介損測試原理及應用(2014-03)

1、測量介質損耗因素的意義被測試品的無功功率被測試品的有功功率介質損耗因數100)(QPtg測量介質損耗因素的意義測量介質損耗因素的意義測量介質損耗因素的意義測量介質損耗因素的意義 西林電橋西林電橋 （如QS1）介質損耗因數（因數（tgtg 電流比較儀電橋電流比較儀電橋 （如QS30） 數字型數字型高壓介損測試儀高壓介損測試儀（目前使用的介損儀）介質損耗因數（因數（tgtg QS1QS1電橋是電橋是8080年代以前廣泛使年代以前廣泛使用的現(xiàn)場介損測試儀器。試驗時需用的現(xiàn)場介損測試儀器。試驗時需配備外部標準電容器（如配備外部標準電容器（如BR16BR16型標型標準電容器），以及準電容器），以及10k

2、V10kV升壓器及電升壓器及電源控制箱。需要調節(jié)平衡，結果需源控制箱。需要調節(jié)平衡，結果需要換算，使用不太方便。要換算，使用不太方便。介質損耗因數（因數（tgtg 高壓西林電橋是由：交高壓西林電橋是由：交流阻抗器、轉換開關、檢流流阻抗器、轉換開關、檢流計、高壓標準電容器等組成。計、高壓標準電容器等組成。 調節(jié)調節(jié)R3R3、C4C4使電橋平衡，使電橋平衡，此時此時a a、b b兩點電壓幅值相位兩點電壓幅值相位完全相等，即完全相等，即R3R3、C4C4兩端電兩端電壓相等。壓相等。介質損耗因數（因數（tgtg電橋平衡時：其中：代入化簡后得到：介質損耗因數（因數（tgtg按復數相等實部、虛部分別相等的

3、規(guī)定可得到：按并聯(lián)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，因此可以直接在C4刻度盤上讀出介損測量值。介質損耗因數（因數（tgtg按復數方程中虛部相等可得到：由于tg很小，所以可以寫成：總結： 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值經過計算可得出被試品電容值?，F(xiàn)場操作使用比較麻煩，抗干擾能力差，已經不能滿足當前電氣試驗工作的需要。介質損耗因數（因數（tgtg 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

4、準電容器和電橋及地之間，在試品上產生一個電流Ix，在標準電容器上也產生一個電流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產生，通過調整Wx、Wn、C、R使Ix Wx 、In Wn幅值相同，相位相反。這時Id等于0，平衡指示器指向零，表示電橋平衡。測量精度高，適合測量精度高，適合實驗室高精度測量實驗室高精度測量介質損耗因數（因數（tgtg 數字式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上，測量系統(tǒng)通過標準側R4和被試側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，經模數（A/D）轉換裝置測量得到兩組信號波形數據，再經計算

5、處理中心分析，分別得出標準側和被試側正弦信號的幅值、相位關系，從而計算出被試品的電容量及介損值。介質損耗因數（因數（tgtg 智能型電橋的測量回路還是一個橋體。R3、R4兩端的電壓經過A/D采樣送到計算機，求得:試品阻抗：進一步計算可得： 介損值可通過測量Ux與Un之間的相位計算得出tg值。測量相位的方法有很多種，如過零比較法，波形分析法（FFT變換）等等，也可采用測量有功分量和無功分量的方法來求得tg值。介質損耗因數（因數（tgtg介質損耗因數（因數（tgtg產生測量用的高壓電源可以從產生測量用的高壓電源可以從0.5kV-10kV0.5kV-10kV連續(xù)平緩升壓連續(xù)平緩升壓介質損耗因數（因數

6、（tgtg 試品不接地，橋體試品不接地，橋體E E端接端接地，在需要屏蔽的場合，地，在需要屏蔽的場合，E E端端也可用于屏蔽。此時橋體處于也可用于屏蔽。此時橋體處于地電位，地電位， R3R3、C4 C4 可安全調節(jié)?？砂踩{節(jié)。 各種介損測試儀器正接線各種介損測試儀器正接線接線方法基本一致。接線方法基本一致。介質損耗因數（因數（tgtg 這是一種標準反接線接法，這是一種標準反接線接法，在試品接地，橋體在試品接地，橋體U U端接地，端接地，E E端為高壓端，在需要屏蔽的場端為高壓端，在需要屏蔽的場合，合，E E端也可用于屏蔽。此時橋端也可用于屏蔽。此時橋體處于高電位，體處于高電位， R3R3、C

7、4 C4 需通需通過絕緣桿調節(jié)。過絕緣桿調節(jié)。 這種方式橋體處于高電位，這種方式橋體處于高電位，儀器內部高低壓之間需要做好儀器內部高低壓之間需要做好絕緣防護措施。絕緣防護措施。介質損耗因數（因數（tgtg 這是一種采用側接線代替反這是一種采用側接線代替反接線的接法，在試品一端接地接線的接法，在試品一端接地（a a點），點），E E端為屏蔽端，端為屏蔽端，U U端為端為高壓端。此時橋體處于低電位，高壓端。此時橋體處于低電位， R3R3、C4C4可以安全調節(jié)?？梢园踩{節(jié)。 這種方式高壓電源、高壓線這種方式高壓電源、高壓線對地電容都將經過對地電容都將經過R3R3回路與真正回路與真正的試品電流混雜到

8、一起，極易受的試品電流混雜到一起，極易受到干擾。為提高精度，需要雙層到干擾。為提高精度，需要雙層屏蔽，消除內部和外部干擾。屏蔽，消除內部和外部干擾。介質損耗因數（因數（tgtg 使橋體處于地電位，又能克使橋體處于地電位，又能克服側接線易受干擾的缺陷的另一服側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）。感器（如采用光纖、電磁隔離）。采用高精度高壓傳感器，將高壓采用高精度高壓傳感器，將高壓側采集的信號傳遞到低壓側進行側采集的信號傳遞到低壓側進行分析，使得測量單元始終處于低分析，使得測量單元始終處于低電位，既保證了準確性，又保證電位，

9、既保證了準確性，又保證了安全。了安全。 此方法電流傳感器的精此方法電流傳感器的精度會給測量帶來一定附加誤差。度會給測量帶來一定附加誤差。介質損耗因數（因數（tgtg 對于電容式電壓互感器的分壓單對于電容式電壓互感器的分壓單元，由于元，由于C1C1和和C2C2連接處是封閉的，不連接處是封閉的，不能直接采用正接線測試，如果測量能直接采用正接線測試，如果測量C1C1和和C2C2的串聯(lián)值。由于與中間變壓器對的串聯(lián)值。由于與中間變壓器對地電容跟地電容跟C1C1和和C2C2形成形成“T T形網絡形網絡”，如果中間變壓器介損較大，可能出現(xiàn)如果中間變壓器介損較大，可能出現(xiàn)負值。因此應采用自激磁法進行測試。負值

10、。因此應采用自激磁法進行測試。 采用自激磁法測試采用自激磁法測試C1C1原理如右圖原理如右圖：介質損耗因數（因數（tgtg 測量測量C1C1時，時，C2C2與標準電容與標準電容CNCN串串聯(lián)，由于聯(lián)，由于C2CN,C2CN,串聯(lián)后標準臂電容串聯(lián)后標準臂電容CNCN，介損也取決于，介損也取決于CNCN可看作零。通可看作零。通過二次繞組加壓在中間變壓器一次側過二次繞組加壓在中間變壓器一次側感應出高壓施加于試品上進行測量。感應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，施加電壓不能超過平限制，施加電壓不能超過3000V3000V。一般采用一般采

11、用2500V2500V測量。測量。 測量測量C2C2原理與測量原理與測量C1C1時相同。時相同。如有圖所示。如有圖所示。介質損耗因數（因數（tgtg 由于由于C1C1較較C2C2電容量要小，所以測量電容量要小，所以測量C2C2時，時，C1C1與與CnCn串聯(lián)等效的誤差就比較大。為串聯(lián)等效的誤差就比較大。為了減小這種測量誤差，我們在測量了減小這種測量誤差，我們在測量C2C2的時的時候，以候，以C1C1作為電橋的標準電容器，這樣可作為電橋的標準電容器，這樣可測得測得C2C2相對相對C1C1的容量比及相對介損值，由的容量比及相對介損值，由于第一次已經將于第一次已經將C1C1的介損及電容量測出，的介損

12、及電容量測出，通過通過C1C1就可以推算出就可以推算出C2C2的值。的值。 另外用于串聯(lián)另外用于串聯(lián)C1C1與標準電容器的導線與標準電容器的導線對地電容與對地電容與C1C1、CnCn形成了形成了T T型網絡，對測量型網絡，對測量精度有影響。為了減小這種影響，一般可精度有影響。為了減小這種影響，一般可以采用將導線懸空減小對地電容的辦法，以采用將導線懸空減小對地電容的辦法，目前有些儀器已經加了補償算法目前有些儀器已經加了補償算法?？垢蓴_方法 介損測量受到介損測量受到的主要干擾是感應的主要干擾是感應電場產生的工頻電電場產生的工頻電流。無論何種測量流。無論何種測量方式，它都會進入方式，它都會進入橋體：

13、橋體：抗干擾方法 測量一次介損，然后將試測量一次介損，然后將試驗電源倒相驗電源倒相180180度再測量一次，度再測量一次，取平均值。取平均值。 倒相法是抗干擾最簡單的倒相法是抗干擾最簡單的方法，也是效果最差的方法。方法，也是效果最差的方法。因為兩次測量之間干擾電流或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，試品電流的幅度會發(fā)生波動，會引起明顯誤差。會引起明顯誤差?？垢蓴_方法 另一種工頻抗干擾方法是采用大功率移相電另一種工頻抗干擾方法是采用大功率移相電源，調整試驗高壓的相位，使試品電流與干擾電源，調整試驗高壓的相位，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，再流方向相同

14、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。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幅調相信號源，再一種方法是采用小功率調幅調相信號源，從從R3R3橋臂上抵消干擾電流（干擾抵償法），再配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。合倒相測量，能大大提高測量精度?？垢蓴_方法 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55Hz55Hz測量時，測量時，測量系統(tǒng)采用了數字濾波技術，只允許測量系統(tǒng)采用了數字濾波技術，只允許55Hz55Hz信號通過，信號通過，50Hz50H

15、z干擾信號被有效抑制。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變頻測量時，儀器對流過標準電容的電流InIn和被試品的電流和被試品的電流IxIx進行實時同步進行實時同步采樣。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（如法，將混合信號中信號源的信號（如55Hz55Hz信號）與干擾源（如信號）與干擾源（如50Hz50Hz信號）信號分信號）信號分離。這樣就很容易把我們關心的信號源信號分離出來。達到了抗干擾的目的。離。這樣就很容易把我們關心的信號源信號分離出來。達到

16、了抗干擾的目的。抗干擾方法 由于介損值與試驗頻率有關，為了更由于介損值與試驗頻率有關，為了更好地與好地與50Hz50Hz下的介損值等效，通常儀器分下的介損值等效，通常儀器分別的別的50Hz50Hz5Hz5Hz進行兩次測量，再取平均值進行兩次測量，再取平均值得到等效得到等效50Hz50Hz的介損值。為了使試驗頻率的介損值。為了使試驗頻率更接近更接近50Hz50Hz，有時也采用，有時也采用50Hz50Hz2.5Hz2.5Hz進行進行測量。測量。介損測試儀現(xiàn)場使用注意事項Text in hereText in here介損測試儀現(xiàn)場使用注意事項Text in hereText in here介損測試

17、儀現(xiàn)場使用注意事項Text in hereText in here介損測試儀現(xiàn)場使用注意事項Text in hereText in here如內接、外接、正接線、反接線如內接、外接、正接線、反接線、自自激法激法CVTCVT測量等測量等常規(guī)介損一般常規(guī)介損一般10kV10kV，額定電壓額定電壓介損根據要求確定介損根據要求確定常規(guī)介損常規(guī)介損一般一般 5uA5uA1A1A，高壓高壓介損需要更大測試電流介損需要更大測試電流現(xiàn)場用一般應滿足現(xiàn)場用一般應滿足（1%1%讀數讀數+0.05%+0.05%）, ,實驗室用需要更高要求實驗室用需要更高要求工頻抗干擾或變頻抗干擾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Text in hereText in here可能掛鉤或測試夾子接觸不良，接地不良等?？赡軖煦^或測試夾子接觸不良，接地不良等。儀器接地應盡量靠近被試品。儀器接地應盡量靠近被試品。另外判斷是否受到強干擾影響。另外判斷是否受到強干擾影響。通常測量電容很小的試品時受到通常測量電容很小的試品時受到T T型網絡影響，通過改變測試線角度，型網絡影響，通過改變測試線角度，擦拭烘干設備表面等措施加以改善。另外也可能受干擾影響。擦拭烘干設備表面等措施加以改善。另外也可能受干擾影響。檢查設備接地刀閘是否打開，拔出測試