《城市軌道交通電氣設備測試（第2版）》 課件3.3介質(zhì)損耗角正切值的測量

《高電壓檢測項目》介質(zhì)損耗角正切值的測量目錄01介質(zhì)損耗角正切值02介質(zhì)損失角正切值的測量原理05測量危險點及注意事項04tan((測量中的抗干擾措施03接線方法01介質(zhì)損耗角正切值介質(zhì)損耗角正切值1.1電介質(zhì)損耗原理

在交流電壓作用下，電介質(zhì)要消耗部分電能，這部分電能將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮墚a(chǎn)生損耗。這種能量損耗稱作電介質(zhì)的損耗。當電介質(zhì)上施加交流電壓時，電介質(zhì)中的電壓和電流的相角差為，的余角稱為介質(zhì)損耗角，的正切tan稱為介質(zhì)損耗角正切。tan值是用來衡量電介質(zhì)損耗的參數(shù)。1.2介質(zhì)損耗角正切計算

當絕緣物上加交流電壓時，可以把介質(zhì)看成一個電阻和電容并聯(lián)組成的等值電路，如圖3-9（a）所示。根據(jù)等值電路可以做出電流和電壓的相量圖，如圖3-9（b）所示。介質(zhì)損耗角正切值（a）介質(zhì)等值電路（b）等值電路電流、電壓相量圖3-9在絕緣物上加交流電壓時的等值電路及相量圖介質(zhì)損耗角正切值

由相量圖可知，介質(zhì)損耗由有功電流IR產(chǎn)生，夾角大時，有功電流IR就越大，故稱為介質(zhì)損耗角，其正切值為介質(zhì)損耗

由上式可見，當U、、C一定時，P正比于，所以用來表征介質(zhì)損耗。測量(

)的靈敏度較高，可以發(fā)現(xiàn)絕緣的整體受潮、劣化、變質(zhì)及小體積設備的局部缺陷。02介質(zhì)損失角正切值的測量原理介質(zhì)損失角正切值的測量原理2.1用高壓西林電橋法測量當絕緣受潮、老化時，有功電流

將增大，

也增大。通過測

可以反映出絕緣的分布性缺陷。在《電力設備預防性試驗規(guī)程》中對電機、電纜等絕緣，因為缺陷的集中性及體積較大，通常不做此項試驗；而對套管、電力變壓器、互感器、電容器等則做此項試驗。目前使用的測

試驗裝置是基于西林電橋，圖3-7給出了西林電橋的三種試驗接線，本節(jié)主要介紹西林電橋法測量

。介質(zhì)損失角正切值的測量原理如圖3-10所示為介質(zhì)損耗測量儀，圖3-11（a）所示為正接線用于被測絕緣品兩端對地絕緣的設備，常用于試驗室或繞組間測

。圖3-11（b）所示為反接線用于現(xiàn)場被試設備為一極接地的設備，要求電橋有足夠的絕緣。由于R3和C4處于高電位，為保證操作的安全應采取一定的絕緣安全措施。操作時電橋本體和操作者一起位于絕緣臺上對地絕緣起來，使操作者與R3、C4處于等電位。現(xiàn)場試驗通常采用反接線試驗方法。圖3-11（c）所示為對角線接線用于被試設備為一極接地的設備且電橋沒有足夠的絕緣。

高壓西林電橋的高壓橋臂的阻抗比對應的低壓臂阻抗大得多，所以電橋上施加的電壓絕大部分都降落在高壓橋臂上，只要把試品和標準電容器放在高壓保護區(qū)，用屏蔽線從其低壓端連接到低壓橋臂上，則在低壓橋臂上調(diào)節(jié)R3和C4就很安全，而且測量準確度較高，但這種方法要求被試品高低壓端均對地絕緣，在現(xiàn)場中常常無法滿足此條件。介質(zhì)損失角正切值的測量原理圖3-10介質(zhì)損耗測量儀介質(zhì)損失角正切值的測量原理（a）正接線（b）反接線（c）對角線接線圖3-11西林電橋原理接線ZN—被測絕緣阻抗；CN—標準電容；R3—可變電阻；C4—可變電容；G—檢流計介質(zhì)損失角正切值的測量原理

在操作時注意：在啟動測試的過程中，紅色高壓HV線帶有高壓有觸電危險，絕對禁止觸碰高壓插口及與之相連的相關設備。用標準介質(zhì)損耗器或標準電容器檢測正接法精度時，應使用全屏蔽插頭連接介質(zhì)損耗器或標準電容器，否則暴露的芯線可能受到干擾引起誤差。測試過程中應保證插座中心紅色高壓線芯線與被試品高壓端零電阻連接，否則可能引起測量結果的數(shù)據(jù)波動。

注意事項：在啟動測試的過程中嚴禁拔下插頭，以防被試品電流經(jīng)人體入地。用標準介質(zhì)損耗器或標準電容器檢測正接法精度時，應使用全屏蔽插頭連接介質(zhì)損耗器或標準電容器，否則暴露的芯線可能受到干擾引起誤差。測試過程中應保證插座中心測試芯線與被試品低壓端零電阻連接，否則可能引起測量結果的數(shù)據(jù)波動。強干擾下拆除接線時，應在保持電纜接地狀態(tài)下斷開連接，以防感應電擊。03接線方法接線方法3.1正接法

內(nèi)電壓-正接法（正接線）如圖3-12所示，接線時被測品處于完全絕緣的狀態(tài)。HV端輸出高壓接試品高壓端子，Cx端接試品絕緣另一端。圖3-12正接法接線方法3.2反接法

內(nèi)電壓-反接法如圖3-12所示。接線時被測品處于一端接地的狀態(tài)，使用的是設備內(nèi)部產(chǎn)生的高壓。Cx端不接線，HV端輸出高壓。圖3-12反接法接線方法3.3常見設備介質(zhì)損耗值測量的接線方法

下面是幾種常見設備介質(zhì)損耗值測量的接線方法及測量要求。3.3.1（1）電壓互感器介質(zhì)損耗測量接線①一次側(cè)對二次側(cè)（正接法）；②一次側(cè)對二次側(cè)及地（反接法），如圖3-13所示；③二次側(cè)對一側(cè)次及地（反接法）；④末端屏蔽法（正接法）。接線方法圖3-13110KV電壓互感器繞組介質(zhì)損耗測量接線接線方法3.3.2電流互感器介質(zhì)損耗測量接線①一次側(cè)對二次側(cè)（正接法）；②一次側(cè)對末屏（反接法）；③一次側(cè)對二次側(cè)及地（反接法），如圖3-14所示；④二次側(cè)對一次側(cè)及地（反接法），如圖3-15所示。接線方法圖3-1427.5KV電流互感器介質(zhì)損耗值測量接線接線方法圖3-15110kv電流互感器二次繞組介質(zhì)損耗測量接線方法3.3.3高壓套管介質(zhì)損耗測量接線①芯棒對末屏（正接法）注意解開末屏接地；②芯棒對末屏及地（反接法）。接線方法圖3-16套管接線方式（以變壓器套管為例）接線方法3.3.4電力變壓器介質(zhì)損耗測量接線①二次繞組對一次繞組及地（反接法）。如圖3-17所示；②一次繞組對二次繞組及地（反接法），如圖3-18所示；③一次繞組對二次繞組及接地（反接法）如圖3-19所示。接線方法圖3-17變壓器二次繞組對一次繞組及地（反接法）接線方法圖3-18變壓器一次繞組對二次繞組及地（反接法）接線方法圖3-19變壓器一次繞組對二次繞組及接地（反接法）04介質(zhì)損耗測量精度介質(zhì)損耗測量精度

在電橋測試中，有些問題往往容易被忽視，使測量數(shù)據(jù)不能反映被試設備的真實情況，常被忽視的問題有：（1）外界電場干擾的影響。在電壓等級較低（例如35

kV電壓等級）的電氣設備測試中，容易忽視電場干擾的影響。（2）高壓標準電容器的影響。現(xiàn)場經(jīng)常使用的BR-16型標準電容器，電容量為50pF，要求%<0.1%。由于標準電容器經(jīng)過一段時間存放、應用和運輸后，本身的質(zhì)量在不斷變化，會受潮、生銹，同樣會影響測試的數(shù)據(jù)。介質(zhì)損耗測量精度（3）試品電容量的影響。對電容量較大的試品（例如大中型發(fā)電機、變壓器、電力電纜、電力電容器等），測量tan只能發(fā)現(xiàn)整體分布性缺陷，因而用測量介質(zhì)損耗角正切的方法來判斷絕緣狀態(tài)就不很靈敏了。這時若被試品可以分解成幾個彼此絕緣的部分，可分別測量其各個部分的tan值，這樣才能更有效地發(fā)現(xiàn)缺陷。（4）消除試品表面泄漏的方法。測試前應清除絕緣表面的污漬和水分，必要時還可以在絕緣表面上裝設屏蔽極。當測量電氣設備絕緣的

時，空氣相對濕度對其測量結果影響很大，當絕緣表面臟污，且又處于濕度較大的環(huán)境中時，表面泄漏電流增加，對其測量結果影響更大。采取其有效的方法，如電熱風法、瓷套表面涂擦法、化學去濕法等。

介質(zhì)損耗測量精度（5）測試電源的選擇。在現(xiàn)場測試中，有時會遇到試驗電壓與干擾電源不同步，用移相等方法也難以使電橋平衡的情況。（6）電橋引線的影響。①引線長度的影響。分析研究表明，在一般情況下，Cx引線長度為5～10

m，其電容為1500～3000pF；而CN引線為1～1.5

m，其電容為300～500pF。當

和R3較小時，對測量結果影響很小，但若進行小容量試品測試時，就會產(chǎn)生偏大的測量誤差。②高壓引線與試品夾角的影響。測量小容量試品時，高壓引線與試品的雜散電容對測量的影響不可忽視。介質(zhì)損耗測量精度③引線電暈的影響。高壓引線的直徑較細時，當試驗電壓超過一定數(shù)時，就可能產(chǎn)生電暈。例如若用一般的導線作高壓引線，當電壓超過50

kV后，就會出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。電暈損耗通過雜散電容將被計入被試品的

內(nèi)，嚴重影響測量結果，并可能導致誤判斷。④引線接觸不良的影響。當QS1電橋高壓線或測量引出線與被試品接觸不良時，相當于被試支路串聯(lián)一個附加電阻。該電子在交流電壓作用下會產(chǎn)生有功損耗并與被試品自身有功損耗疊加，使測量的介質(zhì)損耗因數(shù)超過規(guī)定的限值，導致誤判斷。（7）接線的影響。小電容（小于500pF）試品主要有電容型套管、3～110

kV電容式電流互感器等。對這些試品采用QS1型電橋的正、反接線進行測量時，其介質(zhì)損耗因數(shù)的測量結果是不同的。由于正接線具有良好的抗電場干擾、測量誤差較小的特點，一般應以正接線測量結果作為分析判斷絕緣狀況的依據(jù)。05tan測量中的抗干擾措施tan測量中的抗干擾措施

在現(xiàn)場進行測量時，試品和橋體往往處于周圍帶電部分的電場作用范圍之內(nèi)，雖然電橋本體及連接線采用了屏蔽措施，但試品無法做到全屏蔽。這時干擾就會通過試品高壓極的雜散電容產(chǎn)生干擾，影響測量結果。為了消除或減少由電場干擾引起的誤差，使用平衡法測量時可以采用如下措施：（1）加設屏蔽。當試品體積不大時，可用金屬屏蔽罩或網(wǎng)將試品與干擾源隔開，可以減少測量誤差。（2）采用移相電源。由于干擾源的相位一般是無法改變的，因此可以通過改變電源的相位，使得電源的相位和干擾的相位同相或反相，來達到消除或減少同頻率干擾的目的。tan測量中的抗干擾措施（3）倒相法。測量時將電源正接和倒相各測量一次，測得兩組結果tan1、C1和tan2、C2，然后折算。（4）采用異頻電源。由于干擾的頻率一般為工頻或工頻的諧波，因此可將輸入電源整流成直流后通過開關逆變電路逆變?yōu)楫愑诠ゎl的正弦波，避開干擾的頻率范圍，這樣可大大提高測量精度。這種方法在非平衡法測量中使用較多，而且抗干擾的效果較好。（5）補償法。通過計算機數(shù)據(jù)處理，將測量數(shù)據(jù)進行補償，使得測量波形為不畸變的正弦波形后，計算得到tan和C。tan測量中的抗干擾措施5.1影響因素（1）溫度的影響。

值受溫度影響而變化，為了比較試驗結果，對同一設備在不同溫度下的變化必須將結果歸算到一個鞏固的基準溫度，一般歸算到20C。（2）濕度的影響。在不同的濕度下測得的值也是有差別的，應在空氣相對濕度小于80%下進行試驗。（3）絕緣的清潔度和表面泄漏電流的影響。這可以用清潔和干燥表面來將損失減到最小，也可采用涂硅油等辦法來消除這種影響。tan測量中的抗干擾措施5.2結果分析（1）數(shù)據(jù)結果和《電力設備預防性試驗規(guī)程》的要求值做比較。（2）對逐年的試驗結果應進行比較，在兩個試驗間隔之間的試驗測量值不應該有顯著的增加或降低。（3）當

值未超過規(guī)定值時，可以補充電容量來分析，電容量不應該有明顯的變化。（4）應充分考慮溫度等的影響，并進行修正。（5）通過測

的曲線，觀察

是否隨電壓而上升，來判斷絕緣內(nèi)部是否有分層、裂紋等缺陷。tan測量中的抗干擾措施如表3-8、表3-9、表3-10所示為現(xiàn)場#1主變A、B、C三相介質(zhì)損耗測量試驗數(shù)據(jù)。介質(zhì)損耗測量

濕度：49%溫度：23.8°C日期：2015.4.6項目高壓側(cè)-低壓側(cè)及地低壓側(cè)-高壓側(cè)及地高壓側(cè)和低壓側(cè)-地tand(%)0.1790.1830.156CX(pF)115142678125870介質(zhì)損耗測量

濕度：25%溫度：25°C日期：2016.4.15項目高壓側(cè)-低壓側(cè)及地低壓側(cè)-高壓側(cè)及地高壓側(cè)和低壓側(cè)-地tand(%)0.1650.124—CX(pF)1171027210—表3-8某110kV#1主變（A相）介質(zhì)損耗電氣試驗數(shù)據(jù)比較tan測量中的抗干擾措施表3-9#1主變（B相）介質(zhì)損耗電氣試驗數(shù)據(jù)比較介質(zhì)損耗測量

濕度：49%溫度：23.8°C日期：2015.4.6項目高壓側(cè)-低壓側(cè)及地低壓側(cè)-高壓側(cè)及地高壓側(cè)和低壓側(cè)-地tand(%)0.1580.1600.147CX(pF)114922678125790介質(zhì)損耗測量

濕度：25%溫度：25°C日期：2016.4.15項目高壓側(cè)-低壓側(cè)及地低壓側(cè)-高壓側(cè)及地高壓側(cè)和低壓側(cè)-地tand(%)0.1400.139—CX(pF)1152026800—tan測量中的抗干擾措施表3-10#1主變（C相）介質(zhì)損耗電氣試驗數(shù)據(jù)比較介質(zhì)損耗測量

濕度：49%溫度：23.8°C日期：2015.4.6項目高壓側(cè)-低壓側(cè)及地低壓側(cè)-高壓側(cè)及地高壓側(cè)和低壓側(cè)-地tand(%)0.1630.1630.169CX(pF)115962712826150介質(zhì)損耗測量

濕度：25%溫度：25°C日期：2016.4.15項目高壓側(cè)-低壓側(cè)及地低壓側(cè)-高壓側(cè)及地高壓側(cè)和低壓側(cè)-地tand(%)0.1500.136—CX(pF)1146726580—tan測量中的抗干擾措施數(shù)據(jù)分析：根據(jù)《電力設備預防性試驗規(guī)程》要求，20C時，66～220

kV變壓器tan小于0.8%，35

kV及以下變壓器tan小于1.5%，tan值與歷年的數(shù)值比較不應有顯著變化（一般不大于30%）。（1）介質(zhì)損耗值波動范圍不大。對于1#主變的A、B、C三相介質(zhì)損耗值的數(shù)據(jù)分析，前后數(shù)值沒有明顯的增長變化，沒有大于30%，說明絕緣狀態(tài)沒有明顯的變化。（2）tan小于標準值。按110kV變壓器的tan小于0.8%要求，上述測量結果均滿足要求。所以介質(zhì)損耗絕緣滿足要求。06測量危險點及注意事項測量危險點及注意事項6.1高壓安全措施

介質(zhì)損耗值測量雖然屬于非破壞性試驗，所加電壓一般最高也只有10kV，但是高壓引線對人身傷害極大，也發(fā)生過人員電擊死亡事故，所以測量時一定要注意安全。使用前必須將儀器的接地端子可靠接地，所有人員必須遠離高壓才能開始測量。6.2接線與反接線操作

正接法測量時，標準電容器高壓電極、試品高壓端和升壓變壓器高壓電極都帶危險電壓，各端之間連線都要架空，試驗人員遠離。在接近測量系統(tǒng)、接線、拆線和對測量單元電源充電前，應確保所有測量電源已被切斷，還要注意低壓電源的安全。

使用反接線時，標準電容器外殼帶高壓電，要注意使其外殼對地絕緣，并且與接地線保持一定的距離。使用反接線時還要特別注意，電橋處于高電位，