導(dǎo)致測量誤差。消除干擾的方法就是金屬屏蔽網(wǎng)和屏蔽電纜。b）溫度的影響溫度對tan就影響很大，具體的影響程度隨絕緣材料和結(jié)構(gòu)的不同而異。一般來說，tan黜隨溫度的增高而增大?，F(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)的絕緣溫度是不一定的，所以為了便于比較，應(yīng)將在各種溫度下測量tan瓶換算到20c時(shí)的值。C）試驗(yàn)電壓的影響一般來說，良好的絕緣在額定電壓范

13、圍內(nèi)，其tan黜幾乎保持不變，如圖14曲線1所示。如果絕緣內(nèi)部存在空隙或氣泡時(shí)，情況就不同了，當(dāng)所加的電壓不足以是氣泡電離時(shí),tan前與電壓的關(guān)系與良好絕緣沒有什么差別，但當(dāng)所加電壓大到能引起氣泡電離或者發(fā)生局部放電時(shí)，tan就開始隨電壓U的升高而增大，電壓回落時(shí)電離要比電壓上升時(shí)更快，因而會出現(xiàn)閉環(huán)狀曲線，如圖14曲線2所示。如果絕緣受潮，則電壓較低時(shí)的tan獻(xiàn)就已相當(dāng)很大，電壓升高時(shí)，tan就更將急劇增大；電壓回落時(shí)，tan前也要比電壓上升時(shí)要更大一些，因而形成不閉環(huán)的分叉曲線，如圖14曲線3所示，主要原因是介質(zhì)的溫度因熱而提高了。求出tan內(nèi)電壓的關(guān)系，有助于判斷絕緣的狀態(tài)和缺陷類型。圖

14、14tan內(nèi)實(shí)驗(yàn)電壓的典型關(guān)系曲線1一良好的絕緣體2-絕緣中存在氣隙3一受潮絕緣d）試品表面泄漏的影響試品表面泄漏電阻總是與試品等值電阻Rx并聯(lián)著，顯然會影響所測得的tane）試品電容量的影響對于電容較小的試品，測得tan8ft有效的發(fā)現(xiàn)局部集中性缺陷和整體分布性缺陷。但對于電容較大的試品，測量tan也只能發(fā)現(xiàn)整體分布性缺陷，因?yàn)榧行匀毕菀鸬慕橘|(zhì)損耗增大值只是只占總損耗的一個(gè)很小的部分，因而用測量tan柏勺方法來判斷絕緣狀態(tài)就很不靈敏了，對于可以分解成幾個(gè)彼此絕緣的被試品，可分別測量其各個(gè)部分的tan瓶，更能有效地發(fā)現(xiàn)缺陷。五.結(jié)論介質(zhì)損耗是指在一定電壓作用下，介質(zhì)所產(chǎn)生各種形式的損耗。在工程實(shí)際測試中，介質(zhì)損耗是用介質(zhì)中流過的電流的有功分量和無功分量的比值來表示，即tan湎。它與絕緣材料的性質(zhì)有關(guān)，而與它的結(jié)構(gòu)、形狀、幾何形狀等無關(guān)，tan8的大小是絕緣優(yōu)劣的體現(xiàn)。介質(zhì)損耗角正切值又稱介質(zhì)損耗因素或簡稱介損。測量介質(zhì)損耗因素是一項(xiàng)靈敏度很高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，它可以發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備絕緣整體受潮、劣化變質(zhì)以及小體積被試設(shè)備貫通和未貫通的局部缺陷。而用測量絕緣電阻檢測，受潮