电介质正切损耗角

1、目录* .弓 I 言2.1. 电介质损耗角研究的意义 2.2. 电介质损耗角正切的理论基础 3二. 电介质损耗与电介质损耗角 3.1. 电介质损耗3.2. 电介质损耗角3.三. 等值电路5.1. 并联等值电路 5.2. 串联等值电路8.四. 介质损耗角正切的测量 6.1. 西林电桥原理7.2. 测量的影响因素 9.a）外界电磁场的干扰影响 9.b）温度的影响8.c）试验电压的影响9.d）试品表面泄漏的影响 1.0e）试品电容量的影响 10五. 结论1.Q六. 参考文献11介质损耗角正切摘要：电力系统中检测高压设备的运行可靠性和发现电气绝缘方面缺陷，电介质损耗角的测量必不可少。电介质损耗角是一项

2、反映高压电气设备绝缘性能的重要 指标。本文介绍了介质损耗角的基本概念和其意义， 简单分析了介质损耗角检测 的方法。关键词：电介质损耗角；方法；测量；因素一.引言1.电介质损耗角研究的意义电气设备是组成电力系统的基本元件， 是保证供电可靠性的基础。无论是大 型关键设备如发电机、变压器，还是小型设备如电力电容器、绝缘子等，一旦发 生失效，必将引起局部甚至全部地区的停电。 而导致设备失效的主要原因是其绝 缘性能的劣化。绝缘劣化有很多原因，不仅电应力可引起绝缘劣化，导致绝缘故 障，而且机械力或热得作用，或者和电场的共同作用，最终也会发展为绝缘性故 障。鉴于绝缘故障在电力故障中所占的比重及其后果的严重性

3、，电力运行部门历来十分重视电气设备的绝缘监督。电介质的电气特性，主要表现为它们在电场作用下的导电性能、介电性能和 电气强度，它们分别以四个主要参数，即电导率（或绝缘电阻率）、介电常数、介质损耗角正切和击穿场强来表示。电介质损耗角是一项反映高压电气设备绝缘 性能的重要指标。电介质损耗角的变化可反映受潮、劣化变质或绝缘中气体放电 等绝缘缺陷，因此测量介质损耗角是研究绝缘老化特征及在线监视绝缘状况的一 项重要内容。而在实际测量中，由于电介质损耗很小，所以需要测量系统有较高 的测量精度，这样才能正确及时地反映电介质损耗的变化。 对于电容型绝缘设备， 通过对其介质特性的监视，可以发现尚处于早期发展阶段的

4、缺陷2. 电介质损耗角正切的理论基础对电介质施加正弦波电压，外施电压与相同频率的电流之间相角的余角的正切值。其物理理论基础为tan a =每个周期内介质损耗的能量每个周期内介质存储的能量:.电介质损耗与电介质损耗角1. 电介质损耗电介质在电场作用下（加电压后），要发生极化过程和导电过程。有损极化 过程中有能量损耗；在导电过程中，电导性泄漏电流流过绝缘电阻当然也有能量 损耗。损耗程度一般用单位时间内损耗的能量， 即损耗功率表示。电介质出现功 率损耗的过程称为介质损耗。显然，介质损耗过程随极化过程和电导过程同时进行， 话句话说，由丁极化、 电导过程的存在也有损耗过程。电介质损耗掉得能量也就是电能全

5、部转变成了热 能，使电介质温度升高。若介质损耗过大，则电介质温度将升得过高，这将加速 电介质的热分解与老化，最终导致绝缘性能的完全失去。2. 电介质损耗角介质损耗角是在交变电场下，电介质内流过向量和电压向量之间的火角 （即 功率向量角4）的余角a,简称介损角，常用白分数（为来表示如下图11所 示。图11介质在交流电压的等值电路和向量图a示意图 b等值电路c 向量图在交流电压下，流过电介质的电流I包含有功分量Ir和无功分量Ic,即I = Ir+ Ic由图11可以看出，此时的介质功率损耗P = UI cos 4 = UIc tan a = U2 3Cp tan a (1-1)式中 3-电源角频率；

6、-功率因数角；0-介质损耗角。采用介质损耗P作为比较各种绝缘材料损耗特性优劣的指标是不合适的，因为P值得大小与所加电压U、试品电容量Cp、电源频率3等一系歹0因素有关，而 式中的tan沏是一个仅仅取决丁材料损耗特性，而与上述种种因素无关的物理量。 正因丁此，通常均采用介质损耗角正切tan a作为综合反映电介质损耗特性优劣的 指标，测量和监控各种电力设备绝缘的tan前已成为电力系统中绝缘预防性试验 的最重要项目之一。有损介质更细致的等值电路如图12所示图12电介质的三条支路等值电路和向量图a等值电路 b 向量图图中 G-介质无损极化；R2, G-各种有损极化；R3-电导损耗。在这个等值电路上加上

7、直流电压时，电介质中流过的将是电容电流I、吸收电流I2和传导电流I3。在电容电流I1在加压瞬间数值很大，但迅速下降到零，是 一极短暂的充电电流；吸收电流I2则随着加电压时间增长而逐渐减小，比充电电 流的下降要慢得多，约经数十分钟才衰减到零，具体时间长短取决丁绝缘的类型、不均匀程度和结构；传导电流I3是唯一长期存在的电流分量。这三个电流分量加 在一起即得出吸收曲线，如图13所示。1:上述三条支路等值电路可进一步简化为电阻、电容的并联等值电路或申联等 值电路。若介质损耗主要由电导所引起， 常用并联等值电路；如果介质损耗主要 由极化所引起，常用申联等值电路。三. 等值电路1.并联等值电路如果把图12

8、中的电流归并成由有功电流和无功电流两部分组成，即可得_ U一 RUs Cp1 R = |3 + I2R到图1 1b所小并列电路，图中Cp代表无功电流Ic的等值电容、R则代表有功电 流IR的等值电阻。其中I c = I1 + I2C =介质损耗角正切tan梏丁有功电流和无功电流的比值，即此时电路的功率损耗为：P=U2 3Cptana可见与式（1-1 ）所得介质损耗完全相同。2.串联等值电路用一只理想的无损耗电容 Cs和一个电阻r相申联的等值电路来代替，如果1 3a所示。且由如13b的向量图可得：Irtan a = j= 3Csr3 Cs由丁r = *，I = Ccs cdCs = Ucos a

9、Cs,所以电路的功率损耗将为：9、2 tan a2P = I2r = (Ucos a Cs ) = U2 wCstan a ( cos a)3 Cs因为介质损耗角 酒很小，cos ai,所以P = U2 3Cs tan a由并联等值电路和申联等值电路可知，申联等值电路中的电阻r要比并联等值电路中的电阻R小得多图1-3电介质的简化申联等值电路及向量图a申联等值电路 b向量图四. 介质损耗角正切的测量由丁介质的功率损耗P与介质损耗角正切tan诫正比，所以tan a是绝缘品质 的重要指标，测量tan航是判断电气设备的绝缘状态的一项灵敏有效方法。tan a 能反映绝缘的整体性缺陷(例如全面老化)和小电

10、容试品中的严重局部缺陷。 由丁tan艇电压而变化的曲线，可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化程度。但是 测量tan孙能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局部性缺陷， 这是应尽可能将这些设备分解成几部分，然后分别测量它们的tan a, tan前得测量，最常用的是高压交流电桥，即西林电桥法1.西林电桥原理西林电桥的接线原理如图14所示。其中被试品以并联等值电路表示，其等值电容和电阻分别为CX和Rx ； R3为可调的无感电阻；Cn为高压标准电容器的电容;R4为定值无感电阻;P为交流检流计在交流电压U的作用下，调节R3和。4，使电桥到达平衡，即通过检流计 P的 电流为零，说明此时A, B两

11、点间无电压差，因而UCA = UCB ， UAD = UBD可得(1-2 )UCA _ UCBUad Ubd桥臂CA AD中流过的电流相等，均为I1;桥臂CB BD中流过的电流也相等，均为I2.所以各桥臂电压之比亦即相应桥臂阻抗之比，由上式（1-2 ）可写出:务=斜 *=Z2Z3(1-3)式中1 土R + J 3 Cx1Z2 =-J 3 CNZ3 = R31乙=1R4 +J 招4分别代入(1-3 ),并使等式两侧实数部分与虚数部分各各相等，即可求得试品电容G和等值电阻RxC _CN R4G _ R3 1 + c?c2r4c _ r3 1 + 32c2 匿Rx =32CnC4R4因为介质并联等值

12、电路的介质损耗角正切一 1tan a = " = 3C4 R4(1 -4 )3 CX RX如果被试品用rx和Kx的申联等值电路表示，贝U Z1 = - +未，代入后，等到的介 质损耗角也一样。因为3 = 2看=100兀，如果取R4 =史竺Q,并取C4的单位为 尚，则式14可以简化为tan a = C4同时，试品的电容Cx可按下式求得CnR4R4Cx = : = CnR3 1 + tan2 aR32. 测虽的影响因素a）外界电磁场的干扰影响外界电磁场的十扰包括实验用高电压电源和实验现场高压带电体所引 起的电场十扰，因为在这些高压源与电桥各元件及其连接之间存在着杂散电 容，产生的十扰电流

13、如流过桥臂就会引起测量误差。另一方面，在现场测试条件下，电桥往往处于一个相当显著的交变磁场中， 这是电桥接线也会感应出一个十扰电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致 测量误差。消除十扰的方法就是金届屏蔽网和屏蔽电缆。b）温度的影响温度对tan浦影响很大，具体的影响程度随绝缘材料和结构的不同而异。 一般来说，tan沥随温度的增高而增大。现场试验时的绝缘温度是不一定的， 所以为了便于比较，应将在各种温度下测量tan航换算到20C时的值。C）试验电压的影响一般来说，良好的绝缘在额定电压范围内，其tan酒:几乎保持不变，如 图14曲线1所示。如果绝缘内部存在空隙或气泡时，情况就不同了，当 所加的电压不足

14、以是气泡电离时，tan前与电压的关系与良好绝缘没有什么 差别，但当所加电压大到能引起气泡电离或者发生局部放电时，tan前开始随电压U的升高而增大，电压回落时电离要比电压上升时更快，因而会出现 闭环状曲线，如图14曲线2所示。如果绝缘受潮，则电压较低时的tan酒: 就已相当很大，电压升高时，tan前更将急剧增大；电压回落时，tan前也 要比电压上升时要更大一些，因而形成不闭环的分义曲线，如图14曲线3 所示，主要原因是介质的温度因热而提高了。求出tan而电压的关系，有助 于判断绝缘的状态和缺陷类型。3U图14 tan而实验电压的典型关系曲线1 良好的绝缘体2- 绝缘中存在气隙3一受潮绝缘d）试品

15、表面泄漏的影响试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻 Rx并联着，显然会影响所测得的tane）试品电容H的影响对丁电容较小的试品，测得tan谁有效的发现局部集中性缺陷和整体分 布性缺陷。但对丁电容较大的试品,测量 tan前只能发现整体分布性缺陷， 因为集中性缺陷引起的介质损耗增大值只是只占总损耗的一个很小的部分， 因而用测量tan a的方法来判断绝缘状态就很不灵敏了， 对丁可以分解成几个 彼此绝缘的被试品，可分别测量其各个部分的tan航，更能有效地发现缺陷。五. 结论介质损耗是指在一定电压作用下，介质所产生各种形式的损耗。在工程实际测试中， 介质损耗是用介质中流过的电流的有功分量和无功分量的比值来表示，即tan循。它与绝缘材料的性质有关，而与它的结构、形状、几何形状等无关，tan a的大小是绝缘优劣的体现。介质损耗角正切值又称介质损耗因素或简称介损。测量介质损耗因素是一项灵敏度很高的实验项目，它可以发现电力设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积被试设备贯通和未贯 通的局部缺陷。而用测