介损测试原理及应用ppt课件.ppt

1 主讲 李炯手机2 在电场作用下 电介质中有一部分能量转变为其他形式的能量 通常为热能 所谓电介质损耗是指在电场作用下电介质内单位时间消耗的电能 如果损耗很大 会使电介质温度升高 促使绝缘材料发热老化 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的好坏 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 3 等效模型 当对一绝缘介质施加交流电压时 介质上将流过电容电流I1 吸收电流I2和电导电流I3 如图所示 其中反映吸收过程的吸收电流又可分解为有功分量和无功分量两部分 测量介质损耗因素的意义 测量介质损耗因素的意义 4 电容电流和反映吸收过程的无功分量是不消耗能量的 只有电导电流和吸收电流中的有功分量才消耗能量 进一步可将等值电路简化为由纯电容和纯电阻组成的并联和串联电路模型 并联等值电路串联等值电路 测量介质损耗因素的意义 测量介质损耗因素的意义 5 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 6 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 7 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 8 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 9 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 10 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 已经不能适应现在电气试验工作的需要 11 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 12 介质损耗因数 tg 原理 介质损耗因数 tg 测量原理 数字式介损测试仪工作原理 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 13 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 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 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 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 14 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 15 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 16 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 17 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 18 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 19 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方法 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 20 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C2 CN 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 21 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 22 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 23 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 24 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 25 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 26 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50Hz 5Hz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50Hz 2 5Hz进行测量 27 影响tg 的因素 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 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 28 影响tg 的因素 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 29 影响tg 的因素 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 30 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 Textinhere Textinhere 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5uA 1A 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 31 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 Textinhere Textinhere 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