介质损耗试验

1、2021/8/141 课 程 题 目介质损耗（角）正切角 试验tan2021/8/142目目 录录1 1 介质的极化、电导和介质损耗介质的极化、电导和介质损耗1.1 介质的极化1.2 电介质的电导1.3 电介质损耗2 2 介质损耗正切角的测量介质损耗正切角的测量2.1 西林电桥原理2.2 测量的影响因数2021/8/1431 介质的极化、电导和介质损耗介质的极化、电导和介质损耗1.1 介质的极化介质的极化 具有极性分子的电介质称为极性电介质，而中性分子构成的电解质称为中性电介质。前者是即使没有外电场的作用其分子本身也具有电矩的电介质。介质的相对介电常数：0rr综合反映电介质极化的一个物理量。在

2、20oC时工频电压下气体介质r接近于1，液态和固体电介质大多在26之间。 最基本的极化形式有电子式极化电子式极化、离子式极化离子式极化和偶极子极化偶极子极化等三种，此外还有夹层极化夹层极化和空间极化等。2021/8/1441）电子式极化）电子式极化 当物质原子里的电子轨道受到外电场作用时，它将相对于原子核产生位移，这就是电子式极化电子式极化。当外电场撤掉后，依靠正负电子间的吸引力，作用中心又马上重合，整体呈现非极性，所以这种极化没有损耗。2）离子式极化）离子式极化 固体无机化合物多属离子式结构，如云母、陶瓷材料等。无外电场作用时，每个分子正负离子的作用中心是重合的，故不呈现极性。离子式极化也属

3、于弹性极化，几乎没有损耗。3）偶极子极化）偶极子极化 偶极子是一种特殊的分子，它的正负电荷的中心不相重合，好像分子的一端带有正电荷、另一端带有负电荷一样，因而形成一个永久性的偶极矩。例如、蓖麻油、橡胶、胶木等都是常用的极性绝缘材料。2021/8/145 如图1所示，当不存在电场时，这些偶极子杂乱无章地排序着，宏观电矩等于零，整个电介质对外不表现极性。当出现电场后偶极子沿电场方向转动，因而出现极性，这种极化称为偶极化和转向极化。 它是非弹性的,极化过程中需要消耗一定的能量。图1 偶极子极化2021/8/1464）夹层极化）夹层极化 由于介电常数和电导率的多种电解质组成的结缘结构，在加上外电场后各

4、层电压将从开始是按介电常数分布逐渐过渡到稳定时按电导率分布。在电压重新分布过程中，夹层截面上会聚集起一些电荷，使整个介质等值电容增大，这种极化称为夹层极化。 各种极化见表1。 表1 各种极化极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质10-15s 无束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子结构电介质10-13s 几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质10-10s10-2s 有偶极子的定向排列夹层极化多层介质交界面10-1s数小时 有自由电子移动2021/8/1471.2 电介质的电导电介质的电导 任何电介质都不同程度地具有一定的电导性，只不过其电导率很小而以，表征电介质电导电性能

5、的主要物理量即为电导率或其倒数电阻率。 按照载流子的不同，电介质的导电可分为离子电导和电子电导两种，前者以离子为载流子，后者以自由电子为载流子。在正常情况下，电解质电导主要是离子电导，这同金属导体的主要电导依靠自由电子有本质的区别。 固体和液体介质的电导率和温度T的关系均可近似的用下式表示 TBAe式中A、B为常数，均与介质特性有关，但固体介质的常数B通常比液体介质B值大得多；T为绝对温度。上式表明，电介质的电导率随温度按指数规律上升，所以测量电解质和绝缘电阻时，必须注意温度问题。2021/8/1481.3 电介质损耗电介质损耗 在直流电压的作用下，电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压还

6、没有打到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电导引起，所以用体积电导和表面电导率两个物理量就已能充分说明问题，不必再引入介质损耗这个概念了。 在交流的作用下，在交流电压下，流过电介质的电流 包含有功分量 和无功分量 ，即IRICIRCIII图2 介质在交流电压作用下的电流向量图及功率三角形2021/8/149从图2中可以看出,此时的介质损耗功率：(请将文中所有tg全部改为tan)2cosRCpPUIUIUI tgUC tg式中， 电源角频率； 功率因数角； 介质损耗角；介质损耗角 为功率因数角 的余角，其正切 又可称为介质损耗因数，常用百分数（）来表示。 通常均采用介质损耗角正切 作为综合反

7、映电介质损耗特性优劣的一个指标，测量和监控各种电力设备绝缘 的值已成为电力系统中绝缘预防性试验最重要的项目之一。 如果介质损耗主要由极化所引起，则常采用串联等值电路 ；若介质损耗由电导引起，常采用并联等值电路。tgtgtg2021/8/1410因为介质损耗角值 一般都很小， ，所以cos12SPUC tg用两种等值电路所得出的和P理应相同。若U、Cs、已知，P最后取决于 ，即可以用 大小表示P。2 2 介质损耗正切角的测量介质损耗正切角的测量2.1 2.1 西林电桥原理西林电桥原理 的测量常采用高压交流平衡电桥（西林电桥），不平衡电桥，或低功率因素瓦特表来测量、这里主要介绍西林电桥。 西林电桥

8、的接线如图3所示，被试品以并联等值电路表示。 tgtgtg图3 西林电桥原理接线图2021/8/1411 图3中，被试品以并联等值电路表示，其等值电容和电阻分别为 和 ； 为可调的无感电阻； 为高压标准电容器的电容； 为可调电容； 为定值无感电阻；P为交流检流计。调节 和 ，使电桥达到平衡，即通过检流计P的电流为零,此时有XCXR3RNCNC4C4R3R4C 由于通过桥臂CA和AD，CB和BD的电流分别均为 和 ，所以各桥臂电压之比即相应的桥臂阻抗之比 ，即：/CAADCBBDUUUU1I2I1423Z ZZ Z式中111XXZj CR21NZj C33ZR44411Zj CR2021/8/1

9、412可以求得试品电容 和等值电阻 XCXR4222344(1)NXR CCRC R2223442244(1)XNRC RRC R C介质并联等值电路的介质损耗角正切441xxtgC RC R2100f4tgC因为 图3中，A,B两处接有放电管V，目的是防止 、 上出现高电压。3R4C /10000R42021/8/14132.2 测量的影响因数测量的影响因数1）外界电磁场的干扰影响：一种是由于存在杂散电容。另一种是由于 交变磁场感应出干扰磁场。 消除方法：将电桥的低压臂和检流计用金属网和屏蔽电缆线加以屏蔽。2） 温度的影响：一般 随温度的增高而增大。3）试验电压的影响（图4）： 曲线1良好绝

10、缘在额定电压下， 值几乎 不变 。 曲线2若绝缘存在空隙或气泡时，当所加 电压尚不足以使气泡电离时，其 与良好 绝缘时无差别，但若所加电压能引起气泡电 离或发生局部放电时， 随U的升高而迅速 增大，电压回落时电离要比电压上升时要更 强一些，因而会出现闭环曲线。 tgtg图 4 与试验电压的典型关系曲线tgtgtgtg2021/8/1414如果绝缘受潮，则电压较低时， 就已经相当大，电压升高时， 更将急剧增大；电压回落时， 也要比电压上升时更大一些，因而形成了不闭合的分叉曲线。4）试品电容量的影响：对于电容量较小的试品， 测量能有效的发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但对电容量较大的试品， 测量只能发现整体分布性缺陷，此时要把它分解成几个彼此绝缘部分的被试品，分别测量各部分的 值，能有效的发现缺陷。5）试品表面泄露(漏）的影响