介损测试原理及应用

1、主讲：主讲： 李李 炯炯手机：手机：OPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.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100QP)tg(COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.测量介质损耗因素的意义COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.测量介质损耗因素的意义COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.测量介质损耗因素的意义 西林电桥

2、 （如QS1）COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg 电流比较仪电桥 （如QS30） 数字型高压介损测试仪（目前广泛使用的介损仪）介质损耗测量电桥分类介质损耗测量电桥分类COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg QS1QS1电桥是电桥是8080年代以前广泛使用的现年代以前广泛使用的现场介损测试仪器。试验时需配备外部标准场介损测试仪器。试验时需配备外部标准电容器（如电容器（如BR16BR16型标准电容器），以及型标准电容器），以及1

3、0kV10kV升压器及电源控制箱。需要调节平衡，升压器及电源控制箱。需要调节平衡，结果需要换算，使用不太方便。结果需要换算，使用不太方便。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg 高压西林电桥是由：交流阻抗器、转换开关、检流计、高压标准电容器等组成。 调节R3、C4使电桥平衡，此时a、b两点电压幅值相位完全相等，即R3、C4两端电压相等。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg因为交流电路中电容阻抗为电路中R4、C4的并联阻抗为两者

4、倒数和的倒数按阻抗元件分压原理，不难得到：COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg经过运算，按复数相等实部、虚部分别相等的规定可得到： 按串连模型介损定义：,由于R4是固定的3184，频率是50Hz、C4单位为F时，tg=C4，因此可以在C4刻度盘上直接读出介损，通过R3、R4、Cn可以计算Cx。 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

5、不能适应现在电气试验工作的需要。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.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、In两个电流的幅值相同，相位相反。特特 点点COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因

6、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）转换电路测量得到两组信号波形数据，再经计算处理中心分析，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。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg介损值可通过测量Ux和Un之间的相位计算出tg得到。测量相位有很多方法，如过零比较法、波形分析法（FFT）等，也可采用测量有功分量与无功分量来求tg特点：

7、特点： 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:进一步可求得被试品的电容量COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg 显示控制单元人机界面，控制仪器的测量过程可程控的电子调压10kV高压电源产生测量用的高压电源一般可以从0.5kV-10kV连续平缓升压测 量 部 分完成对标准回路和被试回路电流信号实时同步采样，由计算机分析计算出tg及电容量。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg 试品不

8、接地，桥体E端接地，在需要屏蔽的场合，E端也可用于屏蔽。此时桥体处于地电位， R3、C4 可安全调节。 各种介损测试仪器正接线接线方法基本一致。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg 这是一种标准反接线接法，在试品接地，桥体U端接地，E端为高压端，在需要屏蔽的场合，E端也可用于屏蔽。此时桥体处于高电位， R3、C4 需通过绝缘杆调节。 这种方式桥体处于高电位，仪器内部高低压之间需要做好绝缘防护措施。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（

9、tgtg 这是一种采用侧接线代替反接线的接法，在试品一端接地（a点），E端为屏蔽端，U端为高压端。此时桥体处于低电位， R3、C4可以安全调节。 这种方式高压电源、高压线对地电容都将经过R3回路与真正的试品电流混杂到一起，极易受到干扰。为提高精度，需要双层屏蔽，消除内部和外部干扰。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg 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）。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分析，使得测量单元始终处于低

10、电位，既保证了准确性，又保证了安全。 此方法电流传感器的精度会给测量带来一定附加误差。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg 对于电容式电压互感器的分压单元，由于C1和C2连接处是封闭的，不能直接采用正接线测试，如果测量C1和C2的串联值。由于与中间变压器对地电容跟C1和C2形成“T形网络”，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。 采用自激磁法测试C1原理如右图：COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg

11、 测量C1时，C2与标准电容CN串联，由于C2CN,串联后标准臂电容CN，介损也取决于CN可看作零。通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。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3000V。一般采用2500V测量。 测量C2原理与测量C1时相同。如右图所示。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.介质损耗因数（因数（tgtg 由于C1较C2电容量要小，所以测量C2时，C1与Cn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C2的时候，以C1作为电桥的标准电容器，这样可测得C2相对C1的容

12、量比及相对介损值，由于第一次已经将C1的介损及电容量测出，通过C1就可以推算出C2的值。 另外用于串联C1与标准电容器导线的对地电容与C1、Cn形成了T型网络，对测量精度有影响。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，目前有些仪器已经加了补偿算法。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.抗干扰方法 介损测量受到的主要干扰是感应电场产生的工频电流。无论何种测量方式，它都会进入桥体：COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.抗干扰方法 测量一次介损，然后将试验电源倒相180

13、度再测量一次，取平均值。 倒相法是抗干扰最简单的方法，也是效果最差的方法。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，会引起明显误差。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.抗干扰方法 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流方向相同或相反，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。 再一种方法是采用小功率调幅调相信号源，从R3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。这种方法也是采用工频抗干扰的最佳方法。COPYRIGHT(C) WWW.SCEE

14、C.COM ALL RIGHTS RESERVED.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55Hz测量时，测量系统采用了数字滤波技术，只允许55Hz信号通过，50Hz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In和被试品的电流Ix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法，将混合信号中信号源的信号（如55Hz信号）与干扰源（如50Hz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。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.抗干

15、扰方法 由于介损值与试验频率有关，为了更好地与50Hz下的介损值等效，通常仪器分别的50Hz5Hz进行两次测量，再取平均值得到等效50Hz的介损值。为了使试验频率更接近50Hz，有时也采用50Hz2.5Hz进行测量。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.影响tg的因素 介质损耗因素不仅受到设备缺陷和电磁场干扰的影响，还受到温度、电压频率等的影响。1、温度的影响 tg与温度的关系，随着介质的组成成分和结构的不同而有显著差异。中性或弱极性分子组成的介质，损耗主要来源于电导损耗，所以tg将随着温度的升高而增大。对于极性分子组成的介质（固体或液体

16、），其温度特性如图所示。 一般不能将某一温度下所测的tg准确换算至另一温度下的数值。目前一些换算方法所得的数据也是近似值。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.影响tg的因素2、频率的影响 tg与频率的关系如图所示。当频率为零时，tg亦为零。在一定的频率范围内，tg随着频率的增加而增加。当频率再增高时，则因时间太快，极化不完全，介质损耗将随着频率的增加而减小。由于电气设备均处于50Hz的工作频率下，所以tg试验所采用的电源也应满足工频范围。在异频下测量时应考虑频率对介损的影响。COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL

17、RIGHTS RESERVED.影响tg的因素3、电压的影响 tg与电压典型的关系曲线如图所示。当外加电压升高时，tg与电压无直接的关系，只有在电压上升到某一数值时，即达到介质的局部放电起始电压以上时，tg才急剧增加。因为在一定的交变电压作用下，介质中局部电场可能很强，从而首先放电，产生附加损耗，使tg随着电压的升高而增加。因此在较高电压下测量tg时，可以检查出绝缘中是否夹杂有气隙等缺陷。所以必要时可以做额定电压下的介损试验，便于发现设备的绝缘缺陷COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.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、自激法CVT测量等常规介损一般10kV，额定电压介损根据要求确定常规介损一般5uA1A，高压介损需要更大测试电流现场用一般（1%读数+0.05%）,实验室用需要更高要求工频抗干扰或变频抗干扰COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED.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。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。通常测量电容很小的试品时受到T型网络影响，通过改变测试线