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。 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tg（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tg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。,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tg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。这时流过绝缘的电流中有功分量IRX增大了，tg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、电压电流互感器、套管、耦合电容等）都需要做介质损耗因素（tg）的测量。 所以tg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。,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）,介质损耗因数（tg）原理,介质损耗因数（tg）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）,介质损耗测量电桥分类,介质损耗因数（tg）原理,介质损耗因数（tg）测量原理,西林电桥,BR16高压标准电容器,QS1高压电容电桥,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。,介质损耗因数（tg）原理,介质损耗因数（tg）测量原理,西林电桥 工作原理,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。,介质损耗因数（tg）原理,介质损耗因数（tg）测量原理,西林电桥 工作原理,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：,介质损耗因数（tg）原理,介质损耗因数（tg）测量原理,西林电桥 工作原理,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。,介质损耗因数（tg）原理,介质损耗因数（tg）测量原理,电流比较仪电桥 工作原理,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。,特 点,测量精度高，适合 实验室高精度测量,介质损耗因数（tg）原理,介质损耗因数（tg）测量原理,数字高压介损测试仪 工作原理,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。,介质损耗因数（tg）原理,介质损耗因数（tg）测量原理,数字高压介损测试仪 工作原理,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,特点：,测量系统一体化，接线简单,无机械调节部件，测量过程全自动,便于实现抗干扰，数据准确可靠,介质损耗因数（tg）原理,介质损耗因数（tg）测量原理,数字高压介损测试仪 工作原理,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。,内部组成,介质损耗因数（tg）测量方式,介质损耗因数（tg）测量方式,正接线UST,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。,介质损耗因数（tg）测量方式,介质损耗因数（tg）测量方式,反接线GST,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。,介质损耗因数（tg）测量方式,介质损耗因数（tg）测量方式,侧接线,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。,介质损耗因数（tg）测量方式,介质损耗因数（tg）测量方式,高压电流隔离反接线,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。,介质损耗因数（tg）测量方式,介质损耗因数（tg）测量方式,自激法测量CVT,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：,介质损耗因数（tg）测量方式,介质损耗因数（tg）测量方式,自激法测量CVT,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。,介质损耗因数（tg）测量方式,介质损耗因数（tg）测量方式,自激法测量CVT,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。,抗干扰方法,抗干扰方法,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：,抗干扰方法,抗干扰方法,倒向法,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。,抗干扰方法,抗干扰方法,移相法,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。,抗干扰方法,抗干扰方法,变频法,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。,抗干扰方法,抗干扰方法,变频法,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。,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,常规介损测试仪 选型方法,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,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,常规介损一般5uA1A，高压介损需要更大测试电流,测量精度,现场用一般（1%读数+0.05%）,实验室用需要更高要求,抗干扰方式,工频抗干扰或变频抗干扰,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,常见故障 原因分析,介损偏大或不稳定,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。,介损值偏小,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。,仪器不能升压,检查设备接地刀闸是否打开，拔