電介質(zhì)正切損耗角

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一.引言 2\o"CurrentDocument"1.電介質(zhì)損耗角研究的意義 2\o"CurrentDocument"2.電介質(zhì)損耗角正切的理論基礎(chǔ) 3\o"CurrentDocument"二.電介質(zhì)損耗與電介質(zhì)損耗角 3\o"CurrentDocument"1.電介質(zhì)損耗 3\o"CurrentDocument"2.電介質(zhì)損耗角 4\o"CurrentDocument"三.等值電路 6\o"CurrentDocument"1.并聯(lián)等值電路 6\o"CurrentDocument"2.串聯(lián)等值電路 6\o"CurrentDocument"四.介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量 7\o"CurrentDocument"1.西林電橋原理 7\o"CurrentDocument"2.測(cè)量的影響因素 10\o"CurrentDocument"a)外界電磁場(chǎng)的干擾影響 10\o"CurrentDocument"b)溫度的影響 8.\o"CurrentDocument"c)試驗(yàn)電壓的影響 9\o"CurrentDocument"d)試品表面泄漏的影響 11\o"CurrentDocument"e)試品電容量的影響 10五.結(jié)論 12六．參考文獻(xiàn) 12介質(zhì)損耗角正切摘要：電力系統(tǒng)中檢測(cè)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(cè)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(jiǎn)單分析了介質(zhì)損耗角檢測(cè)的方法。關(guān)鍵詞：電介質(zhì)損耗角；方法；測(cè)量；因素引言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(wú)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(chǎng)的共同作用，最終也會(huì)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(lái)十分重視電氣設(shè)備的絕緣監(jiān)督。電介質(zhì)的電氣特性，主要表現(xiàn)為它們?cè)陔妶?chǎng)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(chǎng)強(qiáng)來(lái)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(cè)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(cè)量中，由于電介質(zhì)損耗很小，所以需要測(cè)量系統(tǒng)有較高的測(cè)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(duì)于電容型絕緣設(shè)備，通過(guò)對(duì)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(duì)電介質(zhì)施加正弦波電壓，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tanS=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(chǔ)的能量電介質(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(chǎng)作用下（加電壓后），要發(fā)生極化過(guò)程和導(dǎo)電過(guò)程。有損極化過(guò)程中有能量損耗；在導(dǎo)電過(guò)程中，電導(dǎo)性泄漏電流流過(guò)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(guò)程稱為介質(zhì)損耗。顯然，介質(zhì)損耗過(guò)程隨極化過(guò)程和電導(dǎo)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，話句話說(shuō)，由于極化、電導(dǎo)過(guò)程的存在也有損耗過(guò)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(guò)大，則電介質(zhì)溫度將升得過(guò)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(chǎng)下，電介質(zhì)內(nèi)流過(guò)向量和電壓向量之間的夾角（即功率向量角申）的余角6,簡(jiǎn)稱介損角，常用百分?jǐn)?shù)（%）來(lái)表示如下圖1—1所示。圖1—1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(guò)電介質(zhì)的電流I包含有功分量\和無(wú)功分量I…即RCI=I+IRC由圖1—1可以看出，此時(shí)的介質(zhì)功率損耗P=UIcos^=UICtan6=U2?Cptan6 （1--1）CP式中3 電源角頻率；① 功率因數(shù)角；6 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、試品電容量Cp、電源頻率3等一系列因素有關(guān)，而式中的tan6切是一個(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(cè)量和監(jiān)控各種電力設(shè)備絕緣的tan6值已成為電力系統(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1—2所示圖1—2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C 介質(zhì)無(wú)損極化；1R，C 各種有損極化；22R 電導(dǎo)損耗。3在這個(gè)等值電路上加上直流電壓時(shí)，電介質(zhì)中流過(guò)的將是電容電流I、吸收1電流I和傳導(dǎo)電流I。在電容電流I在加壓瞬間數(shù)值很大，但迅速下降到零，是231—極短暫的充電電流；吸收電流I則隨著加電壓時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸減小，比充電電2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(zhǎng)短取決于絕緣的類型、不均勻程度和結(jié)構(gòu)；傳導(dǎo)電流I是唯一長(zhǎng)期存在的電流分量。這三個(gè)電流分量加3在一起即得出吸收曲線，如圖1—3所示。60 t上述三條支路等值電路可進(jìn)一步簡(jiǎn)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。等值電路1.并聯(lián)等值電路如果把圖1—2中的電流歸并成由有功電流和無(wú)功電流兩部分組成，即可得到圖1—1b所示并列電路，圖中Cp代表無(wú)功電流IC的等值電容、R則代表有功電流'的等值電阻。其中RIR=I3+I2R=RIC=I1+I2C=U叫介質(zhì)損耗角正切tan6等于有功電流和無(wú)功電流的比值，即tan8= =u/r=i_【CUoCpUoCp此時(shí)電路的功率損耗為：U2P= =U23C"tan8R p可見(jiàn)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(wú)損耗電容CS和一個(gè)電阻r相串聯(lián)的等值電路來(lái)代替，如果1—3a所示。且由如1—3b的向量圖可得：IrTOC\o"1-5"\h\ztan8= =陸S由于r=tan^，I=CoC=UcosSwC，所以電路的功率損耗將為：3CS CSS S2tan8 2P=I2r=(UcosSwC) =U23C。tan8(cos8)SoCS SS因?yàn)榻橘|(zhì)損耗角8值很小，cos8u1，所以P=U2oCStan8S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要比并聯(lián)等值電路中的電阻R小得多。圖1—3電介質(zhì)的簡(jiǎn)化串聯(lián)等值電路及向量圖a串聯(lián)等值電路b向量圖介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量由于介質(zhì)的功率損耗P與介質(zhì)損耗角正切tan8成正比，所以tan8是絕緣品質(zhì)的重要指標(biāo)，則量tan8值是判斷電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)的一項(xiàng)靈敏有效方法。tan8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tanS隨電壓而變化的曲線，可判斷絕緣是否受潮、含有氣泡及老化程度。但是測(cè)量tan6不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(cè)量它們的tanS，tanS值得測(cè)量，最常用的是高壓交流電橋，即西林電橋法。1.西林電橋原理西林電橋的接線原理如圖1—4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C和R；R為可調(diào)的無(wú)感電阻；Ct為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的xx3N電容；R為定值無(wú)感電阻；P為交流檢流計(jì)。4CPEDCPED在交流電壓U的作用下，調(diào)節(jié)R3和J，使電橋到達(dá)平衡，即通過(guò)檢流計(jì)P的電流為零，說(shuō)明此時(shí)A，B兩點(diǎn)間無(wú)電壓差，因而UCA=UUCA=UCB，UAD=UBD1--2)可得1--2)Uca=UcbUAD UBD橋臂CA,AD中流過(guò)的電流相等，均為L(zhǎng)；橋臂CB,BD中流過(guò)的電流也相等，均為12?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：字=孑或Z1Z4=Z2Z3 (1--3)34式中l(wèi)zi=—1——R~+jwCxx1Z=———2jWCNZ3=R131Z4=-―:—{ R~+jwC44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C和等值電阻RCNCNR4C7vxR(1+W2C2R2)3 4 4R(1+w2C2R2).R= {X W2CNCR2N44因?yàn)榻橘|(zhì)并聯(lián)等值電路的介質(zhì)損耗角正切tanS=—1—=wCR(1--4)WCxRx 44如果被試品用r和K的串聯(lián)等值電路表示，則Z=r+丄，代入后，等到的介xx 1xjwK質(zhì)損耗角也一樣。因?yàn)閣=2nf=100n因?yàn)閣=2nf=100n，如果取R=100004°，并取C的單位為嚇，則式1—4可以4簡(jiǎn)化為tanS=C4同時(shí)，試品的電容C可按下式求得XCNCNR4 u—4CR3(1+tan2S) R3n2.測(cè)量的影響因素a)外界電磁場(chǎng)的干擾影響外界電磁場(chǎng)的干擾包括實(shí)驗(yàn)用高電壓電源和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)高壓帶電體所引起的電場(chǎng)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(guò)橋臂就會(huì)引起測(cè)量誤差。另一方面，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件下，電橋往往處于一個(gè)相當(dāng)顯著的交變磁場(chǎng)中，這是電橋接線也會(huì)感應(yīng)出一個(gè)干擾電勢(shì)，對(duì)電橋的平衡產(chǎn)生影響，也將導(dǎo)致測(cè)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(duì)tan6值影響很大，具體的影響程度隨絕緣材料和結(jié)構(gòu)的不同而異?！銇?lái)說(shuō),，anS值隨溫度的增高而增大?，F(xiàn)場(chǎng)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(cè)量tanS值換算到20r時(shí)的值。試驗(yàn)電壓的影響—般來(lái)說(shuō)，良好的絕緣在額定電壓范圍內(nèi)，其tanS值幾乎保持不變，如圖1—4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)，tanS值與電壓的關(guān)系與良好絕緣沒(méi)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),tanS值開(kāi)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(huì)出現(xiàn)閉環(huán)狀曲線，如圖1—4曲線2所示。如果絕緣受潮，則電壓較低時(shí)的tanS值就已相當(dāng)很大，電壓升高時(shí)/tanS