关于介质损耗测试

1、关于介质损耗的一些基本概念 1、介质损耗什么是介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。2、介质损耗角在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角)的余角()。 简称介损角。3、介质损耗正切值tg又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定义如下:如果取得试品的电流相量 和电压相量 ，则可以得到如下相量图：总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR合成，因此：这正是损失角=(90°-)的正切值。因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量或者得到介损因数。测量

2、介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。绝缘能力的下降直接反映为介损增大。进一步就可以分析绝缘下降的原因，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。测量介损的同时，也能得到试品的电容量。如果多个电容屏中的一个或几个发生短路、断路，电容量就有明显的变化，因此电容量也是一个重要参数。4、功率因数cos功率因数是功率因数角的余弦值，意义为被测试品的总视在功率S中有功功率P所占的比重。功率因数的定义如下:有的介损测试仪习惯显示功率因数(PF:cos)，而不是介质损耗因数(DF:tg)。一般cos<tg，在损耗很小时这两个数值非常接近。5、高压电容电桥高压电容电桥的标准通道输入标

3、准电容器的电流、试品通道输入试品电流。通过比对电流相位差测量tg，通过出比电流幅值测量试品电容量。因此用电桥测量介损还需要携带标准电容器、升压PT和调压器。接线也十分烦琐。国内常见高压电容电桥有：型 号生产厂家性 能2801Haefely西林电桥，手动调节，介损相对误差0.5%，试验室使用。其改进型为2809A。QS30上海沪光厂电流比较仪电桥，手动调节，介损相对误差0.5%±0.00005，试验室使用。QS1上海电表厂西林电桥，手动调节，介损相对误差10%±0.003，现场测量用。支持正反接线，移相或到相抗干扰。AI-6000分体型泛华电子自动调节，红外线遥控，介损相对误

4、差0.2%±0.00005，现场或试验室用。支持正反接线，移相或倒相抗干扰。配合变频电源可变频抗干扰。6、高压介质损耗测量仪简称介损仪，是指采用电桥原理，应用数字测量技术，对介质损耗角正切值和电容量进行自动测量的一种新型仪器。一般包含高压电桥、高压试验电源和高压标准电容器三部分。AI-6000利用变频抗干扰原理，采用傅立叶变化数字波形分析技术，对标准电流和试品电流进行计算，抑制干扰能力强，测量结果准确稳定。国内常见高压介质损耗测量仪有：型 号生产厂家性 能2816Haefely高压输出12kV/200mA,介损误差1±0.0001(抗干扰方式、指标不祥，估计是移相),正反接

5、线方式，C / L / R测量，总重量104kg。M4000DOBLE高压输出10kV/300mA,介损误差1±0.0004(变频抗干扰，20倍）,正反接线方式，C / L / R测量，笔记本WINDOWS，4570Hz，重量66kg。AI-6000泛华电子10kV/200mA，介损误差1±0.0004，变频法4565Hz，抗干扰2：1，正、反（含高、低压侧屏蔽）接线方式，CVT自激法，C / L / R测量，模拟西林电桥和电流比较仪电桥，试验室介损精度达到精密电桥标准，29kg。7、外施使用外部高压试验电源和标准电容器进行试验，对介损仪的示值按一定的比例关系进行计算得到测

6、量结果的方法。8、内施使用介损仪内附高压电源和标准器进行试验，直接得到测量结果的方法。9、正接线用于测量不接地试品的方法，测量时介损仪测量回路处于地电位。10、反接线用于测量接地试品的方法，测量时介损仪测量回路处于高电位，他与外壳之间承受全部试验电压。11、常用介损仪的分类现常用介损仪有西林型和M型两种，QS1和AI-6000为西林型。12、常用抗干扰方法在介质损耗测量中常见抗干扰方法有三种： 倒相法、移相法和变频法。AI-6000采用变频法抗干扰，同时支持倒相法测量。13、准确度的表示方法tg：±（1%D+0.0004）Cx： ±（1%C+1pF）+前表示为相对误差，+后

7、表示为绝对误差。相对误差小表示仪器的量程线性度好，绝对误差小表示仪器的误差起点低。校验时读数与标准值的差应小于以上准确度，否则就是超差。14、抗干扰指标抗干扰指标为满足仪器准确度的前提下，干扰电流与试验电流的最大比例，比例越大，抗干扰性能越好。AI-6000在200%干扰（即I干扰 / I试品2）下仍能达到上述准确度。介损与频率的关系及变频测量原理 （泛华电子） 1、变频测量原理干扰十分严重时，变频测量能得到准确可靠的结果。例如用55Hz测量时，测量系统只允许55Hz信号通过，50Hz干扰信号被有效抑制，原因在于测量系统很容易区别不同频率，由下述简单计算可以说明选频测量的效果：两个频率相差1倍

8、的正弦波叠加到一起，高频的是干扰，幅度为低频的10倍：Y=1.234sin(x+5.678°)+12.34sin(2x+87.65°)在x=0/90/180/270°得到4个测量值Y0=12.4517，Y1= -11.1017，Y2=12.2075，Y3= -13.5576，计算A=Y1 - Y3=2.4559，B=Y0 - Y2=0.2442，则：这刚好是低频部分的相位和幅度，干扰被抑制。实际波形的测量点多达数万，计算量很大，结果反映了波形的整体特征。2、频率和介损的关系任何有介损的电容器都可以模拟成RC串联和并联两种理想模型： (1) 并联模型 认为损耗是与电

9、容并连的电阻产生的。这种情况RC两端电压相等：有功功率 ，无功功率 ，因此 并联模型其中2f，f为电源频率。可见，如果用真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话，它与频率成反比。当R=时，没有有功功率，介损为0。这种方法常用于试验室模拟10以上的大介损，或用于制做标准介损器。(2) 串联模型认为损耗是与电容串连的电阻产生的。这种情况电路的电流相等：有功功率 ，无功功率 ，因此 串联模型由上分析可知，串联模型tg=2fRC，并联模型tg=1/(2fRC)，R和C基本不变，f是变化量。把45Hz、50Hz、55Hz分别代入公式，可看到tg分别随频率f成正比和反比。如下图所示，f对完全正比和完全反比

10、两种模型影响较大。但实际电容器是多种模型交织的混合模型，此时f的影响就小。3. 实际电容试品： (1) 固定频率下测量实际电容试品在一个固定频率下，即可以用串连模型也可以用并联模型表示。例如50Hz下，下面两个电路对外呈现的特性完全一样：不同的电桥测量这两个试品，其介损都是31.4，但西林电桥（2801或QS1）测量的电容量是10000pF，电流比较仪电桥（如QS30）测量的电容量是9101.7pF。这是因为2801电桥认为试品损耗是串连模型，QS30认为试品是并联模型。通常认为并联模型更接近实际情况，这是因为有功电流穿过电极之间的绝缘层，更象是损耗电阻并联在电极之间，而电极本身电阻为零，没有

11、损耗。实际上当介损在10以下时，这种电容量的差别是很小的。(2) 变频测量从事现场试验的专家都有这样的经验：使用传统仪器，如QS1，在干扰严重的现场环境下测量介损，采用移相、倒相方法反复测量，仍无法使电桥平衡。随着电压等级提高，干扰越来越严重。这种情况下变频测量是一个很好的、甚至是唯一的选择。变频测量的抗干扰能力比移相、倒相法提高一个数量级以上。这好比两个电台在同一个频率上，很难将另一个信号抑制掉，但如果两个电台的频率不同，则很容易区分。4、自动变频与50Hz等效变频测量受到的唯一怀疑是频率的等效性。按上述模型，介损是随频率变化的。例如50Hz下1的介损，采用55Hz测量。串联模型的测量结果变

12、成1.1(正比)，并联模型测量结果变成0.91%（反比）。虽然这样的误差可能满足现场测量的要求，但误差还是偏大。为了解决这个问题，我们首先提出了双变频测量原理：在50Hz对称位置45Hz和55Hz各测量一次，然后将测量数据平均，使误差大大减小。理论分析结果如下表所示：模型50Hz真实介损45Hz测量介损55Hz测量介损平均串连109111并联1111109091010可见最大误差发生在并联模型，相对误差1。以上分析表明，采用双变频测量，即发挥了变频测量的高抗干扰能力，理论上的最大相对误差也小于1，可以满足现场测量需要。也可以采用47.5Hz、52.5Hz双变频测量，理论误差将减少到0.25，但

13、这时的抗干扰能力肯定不如45Hz、55Hz好。实际测量显示，变频测量的数据十分稳定，重复性特别好。试验室校验也显示了很好的精度指标。目前变频测量的原理已经得到普遍认可。测量介损时常用的抗干扰方法 （泛华电子） 1、干扰源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：一般介损仪都能抗磁场干扰，因为内部的升压变压器就是一个强烈的磁场干扰源。2、倒相法测量一次介损，然后将试验电源倒相180度再测量一次，然后取平均值。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。一般干扰电流不超过试验电流2时，这

14、种方法是很有效的。3、移相法一种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。另一种方法是采用小功率移相电源，从R3桥臂上抵消干扰电流，再配合倒相测量，能大大提高测量精度。通常在升压之前先检测干扰电流的大小和方向，然后调整移相电源。由于测量过程中无法再了解干扰的信息，因此测量过程中干扰或电源发生相位波动，仍会引起明显误差。一般干扰电流不超过试验电流20时，这种方法是很有效的。4、变频法干扰十分严重时，变频测量能得到准确可靠的结果。例如用55Hz测量时，测量系统只允许55Hz信号通过，50Hz干扰信号被

15、有效抑制，原因在于测量系统很容易区别不同频率，由下述简单计算可以说明变频测量的效果：两个频率相差1倍的正弦波叠加到一起，高频的是干扰，幅度为低频的10倍：Y=1.234sin(x+5.678°)+12.34sin(2x+87.65°)在x=0/90/180/270°得到4个测量值Y0=12.4517，Y1= -11.1017，Y2=12.2075，Y3= -13.5576，计算A=Y1 - Y3=2.4559，B=Y0 - Y2=0.2442，则：这刚好是低频部分的相位和幅度，干扰被完全抑制。变频测量时，仪器需要知道的唯一信息是干扰频率。因为仪器供电频率就是干扰频

16、率，整个电网的频率是一样的。仪器在测量中可以动态实时跟踪干扰频率，将数字滤波器的吸收点时刻调整到干扰频率上。而干扰信号的幅值和相位变化对这种测量是没有影响的。用AI-6000D做不拆高压引线的CVT自激法测量试验及电位 （泛华电子） 用AI-6000D做CVT自激法测量非常方便，可按下图接线。如果C1是单节电容，母线不能接地；如果C1是多节电容，高压引线可不拆，母线也可接地，C11和C12可用常规正反接线测量，C13和C2用自激法测量。 一、接线方法如下图：二、测量过程及电位CVT自激法测量中，仪器先测量C13，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。测C13时，高压线芯线和屏蔽带高压，CX线芯线和屏蔽都是低压。测C2时，高压线芯线和屏蔽、CX线芯线和屏蔽都是低压。三、为什么先测量C13，再测量C2大家知道，C13电容量较小，约2万pF；c2电容量较大，至少4万pF；CN为50pF标准电容器。测量C13时，C2和内CN串连当作标准电容器，根据电容串联公式C串=(C2CN)/(C2+CN)，由于C2>>CN，