介损测试原理及应用(2014-03)

1、测量介质损耗因素的意义被测试品的无功功率被测试品的有功功率介质损耗因数100)(QPtg测量介质损耗因素的意义测量介质损耗因素的意义测量介质损耗因素的意义测量介质损耗因素的意义 西林电桥西林电桥 （如QS1）介质损耗因数（因数（tgtg 电流比较仪电桥电流比较仪电桥 （如QS30） 数字型数字型高压介损测试仪高压介损测试仪（目前使用的介损仪）介质损耗因数（因数（tgtg QS1QS1电桥是电桥是8080年代以前广泛使年代以前广泛使用的现场介损测试仪器。试验时需用的现场介损测试仪器。试验时需配备外部标准电容器（如配备外部标准电容器（如BR16BR16型标型标准电容器），以及准电容器），以及10k

2、V10kV升压器及电升压器及电源控制箱。需要调节平衡，结果需源控制箱。需要调节平衡，结果需要换算，使用不太方便。要换算，使用不太方便。介质损耗因数（因数（tgtg 高压西林电桥是由：交高压西林电桥是由：交流阻抗器、转换开关、检流流阻抗器、转换开关、检流计、高压标准电容器等组成。计、高压标准电容器等组成。 调节调节R3R3、C4C4使电桥平衡，使电桥平衡，此时此时a a、b b两点电压幅值相位两点电压幅值相位完全相等，即完全相等，即R3R3、C4C4两端电两端电压相等。压相等。介质损耗因数（因数（tgtg电桥平衡时：其中：代入化简后得到：介质损耗因数（因数（tgtg按复数相等实部、虚部分别相等的

3、规定可得到：按并联模型介损定义：由于R4是固定的3184，频率是50Hz、C4单位为F时，tg=C4，因此可以直接在C4刻度盘上读出介损测量值。介质损耗因数（因数（tgtg按复数方程中虚部相等可得到：由于tg很小，所以可以写成：总结： 现场使用QS1电桥时，需要先将升压装置，标准电容器和电桥等进行连线，然后调节R3和C4，使得检流计指示为零。这时电桥平衡。读得C4值即为tg值，R3值经过计算可得出被试品电容值。现场操作使用比较麻烦，抗干扰能力差，已经不能满足当前电气试验工作的需要。介质损耗因数（因数（tgtg 电流比较仪电桥的工作原理是采用安匝平衡的原理。平衡过程见右图，当交流电源加在试品、标

4、准电容器和电桥及地之间，在试品上产生一个电流Ix，在标准电容器上也产生一个电流In，当两个电流流过Wx、Wn时，由于Ix、In两个电流的相位、幅值不相同，使Wd 有电流Id产生，通过调整Wx、Wn、C、R使Ix Wx 、In Wn幅值相同，相位相反。这时Id等于0，平衡指示器指向零，表示电桥平衡。测量精度高，适合测量精度高，适合实验室高精度测量实验室高精度测量介质损耗因数（因数（tgtg 数字式介损测试仪基本测量原理是基于传统西林电桥的原理基础上，测量系统通过标准侧R4和被试侧R3分别将流过标准电容器和被试品的电流信号进行高速同步采样，经模数（A/D）转换装置测量得到两组信号波形数据，再经计算

5、处理中心分析，分别得出标准侧和被试侧正弦信号的幅值、相位关系，从而计算出被试品的电容量及介损值。介质损耗因数（因数（tgtg 智能型电桥的测量回路还是一个桥体。R3、R4两端的电压经过A/D采样送到计算机，求得:试品阻抗：进一步计算可得： 介损值可通过测量Ux与Un之间的相位计算得出tg值。测量相位的方法有很多种，如过零比较法，波形分析法（FFT变换）等等，也可采用测量有功分量和无功分量的方法来求得tg值。介质损耗因数（因数（tgtg介质损耗因数（因数（tgtg产生测量用的高压电源可以从产生测量用的高压电源可以从0.5kV-10kV0.5kV-10kV连续平缓升压连续平缓升压介质损耗因数（因数

6、（tgtg 试品不接地，桥体试品不接地，桥体E E端接端接地，在需要屏蔽的场合，地，在需要屏蔽的场合，E E端端也可用于屏蔽。此时桥体处于也可用于屏蔽。此时桥体处于地电位，地电位， R3R3、C4 C4 可安全调节。可安全调节。 各种介损测试仪器正接线各种介损测试仪器正接线接线方法基本一致。接线方法基本一致。介质损耗因数（因数（tgtg 这是一种标准反接线接法，这是一种标准反接线接法，在试品接地，桥体在试品接地，桥体U U端接地，端接地，E E端为高压端，在需要屏蔽的场端为高压端，在需要屏蔽的场合，合，E E端也可用于屏蔽。此时桥端也可用于屏蔽。此时桥体处于高电位，体处于高电位， R3R3、C

7、4 C4 需通需通过绝缘杆调节。过绝缘杆调节。 这种方式桥体处于高电位，这种方式桥体处于高电位，仪器内部高低压之间需要做好仪器内部高低压之间需要做好绝缘防护措施。绝缘防护措施。介质损耗因数（因数（tgtg 这是一种采用侧接线代替反这是一种采用侧接线代替反接线的接法，在试品一端接地接线的接法，在试品一端接地（a a点），点），E E端为屏蔽端，端为屏蔽端，U U端为端为高压端。此时桥体处于低电位，高压端。此时桥体处于低电位， R3R3、C4C4可以安全调节。可以安全调节。 这种方式高压电源、高压线这种方式高压电源、高压线对地电容都将经过对地电容都将经过R3R3回路与真正回路与真正的试品电流混杂到

8、一起，极易受的试品电流混杂到一起，极易受到干扰。为提高精度，需要双层到干扰。为提高精度，需要双层屏蔽，消除内部和外部干扰。屏蔽，消除内部和外部干扰。介质损耗因数（因数（tgtg 使桥体处于地电位，又能克使桥体处于地电位，又能克服侧接线易受干扰的缺陷的另一服侧接线易受干扰的缺陷的另一个方法就是使用高压隔离电流传个方法就是使用高压隔离电流传感器（如采用光纤、电磁隔离）。感器（如采用光纤、电磁隔离）。采用高精度高压传感器，将高压采用高精度高压传感器，将高压侧采集的信号传递到低压侧进行侧采集的信号传递到低压侧进行分析，使得测量单元始终处于低分析，使得测量单元始终处于低电位，既保证了准确性，又保证电位，

9、既保证了准确性，又保证了安全。了安全。 此方法电流传感器的精此方法电流传感器的精度会给测量带来一定附加误差。度会给测量带来一定附加误差。介质损耗因数（因数（tgtg 对于电容式电压互感器的分压单对于电容式电压互感器的分压单元，由于元，由于C1C1和和C2C2连接处是封闭的，不连接处是封闭的，不能直接采用正接线测试，如果测量能直接采用正接线测试，如果测量C1C1和和C2C2的串联值。由于与中间变压器对的串联值。由于与中间变压器对地电容跟地电容跟C1C1和和C2C2形成形成“T T形网络形网络”，如果中间变压器介损较大，可能出现如果中间变压器介损较大，可能出现负值。因此应采用自激磁法进行测试。负值

10、。因此应采用自激磁法进行测试。 采用自激磁法测试采用自激磁法测试C1C1原理如右图原理如右图：介质损耗因数（因数（tgtg 测量测量C1C1时，时，C2C2与标准电容与标准电容CNCN串串联，由于联，由于C2CN,C2CN,串联后标准臂电容串联后标准臂电容CNCN，介损也取决于，介损也取决于CNCN可看作零。通可看作零。通过二次绕组加压在中间变压器一次侧过二次绕组加压在中间变压器一次侧感应出高压施加于试品上进行测量。感应出高压施加于试品上进行测量。由于二次绕组容量及电容尾端绝缘水由于二次绕组容量及电容尾端绝缘水平限制，施加电压不能超过平限制，施加电压不能超过3000V3000V。一般采用一般采

11、用2500V2500V测量。测量。 测量测量C2C2原理与测量原理与测量C1C1时相同。时相同。如有图所示。如有图所示。介质损耗因数（因数（tgtg 由于由于C1C1较较C2C2电容量要小，所以测量电容量要小，所以测量C2C2时，时，C1C1与与CnCn串联等效的误差就比较大。为串联等效的误差就比较大。为了减小这种测量误差，我们在测量了减小这种测量误差，我们在测量C2C2的时的时候，以候，以C1C1作为电桥的标准电容器，这样可作为电桥的标准电容器，这样可测得测得C2C2相对相对C1C1的容量比及相对介损值，由的容量比及相对介损值，由于第一次已经将于第一次已经将C1C1的介损及电容量测出，的介损

12、及电容量测出，通过通过C1C1就可以推算出就可以推算出C2C2的值。的值。 另外用于串联另外用于串联C1C1与标准电容器的导线与标准电容器的导线对地电容与对地电容与C1C1、CnCn形成了形成了T T型网络，对测量型网络，对测量精度有影响。为了减小这种影响，一般可精度有影响。为了减小这种影响，一般可以采用将导线悬空减小对地电容的办法，以采用将导线悬空减小对地电容的办法，目前有些仪器已经加了补偿算法目前有些仪器已经加了补偿算法。抗干扰方法 介损测量受到介损测量受到的主要干扰是感应的主要干扰是感应电场产生的工频电电场产生的工频电流。无论何种测量流。无论何种测量方式，它都会进入方式，它都会进入桥体：

13、桥体：抗干扰方法 测量一次介损，然后将试测量一次介损，然后将试验电源倒相验电源倒相180180度再测量一次，度再测量一次，取平均值。取平均值。 倒相法是抗干扰最简单的倒相法是抗干扰最简单的方法，也是效果最差的方法。方法，也是效果最差的方法。因为两次测量之间干扰电流或因为两次测量之间干扰电流或试品电流的幅度会发生波动，试品电流的幅度会发生波动，会引起明显误差。会引起明显误差。抗干扰方法 另一种工频抗干扰方法是采用大功率移相电另一种工频抗干扰方法是采用大功率移相电源，调整试验高压的相位，使试品电流与干扰电源，调整试验高压的相位，使试品电流与干扰电流方向相同或相反，这样干扰电流影响减小，再流方向相同

14、或相反，这样干扰电流影响减小，再配合倒相测量，能大大提高测量精度。配合倒相测量，能大大提高测量精度。 再一种方法是采用小功率调幅调相信号源，再一种方法是采用小功率调幅调相信号源，从从R3R3桥臂上抵消干扰电流（干扰抵偿法），再配桥臂上抵消干扰电流（干扰抵偿法），再配合倒相测量，能大大提高测量精度。合倒相测量，能大大提高测量精度。抗干扰方法 干扰十分严重时，变频测量能显示更强的抗干扰能力。例如用干扰十分严重时，变频测量能显示更强的抗干扰能力。例如用55Hz55Hz测量时，测量时，测量系统采用了数字滤波技术，只允许测量系统采用了数字滤波技术，只允许55Hz55Hz信号通过，信号通过，50Hz50H

15、z干扰信号被有效抑制。干扰信号被有效抑制。 变频测量时，仪器对流过标准电容的电流变频测量时，仪器对流过标准电容的电流InIn和被试品的电流和被试品的电流IxIx进行实时同步进行实时同步采样。得到两组包含有干扰及信号源的混合信号，仪器再运用快速傅立叶变换算采样。得到两组包含有干扰及信号源的混合信号，仪器再运用快速傅立叶变换算法，将混合信号中信号源的信号（如法，将混合信号中信号源的信号（如55Hz55Hz信号）与干扰源（如信号）与干扰源（如50Hz50Hz信号）信号分信号）信号分离。这样就很容易把我们关心的信号源信号分离出来。达到了抗干扰的目的。离。这样就很容易把我们关心的信号源信号分离出来。达到

16、了抗干扰的目的。抗干扰方法 由于介损值与试验频率有关，为了更由于介损值与试验频率有关，为了更好地与好地与50Hz50Hz下的介损值等效，通常仪器分下的介损值等效，通常仪器分别的别的50Hz50Hz5Hz5Hz进行两次测量，再取平均值进行两次测量，再取平均值得到等效得到等效50Hz50Hz的介损值。为了使试验频率的介损值。为了使试验频率更接近更接近50Hz50Hz，有时也采用，有时也采用50Hz50Hz2.5Hz2.5Hz进行进行测量。测量。介损测试仪现场使用注意事项Text in hereText in here介损测试仪现场使用注意事项Text in hereText in here介损测试

17、仪现场使用注意事项Text in hereText in here介损测试仪现场使用注意事项Text in hereText in here如内接、外接、正接线、反接线如内接、外接、正接线、反接线、自自激法激法CVTCVT测量等测量等常规介损一般常规介损一般10kV10kV，额定电压额定电压介损根据要求确定介损根据要求确定常规介损常规介损一般一般 5uA5uA1A1A，高压高压介损需要更大测试电流介损需要更大测试电流现场用一般应满足现场用一般应满足（1%1%读数读数+0.05%+0.05%）, ,实验室用需要更高要求实验室用需要更高要求工频抗干扰或变频抗干扰工频抗干扰或变频抗干扰介损测试仪现场使用注意事项Text in hereText in here可能挂钩或测试夹子接触不良，接地不良等。可能挂钩或测试夹子接触不良，接地不良等。仪器接地应尽量靠近被试品。仪器接地应尽量靠近被试品。另外判断是否受到强干扰影响。另外判断是否受到强干扰影响。通常测量电容很小的试品时受到通常测量电容很小的试品时受到T T型网络影响，通过改变测试线角度，型网络影响，通过改变测试线角度，擦拭烘干设备表面等措施加以改善。另外也可能受干扰影响。擦拭烘干设备表面等措施加以改善。另外也可能受干扰影响。检查设备接地刀闸是否打开，拔出测试