介损测试原理及应用.ppt

电压作用下电介质中产生的一切损耗称为介质损耗或介质损失。如果介质损耗很大，会使电介质电压作用下电介质中产生的一切损耗称为介质损耗或介质损失。如果介质损耗很大，会使电介质 温度升高，促使材料发生老化，如果介质温度不断上升，甚至会把电介质融化、烧焦，丧失绝缘能力温度升高，促使材料发生老化，如果介质温度不断上升，甚至会把电介质融化、烧焦，丧失绝缘能力 ，导致热击穿，因此，电介质损耗的大小是衡量绝缘介质电性能的一项重要指标。，导致热击穿，因此，电介质损耗的大小是衡量绝缘介质电性能的一项重要指标。 然而不同设备由于运行电压、结构尺寸等不同，不能通过介质损耗的大小来衡量对比设备好坏。然而不同设备由于运行电压、结构尺寸等不同，不能通过介质损耗的大小来衡量对比设备好坏。 因此引入了介质损耗因数因此引入了介质损耗因数tgtg（又称介质损失角正切值）的概念。（又称介质损失角正切值）的概念。 介质损耗因数的定义是：介质损耗因数的定义是： 介质损耗因数介质损耗因数tgtg只与材料特性有关，与材料的尺寸、体积无关，便于不同设备之间进行比较。只与材料特性有关，与材料的尺寸、体积无关，便于不同设备之间进行比较。 COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED. 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 测量介质损耗因数测量介质损耗因数tgtg判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。它能反映出绝判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。它能反映出绝 缘的一系列缺陷，如绝缘受潮，油或浸渍物脏污或劣化变质，绝缘中有气隙发生放电等。这时流过绝缘的一系列缺陷，如绝缘受潮，油或浸渍物脏污或劣化变质，绝缘中有气隙发生放电等。这时流过绝 缘的电流中有功分量缘的电流中有功分量IRXIRX增大了，增大了，tgtg也加大。也加大。 按照电力设备预防性试验规程的规定，对多种电力设备（如电力变压器、发电机组、高压开关、按照电力设备预防性试验规程的规定，对多种电力设备（如电力变压器、发电机组、高压开关、 电压电流互感器、套管、耦合电容等）都需要做介质损耗因素（电压电流互感器、套管、耦合电容等）都需要做介质损耗因素（tgtg）的测量。）的测量。 所以所以tgtg试验是一项必不可少而且非常有效的试验。能较灵敏地反映出设备绝缘情况，发现设备试验是一项必不可少而且非常有效的试验。能较灵敏地反映出设备绝缘情况，发现设备 缺陷。缺陷。 COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED. 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 （如QS1） COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED. 介质损耗因数（tg）原理）原理 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量原理）测量原理 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） COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED. 介质损耗因数（tg）原理）原理 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量原理）测量原理 QS1电桥是80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 电容器（如BR16型标准电容器），以及 10kV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。 COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED. 介质损耗因数（tg）原理）原理 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量原理）测量原理 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（tg）原理）原理 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量原理）测量原理 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（tg）原理）原理 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量原理）测量原理 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。总之现场操作使用都比较麻烦，抗干扰能力差，已经不能适 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（tg）原理）原理 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量原理）测量原理 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 。 COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED. 介质损耗因数（tg）原理）原理 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量原理）测量原理 数字高压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，再经计算处 理中心分析系统，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（tg）原理）原理 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量原理）测量原理 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介损和电容量 COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED. 介质损耗因数（tg）原理）原理 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量原理）测量原理 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（tg）测量方式）测量方式 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量方式）测量方式 试品不接地，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（tg）测量方式）测量方式 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量方式）测量方式 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（tg）测量方式）测量方式 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量方式）测量方式 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（tg）测量方式）测量方式 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量方式）测量方式 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（tg）测量方式）测量方式 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量方式）测量方式 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（tg）测量方式）测量方式 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量方式）测量方式 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。如有图所示。 COPYRIGHT(C) WWW.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED. 介质损耗因数（tg）测量方式）测量方式 介质损耗因数（介质损耗因数（tgtg）测量方式）测量方式 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与标准电容器的导线对地电容与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 抗干扰方法抗干扰方法 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 抗干扰方法抗干扰方法 测量一次介损，然后将试验电源倒相180 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 抗干扰方法抗干扰方法 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.SCEEC.COM ALL RIGHTS RESERVED. 抗干扰方法 抗干扰方法抗干扰方法 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. 抗干扰方法 抗干扰方法抗干扰方法 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. 介损测试仪现场使用注意事项 介损测试仪现场使用注意事项介损测试仪现场使用注意事项 Text in here Text in here 测量功能测量功能 如内接、外接、正接线、反接线、自激法CVT测量等 试验电压范围试验电压范围 常规介损一般10kV，额定电压介损根据要求确定 测试电流范围测试电流范围 常规介损一般5uA1A，