《城市轨道交通电气设备测试（第2版）》 课件3.3介质损耗角正切值的测量

《高电压检测项目》介质损耗角正切值的测量目录01介质损耗角正切值02介质损失角正切值的测量原理05测量危险点及注意事项04tan((测量中的抗干扰措施03接线方法01介质损耗角正切值介质损耗角正切值1.1电介质损耗原理

在交流电压作用下，电介质要消耗部分电能，这部分电能将转变为热能产生损耗。这种能量损耗称作电介质的损耗。当电介质上施加交流电压时，电介质中的电压和电流的相角差为，的余角称为介质损耗角，的正切tan称为介质损耗角正切。tan值是用来衡量电介质损耗的参数。1.2介质损耗角正切计算

当绝缘物上加交流电压时，可以把介质看成一个电阻和电容并联组成的等值电路，如图3-9（a）所示。根据等值电路可以做出电流和电压的相量图，如图3-9（b）所示。介质损耗角正切值（a）介质等值电路（b）等值电路电流、电压相量图3-9在绝缘物上加交流电压时的等值电路及相量图介质损耗角正切值

由相量图可知，介质损耗由有功电流IR产生，夹角大时，有功电流IR就越大，故称为介质损耗角，其正切值为介质损耗

由上式可见，当U、、C一定时，P正比于，所以用来表征介质损耗。测量(

)的灵敏度较高，可以发现绝缘的整体受潮、劣化、变质及小体积设备的局部缺陷。02介质损失角正切值的测量原理介质损失角正切值的测量原理2.1用高压西林电桥法测量当绝缘受潮、老化时，有功电流

将增大，

也增大。通过测

可以反映出绝缘的分布性缺陷。在《电力设备预防性试验规程》中对电机、电缆等绝缘，因为缺陷的集中性及体积较大，通常不做此项试验；而对套管、电力变压器、互感器、电容器等则做此项试验。目前使用的测

试验装置是基于西林电桥，图3-7给出了西林电桥的三种试验接线，本节主要介绍西林电桥法测量

。介质损失角正切值的测量原理如图3-10所示为介质损耗测量仪，图3-11（a）所示为正接线用于被测绝缘品两端对地绝缘的设备，常用于试验室或绕组间测

。图3-11（b）所示为反接线用于现场被试设备为一极接地的设备，要求电桥有足够的绝缘。由于R3和C4处于高电位，为保证操作的安全应采取一定的绝缘安全措施。操作时电桥本体和操作者一起位于绝缘台上对地绝缘起来，使操作者与R3、C4处于等电位。现场试验通常采用反接线试验方法。图3-11（c）所示为对角线接线用于被试设备为一极接地的设备且电桥没有足够的绝缘。

高压西林电桥的高压桥臂的阻抗比对应的低压臂阻抗大得多，所以电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上，只要把试品和标准电容器放在高压保护区，用屏蔽线从其低压端连接到低压桥臂上，则在低压桥臂上调节R3和C4就很安全，而且测量准确度较高，但这种方法要求被试品高低压端均对地绝缘，在现场中常常无法满足此条件。介质损失角正切值的测量原理图3-10介质损耗测量仪介质损失角正切值的测量原理（a）正接线（b）反接线（c）对角线接线图3-11西林电桥原理接线ZN—被测绝缘阻抗；CN—标准电容；R3—可变电阻；C4—可变电容；G—检流计介质损失角正切值的测量原理

在操作时注意：在启动测试的过程中，红色高压HV线带有高压有触电危险，绝对禁止触碰高压插口及与之相连的相关设备。用标准介质损耗器或标准电容器检测正接法精度时，应使用全屏蔽插头连接介质损耗器或标准电容器，否则暴露的芯线可能受到干扰引起误差。测试过程中应保证插座中心红色高压线芯线与被试品高压端零电阻连接，否则可能引起测量结果的数据波动。

注意事项：在启动测试的过程中严禁拔下插头，以防被试品电流经人体入地。用标准介质损耗器或标准电容器检测正接法精度时，应使用全屏蔽插头连接介质损耗器或标准电容器，否则暴露的芯线可能受到干扰引起误差。测试过程中应保证插座中心测试芯线与被试品低压端零电阻连接，否则可能引起测量结果的数据波动。强干扰下拆除接线时，应在保持电缆接地状态下断开连接，以防感应电击。03接线方法接线方法3.1正接法

内电压-正接法（正接线）如图3-12所示，接线时被测品处于完全绝缘的状态。HV端输出高压接试品高压端子，Cx端接试品绝缘另一端。图3-12正接法接线方法3.2反接法

内电压-反接法如图3-12所示。接线时被测品处于一端接地的状态，使用的是设备内部产生的高压。Cx端不接线，HV端输出高压。图3-12反接法接线方法3.3常见设备介质损耗值测量的接线方法

下面是几种常见设备介质损耗值测量的接线方法及测量要求。3.3.1（1）电压互感器介质损耗测量接线①一次侧对二次侧（正接法）；②一次侧对二次侧及地（反接法），如图3-13所示；③二次侧对一侧次及地（反接法）；④末端屏蔽法（正接法）。接线方法图3-13110KV电压互感器绕组介质损耗测量接线接线方法3.3.2电流互感器介质损耗测量接线①一次侧对二次侧（正接法）；②一次侧对末屏（反接法）；③一次侧对二次侧及地（反接法），如图3-14所示；④二次侧对一次侧及地（反接法），如图3-15所示。接线方法图3-1427.5KV电流互感器介质损耗值测量接线接线方法图3-15110kv电流互感器二次绕组介质损耗测量接线方法3.3.3高压套管介质损耗测量接线①芯棒对末屏（正接法）注意解开末屏接地；②芯棒对末屏及地（反接法）。接线方法图3-16套管接线方式（以变压器套管为例）接线方法3.3.4电力变压器介质损耗测量接线①二次绕组对一次绕组及地（反接法）。如图3-17所示；②一次绕组对二次绕组及地（反接法），如图3-18所示；③一次绕组对二次绕组及接地（反接法）如图3-19所示。接线方法图3-17变压器二次绕组对一次绕组及地（反接法）接线方法图3-18变压器一次绕组对二次绕组及地（反接法）接线方法图3-19变压器一次绕组对二次绕组及接地（反接法）04介质损耗测量精度介质损耗测量精度

在电桥测试中，有些问题往往容易被忽视，使测量数据不能反映被试设备的真实情况，常被忽视的问题有：（1）外界电场干扰的影响。在电压等级较低（例如35

kV电压等级）的电气设备测试中，容易忽视电场干扰的影响。（2）高压标准电容器的影响。现场经常使用的BR-16型标准电容器，电容量为50pF，要求%<0.1%。由于标准电容器经过一段时间存放、应用和运输后，本身的质量在不断变化，会受潮、生锈，同样会影响测试的数据。介质损耗测量精度（3）试品电容量的影响。对电容量较大的试品（例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等），测量tan只能发现整体分布性缺陷，因而用测量介质损耗角正切的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。这时若被试品可以分解成几个彼此绝缘的部分，可分别测量其各个部分的tan值，这样才能更有效地发现缺陷。（4）消除试品表面泄漏的方法。测试前应清除绝缘表面的污渍和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。当测量电气设备绝缘的

时，空气相对湿度对其测量结果影响很大，当绝缘表面脏污，且又处于湿度较大的环境中时，表面泄漏电流增加，对其测量结果影响更大。采取其有效的方法，如电热风法、瓷套表面涂擦法、化学去湿法等。

介质损耗测量精度（5）测试电源的选择。在现场测试中，有时会遇到试验电压与干扰电源不同步，用移相等方法也难以使电桥平衡的情况。（6）电桥引线的影响。①引线长度的影响。分析研究表明，在一般情况下，Cx引线长度为5～10

m，其电容为1500～3000pF；而CN引线为1～1.5

m，其电容为300～500pF。当

和R3较小时，对测量结果影响很小，但若进行小容量试品测试时，就会产生偏大的测量误差。②高压引线与试品夹角的影响。测量小容量试品时，高压引线与试品的杂散电容对测量的影响不可忽视。介质损耗测量精度③引线电晕的影响。高压引线的直径较细时，当试验电压超过一定数时，就可能产生电晕。例如若用一般的导线作高压引线，当电压超过50

kV后，就会出现电晕现象。电晕损耗通过杂散电容将被计入被试品的

内，严重影响测量结果，并可能导致误判断。④引线接触不良的影响。当QS1电桥高压线或测量引出线与被试品接触不良时，相当于被试支路串联一个附加电阻。该电子在交流电压作用下会产生有功损耗并与被试品自身有功损耗叠加，使测量的介质损耗因数超过规定的限值，导致误判断。（7）接线的影响。小电容（小于500pF）试品主要有电容型套管、3～110

kV电容式电流互感器等。对这些试品采用QS1型电桥的正、反接线进行测量时，其介质损耗因数的测量结果是不同的。由于正接线具有良好的抗电场干扰、测量误差较小的特点，一般应以正接线测量结果作为分析判断绝缘状况的依据。05tan测量中的抗干扰措施tan测量中的抗干扰措施

在现场进行测量时，试品和桥体往往处于周围带电部分的电场作用范围之内，虽然电桥本体及连接线采用了屏蔽措施，但试品无法做到全屏蔽。这时干扰就会通过试品高压极的杂散电容产生干扰，影响测量结果。为了消除或减少由电场干扰引起的误差，使用平衡法测量时可以采用如下措施：（1）加设屏蔽。当试品体积不大时，可用金属屏蔽罩或网将试品与干扰源隔开，可以减少测量误差。（2）采用移相电源。由于干扰源的相位一般是无法改变的，因此可以通过改变电源的相位，使得电源的相位和干扰的相位同相或反相，来达到消除或减少同频率干扰的目的。tan测量中的抗干扰措施（3）倒相法。测量时将电源正接和倒相各测量一次，测得两组结果tan1、C1和tan2、C2，然后折算。（4）采用异频电源。由于干扰的频率一般为工频或工频的谐波，因此可将输入电源整流成直流后通过开关逆变电路逆变为异于工频的正弦波，避开干扰的频率范围，这样可大大提高测量精度。这种方法在非平衡法测量中使用较多，而且抗干扰的效果较好。（5）补偿法。通过计算机数据处理，将测量数据进行补偿，使得测量波形为不畸变的正弦波形后，计算得到tan和C。tan测量中的抗干扰措施5.1影响因素（1）温度的影响。

值受温度影响而变化，为了比较试验结果，对同一设备在不同温度下的变化必须将结果归算到一个巩固的基准温度，一般归算到20C。（2）湿度的影响。在不同的湿度下测得的值也是有差别的，应在空气相对湿度小于80%下进行试验。（3）绝缘的清洁度和表面泄漏电流的影响。这可以用清洁和干燥表面来将损失减到最小，也可采用涂硅油等办法来消除这种影响。tan测量中的抗干扰措施5.2结果分析（1）数据结果和《电力设备预防性试验规程》的要求值做比较。（2）对逐年的试验结果应进行比较，在两个试验间隔之间的试验测量值不应该有显著的增加或降低。（3）当

值未超过规定值时，可以补充电容量来分析，电容量不应该有明显的变化。（4）应充分考虑温度等的影响，并进行修正。（5）通过测

的曲线，观察

是否随电压而上升，来判断绝缘内部是否有分层、裂纹等缺陷。tan测量中的抗干扰措施如表3-8、表3-9、表3-10所示为现场#1主变A、B、C三相介质损耗测量试验数据。介质损耗测量

湿度：49%温度：23.8°C日期：2015.4.6项目高压侧-低压侧及地低压侧-高压侧及地高压侧和低压侧-地tand(%)0.1790.1830.156CX(pF)115142678125870介质损耗测量

湿度：25%温度：25°C日期：2016.4.15项目高压侧-低压侧及地低压侧-高压侧及地高压侧和低压侧-地tand(%)0.1650.124—CX(pF)1171027210—表3-8某110kV#1主变（A相）介质损耗电气试验数据比较tan测量中的抗干扰措施表3-9#1主变（B相）介质损耗电气试验数据比较介质损耗测量

湿度：49%温度：23.8°C日期：2015.4.6项目高压侧-低压侧及地低压侧-高压侧及地高压侧和低压侧-地tand(%)0.1580.1600.147CX(pF)114922678125790介质损耗测量

湿度：25%温度：25°C日期：2016.4.15项目高压侧-低压侧及地低压侧-高压侧及地高压侧和低压侧-地tand(%)0.1400.139—CX(pF)1152026800—tan测量中的抗干扰措施表3-10#1主变（C相）介质损耗电气试验数据比较介质损耗测量

湿度：49%温度：23.8°C日期：2015.4.6项目高压侧-低压侧及地低压侧-高压侧及地高压侧和低压侧-地tand(%)0.1630.1630.169CX(pF)115962712826150介质损耗测量

湿度：25%温度：25°C日期：2016.4.15项目高压侧-低压侧及地低压侧-高压侧及地高压侧和低压侧-地tand(%)0.1500.136—CX(pF)1146726580—tan测量中的抗干扰措施数据分析：根据《电力设备预防性试验规程》要求，20C时，66～220

kV变压器tan小于0.8%，35

kV及以下变压器tan小于1.5%，tan值与历年的数值比较不应有显著变化（一般不大于30%）。（1）介质损耗值波动范围不大。对于1#主变的A、B、C三相介质损耗值的数据分析，前后数值没有明显的增长变化，没有大于30%，说明绝缘状态没有明显的变化。（2）tan小于标准值。按110kV变压器的tan小于0.8%要求，上述测量结果均满足要求。所以介质损耗绝缘满足要求。06测量危险点及注意事项测量危险点及注意事项6.1高压安全措施

介质损耗值测量虽然属于非破坏性试验，所加电压一般最高也只有10kV，但是高压引线对人身伤害极大，也发生过人员电击死亡事故，所以测量时一定要注意安全。使用前必须将仪器的接地端子可靠接地，所有人员必须远离高压才能开始测量。6.2接线与反接线操作

正接法测量时，标准电容器高压电极、试品高压端和升压变压器高压电极都带危险电压，各端之间连线都要架空，试验人员远离。在接近测量系统、接线、拆线和对测量单元电源充电前，应确保所有测量电源已被切断，还要注意低压电源的安全。

使用反接线时，标准电容器外壳带高压电，要注意使其外壳对地绝缘，并且与接地线保持一定的距离。使用反接线时还要特别注意，电桥处于高电位，