電橋測(cè)量介損的原理課件

電橋測(cè)量介損的原理----簡(jiǎn)述AI-6000介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x的原理和用法

一、變頻測(cè)量的等效性1、介質(zhì)的兩種模型及與頻率的關(guān)系 含有介損的電容器都可以模擬成RC串聯(lián)和并聯(lián)兩種理想模型進(jìn)行分析：并聯(lián)模型： 認(rèn)為損耗是與電容并連的電阻產(chǎn)生的。這種情況RC兩端電壓相等： 有功功率，無功功率，

因此 其中ω＝2πf，f為電源頻率?？梢?，如果真正用一個(gè)純電阻和一個(gè)純電容模擬介損的話，它與頻率成反比。當(dāng)R=∞時(shí)，沒有有功功率，介損為0。 這種方法常用于試驗(yàn)室模擬10％以上的大介損，或用于制做標(biāo)準(zhǔn)介損器。串聯(lián)模型：

認(rèn)為損耗是與電容串連的電阻產(chǎn)生的。這種情況電路的電流相等： 有功功率，無功功率，

因此 可見，如果用真正用一個(gè)純電阻和一個(gè)純電容模擬介損的話，它與頻率成正比。當(dāng)R=0時(shí)，沒有有功功率，介損為0。 這種方法常用于試驗(yàn)室模擬10％以下的介損，或用于制做標(biāo)準(zhǔn)介損器。通常認(rèn)為并聯(lián)模型更接近實(shí)際情況，這是因?yàn)橛泄﹄娏鞔┻^電極之間的絕緣層，更象是損耗電阻并聯(lián)在電極之間，而電極本身電阻為零，沒有損耗。

實(shí)際上當(dāng)介損在10％以下時(shí)，這種電容量的差別是很小的。

從事現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的專家都有這樣的經(jīng)驗(yàn)：使用傳統(tǒng)儀器，如QS1，在干擾嚴(yán)重的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下測(cè)量介損，采用移相、倒相方法反復(fù)測(cè)量，仍無法使電橋平衡。

隨著電壓等級(jí)提高，干擾越來越嚴(yán)重。這種情況下變頻測(cè)量是一個(gè)很好的、甚至是唯一的選擇。變頻測(cè)量的抗干擾能力比移相、倒相法提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。這好比兩個(gè)電臺(tái)在同一個(gè)頻率上，很難將另一個(gè)信號(hào)抑制掉，但如果兩個(gè)電臺(tái)的頻率不同，則很容易區(qū)分。變頻測(cè)量變頻測(cè)量受到的唯一懷疑是頻率的等效性。按串聯(lián)或者并聯(lián)模型，介損是隨頻率變化的。例如50Hz下1％的介損，采用55Hz測(cè)量。串聯(lián)模型的測(cè)量結(jié)果變成1.1％(正比)，并聯(lián)模型測(cè)量結(jié)果變成0.91%（反比）。雖然這樣的誤差可能滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的要求，但誤差還是偏大。為了解決這個(gè)問題，我們首先提出了雙變頻測(cè)量原理：在50Hz對(duì)稱位置45Hz和55Hz各測(cè)量一次，然后將測(cè)量數(shù)據(jù)平均，使誤差大大減小。理論分析結(jié)果如下表所示：直接平均法：當(dāng)然如果試品介損不隨頻率變化，則這幾種平均方法都沒有誤差。以上分析表明，采用雙變頻測(cè)量，即發(fā)揮了變頻測(cè)量的高抗干擾能力，理論上的最大相對(duì)誤差也小于1％，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需要。實(shí)際測(cè)量顯示，變頻測(cè)量的數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定，重復(fù)性特別好。試驗(yàn)室校驗(yàn)也顯示了很好的精度指標(biāo)。目前變頻測(cè)量的原理已經(jīng)得到普遍認(rèn)可。 2005年4月21日，我們?cè)跐?jì)南500kV變電站強(qiáng)干擾下測(cè)量斷口電容（2400pF）和滅弧室（15pF），AI-6000讀數(shù)十分穩(wěn)定，而2816電橋只作出了電容量，因抗干擾不行，沒有測(cè)到介損數(shù)據(jù)。估計(jì)原因是移相抗干擾能力不行，而AI-6000則采用變頻抗干擾，其優(yōu)勢(shì)十分明顯。儀器結(jié)構(gòu)儀器結(jié)構(gòu)框圖測(cè)量電路：傅立葉變換、復(fù)數(shù)運(yùn)算等全部計(jì)算和量程切換、變頻電源控制等?？刂泼姘澹捍蛴C(jī)、鍵盤、顯示和通訊中轉(zhuǎn)。變頻電源：采用SPWM開關(guān)電路產(chǎn)生大功率正弦波穩(wěn)壓輸出。升壓變壓器：將變頻電源輸出升壓到測(cè)量電壓，最大無功輸出2kVA/1分鐘。標(biāo)準(zhǔn)電容器：內(nèi)Cn，測(cè)量基準(zhǔn)。Cn電流檢測(cè)：用于檢測(cè)內(nèi)/外標(biāo)準(zhǔn)電容器電流，10μA~5A。輸入電阻<2Ω。Cx正接線電流檢測(cè)：只用于正接線測(cè)量，10μA~5A。輸入電阻<2Ω。Cx反接線電流檢測(cè)：只用于反接線測(cè)量，10μA~5A。輸入電阻<2Ω。反接線數(shù)字隔離通訊：采用精密MPPM數(shù)字調(diào)制解調(diào)器，將反接線電流信號(hào)送到低壓側(cè)。隔離電壓20kV。工作原理：

啟動(dòng)測(cè)量后高壓設(shè)定值送到變頻電源，變頻電源用PID算法將輸出緩速調(diào)整到設(shè)定值，測(cè)量電路將實(shí)測(cè)高壓送到變頻電源，微調(diào)低壓，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高壓輸出。根據(jù)正/反接線和內(nèi)/外標(biāo)準(zhǔn)電容的設(shè)置，測(cè)量電路根據(jù)試驗(yàn)電流自動(dòng)選擇輸入并切換量程，測(cè)量電路采用傅立葉變換濾掉干擾，分離出信號(hào)基波，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電流和試品電流進(jìn)行矢量運(yùn)算，幅值計(jì)算電容量，角差計(jì)算tgδ。反復(fù)進(jìn)行多次測(cè)量，經(jīng)過排序選擇一個(gè)中間結(jié)果。測(cè)量結(jié)束，測(cè)量電路發(fā)出降壓指令變頻電源緩速降壓到0。 CVT測(cè)量：CVT隔離開關(guān)斷開，低壓隔離開關(guān)接通輸出低壓。測(cè)量C2時(shí)，CVT倒線開關(guān)接通，C2接入試品通道，用C1作標(biāo)準(zhǔn)電容測(cè)量C2。準(zhǔn)確度 Cx： ±（讀數(shù)×1%+1pF） tgδ： ±（讀數(shù)×1%+0.00040） 例如介損讀數(shù)1.000％，按上式計(jì)算，誤差為±（1%×1.000％+0.00040）＝±0.05%，即實(shí)際介損可能在0.950％～1.050%之間。通常介損的數(shù)值都比較小，因此這個(gè)零點(diǎn)誤差起主要作用。AI-6000無干擾時(shí)控制零點(diǎn)誤差為0.00005，2：1干擾下控制介損波動(dòng)量小于0.0002?？垢蓴_指標(biāo) 抗干擾指標(biāo)：在200%干擾（即I干擾/I試品≤2）下仍能達(dá)到上述準(zhǔn)確度 用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的介損儀，必須具備良好的抗干擾能力。抗干擾能力應(yīng)當(dāng)定量描述，例如只說“抗22萬電場(chǎng)干擾或50萬電場(chǎng)干擾”，或者拿試驗(yàn)室精度當(dāng)作現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量精度，或者隨意提高精度指標(biāo)都是不可取的。實(shí)際上儀器的測(cè)量重復(fù)性也能夠反映抗干擾能力，如果重復(fù)性很好，必然說明抗干擾能力強(qiáng)。由于A/D位數(shù)限制，干擾進(jìn)一步增大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致有用信號(hào)的有效數(shù)字位數(shù)降低，引起A/D的量化效應(yīng)，使測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生波動(dòng)。我們目前已經(jīng)掌握了抵抗20倍以上干擾的方法。由于還沒有發(fā)現(xiàn)超過2倍的干擾，因此暫時(shí)沒有啟用這個(gè)功能。

安全性能多種安全保護(hù)措施，確保人身和試驗(yàn)設(shè)備安全高壓保護(hù)：試品短路、擊穿或高壓電流波動(dòng)，能以短路方式高速切斷輸出。低壓保護(hù)：誤接380V，電源波動(dòng)或突然斷電，啟動(dòng)保護(hù)，不會(huì)引起過電壓。接地保護(hù)：儀器接地失靈使外殼帶危險(xiǎn)電壓時(shí)，啟動(dòng)接地保護(hù)。CVT：高壓電壓和電流、低壓電壓和電流四個(gè)保護(hù)限，不會(huì)損壞設(shè)備；誤選菜單不會(huì)輸出激磁電壓。防誤操作：兩級(jí)電源開關(guān)；電壓、電流實(shí)時(shí)顯示；多次按鍵確認(rèn)；接線端子高/低壓分明；聲光報(bào)警。防“容升”：測(cè)量大容量試品時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓抬高的“容升”效應(yīng)，儀器能自動(dòng)跟蹤輸出電壓，保持試驗(yàn)電壓恒定?？拐鹦阅埽簝x器采用獨(dú)特抗震設(shè)計(jì)，可耐受強(qiáng)烈長(zhǎng)途運(yùn)輸震動(dòng)、顛簸而不會(huì)損壞。高壓電纜：為耐高壓絕緣導(dǎo)線，可拖地使用。

實(shí)際上，安全性應(yīng)當(dāng)成為儀器選型的首要因素。 例如意外接觸高壓，靠跳閘燒保險(xiǎn)肯定是危險(xiǎn)的。儀器應(yīng)當(dāng)在數(shù)毫秒內(nèi)切斷輸出。當(dāng)然開路式切斷與短路式切斷又有不同，短路式切斷不會(huì)產(chǎn)生過電壓，更加安全。 另外，儀器開關(guān)、端子、安全警示、操作是否能盡可能防止誤操作，儀器是否帶有接地保護(hù)等，也是十分重要的。設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)廠有責(zé)任盡最大努力提高儀器安全性，減少誤操作的可能性。即便發(fā)生誤操作，也必須將損失降到最低限度。例如“一按啟動(dòng)即測(cè)量”肯定不安全。輸出端子一會(huì)這個(gè)帶高壓，一會(huì)另一個(gè)帶高壓也是不安全的。 除對(duì)試驗(yàn)人員的保護(hù)外，還要求儀器能對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。例如測(cè)量過程中，過高的電壓引起試品電流異常增大，直至擊穿放電，儀器能否提前察覺到電流異常增大而停止測(cè)量?；蛘哌M(jìn)行CVT自激法測(cè)量時(shí)能否緩慢地、試探性升壓，提前發(fā)現(xiàn)接線錯(cuò)誤而停止測(cè)量等。 除對(duì)試驗(yàn)人員的保護(hù)外、被測(cè)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)外，儀器還應(yīng)能對(duì)自身保護(hù)。因?yàn)榧幢阌脩羰褂迷蛞饍x器損壞，也會(huì)耽誤用戶的工作。例如現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量拉電源線時(shí)，會(huì)將380V線電壓當(dāng)作相電壓給儀器供電，如果沒有這個(gè)保護(hù)，必然造成儀器返修。三、AI－6000介損儀的現(xiàn)場(chǎng)接線方式及注意事項(xiàng)1.常用測(cè)量接線正接線（UST）a、常規(guī)正接線

b、高電壓介損反接線（GST）a、常規(guī)反接線c、反接線低壓屏蔽CVT的設(shè)置與測(cè)量

CVT的設(shè)置：

將光標(biāo)移到高壓位置，輕按啟停鍵可以依次出現(xiàn)以下界面，這四個(gè)分別是高壓電壓、高壓電流、低壓電壓和低壓電流的設(shè)定值，當(dāng)然也可以根據(jù)需要自己設(shè)定。CVT的測(cè)量：下面以母線接地CVT為例介紹各個(gè)電容的測(cè)量方法（A未引出）。

如果是母線CVT測(cè)量之前應(yīng)確認(rèn)結(jié)合濾波器已斷開，以消除載波信號(hào)影響。a、C1由多節(jié)電容組成時(shí)，測(cè)C11可用高壓屏蔽其它電容C12、C13電容可用一般正接線測(cè)量。C14和C2用CVT自激法測(cè)量b、用自激法測(cè)量C12、C2：

低壓激勵(lì)線，可接任何一組二次線圈。二次線圈應(yīng)解開，防止將儀器低壓短路。低壓激勵(lì)線電流大，應(yīng)良好接觸。使用帶接地屏蔽的高壓線可以拖地（參見儀器操作說明）。使用其它導(dǎo)線不應(yīng)拖地，必須吊起，否則高壓線對(duì)地會(huì)有一個(gè)附加電阻，這樣會(huì)導(dǎo)致電壓產(chǎn)生相移從而引起測(cè)量誤差。

測(cè)量CVT時(shí)建議高壓線接CVT的下端δ（N）點(diǎn)。

發(fā)電機(jī)供電 發(fā)電機(jī)供電時(shí)輸入頻率不穩(wěn)定，可采用定頻50Hz模式工作。測(cè)試線 由于長(zhǎng)期使用和連接，易造成測(cè)試線芯線和屏蔽短路或插座接觸不良，用戶應(yīng)經(jīng)常維護(hù)測(cè)試線； 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)電容試品時(shí)，應(yīng)使用全屏蔽插頭連接，以消除附加雜散電容影響，否則不能反映出儀器精度； 自激法測(cè)量CVT時(shí)，高壓線應(yīng)吊起懸空，否則對(duì)地附加雜散電容和介損會(huì)引起測(cè)量誤差。工作模式選擇 接好線后請(qǐng)選擇正確的測(cè)量工作模式（正、反和CVT），不可選錯(cuò)。干擾環(huán)境下應(yīng)選用變頻抗干擾模式。試驗(yàn)方法影響 由于介損測(cè)量受試驗(yàn)方法影響較大，應(yīng)區(qū)分是試驗(yàn)方法誤差還是儀器誤差。出現(xiàn)問題時(shí)可首先檢查接線，然后檢查是否儀器故障。儀器故出現(xiàn)故障及處理方法儀器測(cè)試時(shí)升壓出現(xiàn)ER-PS

a.儀器工作電源問題：是否為發(fā)電機(jī)供電，電源插排是否良好。 b.儀器問題：檢查儀器，空升是否保護(hù)。 c.測(cè)試線問題：檢查接線，內(nèi)部是否有短路情況。 d.試品方面的原因：試品是否對(duì)地短路。ER-ZX這也是在測(cè)試過程中常出現(xiàn)的情況 a.設(shè)置問題：在進(jìn)行測(cè)試時(shí)是否設(shè)置為外標(biāo)準(zhǔn)電容。 b.檢查儀器，空升是否出現(xiàn)ER-Zx，排除儀器內(nèi)部線接觸不良的問題。 c.測(cè)試線是否接觸牢靠，對(duì)測(cè)試線的連接點(diǎn)是否進(jìn)行過除銹處理。用萬用表測(cè)量一下測(cè)試線的芯線和屏蔽是否短路；輸入電源220V過高或過低；接地是否良好。

ER-cwCVT自激發(fā)測(cè)試時(shí)出現(xiàn)的保護(hù)信息 a.設(shè)置問題：在測(cè)試時(shí)對(duì)低壓電壓、低壓電流、高壓電壓和高壓電流進(jìn)行設(shè)置，否則會(huì)出現(xiàn)ER-cv、ER-ci、ER-cV和ER-cI保護(hù)信息。 b.接線問題：有時(shí)一次尾段X點(diǎn)不接地，電壓升不起來會(huì)出現(xiàn)ER-cw。 c.