关于介质损耗的一些基本概念

1、关于介质损耗的一些基本概念（泛华电子）1、介质损耗    什么是介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。2、介质损耗角    在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角)的余角()。 简称介损角。3、介质损耗正切值tg    又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定义如下:    如果取得试品的电流相量

2、 和电压相量 ，则可以得到如下相量图：总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR合成，因此：这正是损失角=(90°-)的正切值。因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量或者得到介损因数。    测量介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。绝缘能力的下降直接反映为介损增大。进一步就可以分析绝缘下降的原因，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。测量介损的同时，也能得到试品的电容量。如果多个电容屏中的一个或几个发生短路、断路，电容量就有明显的变化，因此电容量也是一个重要参数。4、功率因数cos &

3、#160;  功率因数是功率因数角的余弦值，意义为被测试品的总视在功率S中有功功率P所占的比重。功率因数的定义如下:    有的介损测试仪习惯显示功率因数(PF:cos)，而不是介质损耗因数(DF:tg)。一般cos<tg，在损耗很小时这两个数值非常接近。5、高压电容电桥    高压电容电桥的标准通道输入标准电容器的电流、试品通道输入试品电流。通过比对电流相位差测量tg，通过出比电流幅值测量试品电容量。因此用电桥测量介损还需要携带标准电容器、升压PT和调压器。接线也十分烦琐。  

4、  国内常见高压电容电桥有：型  号生产厂家性    能2801Haefely西林电桥，手动调节，介损相对误差0.5%，试验室使用。其改进型为2809A。QS30上海沪光厂电流比较仪电桥，手动调节，介损相对误差0.5%±0.00005，试验室使用。QS1上海电表厂西林电桥，手动调节，介损相对误差10%±0.003，现场测量用。支持正反接线，移相或到相抗干扰。AI-6000分体型泛华电子自动调节，红外线遥控，介损相对误差0.2%±0.00005，现场或试验室用。支持正反接线，移相或倒相抗

5、干扰。配合变频电源可变频抗干扰。 6、高压介质损耗测量仪    简称介损仪，是指采用电桥原理，应用数字测量技术，对介质损耗角正切值和电容量进行自动测量的一种新型仪器。一般包含高压电桥、高压试验电源和高压标准电容器三部分。    AI-6000利用变频抗干扰原理，采用傅立叶变化数字波形分析技术，对标准电流和试品电流进行计算，抑制干扰能力强，测量结果准确稳定。    国内常见高压介质损耗测量仪有：型  号生产厂家性   

6、 能2816Haefely高压输出12kV/200mA,介损误差1±0.0001(抗干扰方式、指标不祥，估计是移相),正反接线方式，C / L / R测量，总重量104kg。M4000DOBLE高压输出10kV/300mA,介损误差1±0.0004(变频抗干扰，20倍）,正反接线方式，C / L / R测量，笔记本WINDOWS，4570Hz，重量66kg。AI-6000泛华电子10kV/200mA，介损误差1±0.0004，变频法4565Hz，抗干扰2：1，正、反（含高、低压侧屏蔽）接线方式，CVT自激法，C / L / R测量，模拟西林电桥和电流比较

7、仪电桥，试验室介损精度达到精密电桥标准，29kg。7、外施   使用外部高压试验电源和标准电容器进行试验，对介损仪的示值按一定的比例关系进行计算得到测量结果的方法。8、内施   使用介损仪内附高压电源和标准器进行试验，直接得到测量结果的方法。9、正接线   用于测量不接地试品的方法，测量时介损仪测量回路处于地电位。10、反接线   用于测量接地试品的方法，测量时介损仪测量回路处于高电位，他与外壳之间承受全部试验电压。11、常用介损仪的分类   现常用介损仪有西林型和M型两种，QS1和A

8、I-6000为西林型。12、常用抗干扰方法   在介质损耗测量中常见抗干扰方法有三种： 倒相法、移相法和变频法。AI-6000采用变频法抗干扰，同时支持倒相法测量。13、准确度的表示方法   tg：±（1%D+0.0004）   Cx： ±（1%C+1pF）   +前表示为相对误差，+后表示为绝对误差。相对误差小表示仪器的量程线性度好，绝对误差小表示仪器的误差起点低。校验时读数与标准值的差应小于以上准确度，否则就是超差。14、抗干扰指标   抗干扰指标为满

9、足仪器准确度的前提下，干扰电流与试验电流的最大比例，比例越大，抗干扰性能越好。AI-6000在200%干扰（即I干扰 / I试品2）下仍能达到上述准确度。介损与频率的关系及变频测量原理（泛华电子）1、变频测量原理干扰十分严重时，变频测量能得到准确可靠的结果。例如用55Hz测量时，测量系统只允许55Hz信号通过，50Hz干扰信号被有效抑制，原因在于测量系统很容易区别不同频率，由下述简单计算可以说明选频测量的效果：两个频率相差1倍的正弦波叠加到一起，高频的是干扰，幅度为低频的10倍：Y=1.234sin(x+5.678°)+12.34sin(2x+87.65°)在x=0/90/

10、180/270°得到4个测量值Y0=12.4517，Y1= -11.1017，Y2=12.2075，Y3= -13.5576，计算A=Y1 - Y3=2.4559，B=Y0 - Y2=0.2442，则：这刚好是低频部分的相位和幅度，干扰被抑制。实际波形的测量点多达数万，计算量很大，结果反映了波形的整体特征。2、频率和介损的关系    任何有介损的电容器都可以模拟成RC串联和并联两种理想模型：(1) 并联模型    认为损耗是与电容并连的电阻产生的。这种情况RC两端电压相等： 

11、   有功功率  ，    无功功率  ，    因此      并联模型    其中2f，f为电源频率。可见，如果用真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话，它与频率成反比。当R=时，没有有功功率，介损为0。    这种方法常用于试验室模拟10以上的大介损，或用于制做标准介损器。(2) 串联模型    认为

12、损耗是与电容串连的电阻产生的。这种情况电路的电流相等：   有功功率  ，    无功功率  ，    因此      串联模型   由上分析可知，串联模型tg=2fRC，并联模型tg=1/(2fRC)，R和C基本不变，f是变化量。把45Hz、50Hz、55Hz分别代入公式，可看到tg分别随频率f成正比和反比。如下图所示，f对完全正比和完全反比两种模型影响较大。但实际电容器是多种模型交织的混合模型

13、，此时f的影响就小。3. 实际电容试品：(1) 固定频率下测量    实际电容试品在一个固定频率下，即可以用串连模型也可以用并联模型表示。例如50Hz下，下面两个电路对外呈现的特性完全一样：    不同的电桥测量这两个试品，其介损都是31.4，但西林电桥（2801或QS1）测量的电容量是10000pF，电流比较仪电桥（如QS30）测量的电容量是9101.7pF。这是因为2801电桥认为试品损耗是串连模型，QS30认为试品是并联模型。    通常认为并联模型更接近实际情况，这是

14、因为有功电流穿过电极之间的绝缘层，更象是损耗电阻并联在电极之间，而电极本身电阻为零，没有损耗。    实际上当介损在10以下时，这种电容量的差别是很小的。(2) 变频测量    从事现场试验的专家都有这样的经验：使用传统仪器，如QS1，在干扰严重的现场环境下测量介损，采用移相、倒相方法反复测量，仍无法使电桥平衡。    随着电压等级提高，干扰越来越严重。这种情况下变频测量是一个很好的、甚至是唯一的选择。变频测量的抗干扰能力比移相、倒相法提高一个数量级以上。这好比两个

15、电台在同一个频率上，很难将另一个信号抑制掉，但如果两个电台的频率不同，则很容易区分。4、自动变频与50Hz等效    变频测量受到的唯一怀疑是频率的等效性。按上述模型，介损是随频率变化的。例如50Hz下1的介损，采用55Hz测量。串联模型的测量结果变成1.1(正比)，并联模型测量结果变成0.91%（反比）。虽然这样的误差可能满足现场测量的要求，但误差还是偏大。    为了解决这个问题，我们首先提出了双变频测量原理：在50Hz对称位置45Hz和55Hz各测量一次，然后将测量数据平均，使误差大大减小。理论分析结果如下表

16、所示：模型50Hz真实介损45Hz测量介损55Hz测量介损平均串连109111并联1111109091010可见最大误差发生在并联模型，相对误差1。    以上分析表明，采用双变频测量，即发挥了变频测量的高抗干扰能力，理论上的最大相对误差也小于1，可以满足现场测量需要。也可以采用47.5Hz、52.5Hz双变频测量，理论误差将减少到0.25，但这时的抗干扰能力肯定不如45Hz、55Hz好。    实际测量显示，变频测量的数据十分稳定，重复性特别好。试验室校验也显示了很好的精度指标。目前变频测量的原理已经得到普遍认可

17、。高压电容电桥的基本工作原理（泛华电子）（1）西林电桥调节R3、C4使电桥平衡，此时a、b两点电压相等，即R3、C4两端电压相等。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：两边取倒数得：按复数相等实部、虚部分别相等的规定得到按串连模型介损定义：,由于R4是固定的可以从C4刻度盘上读出介损，通过R3、R4、Cn可以计算Cx。   采用这个原理的仪器有现场用的QS1、试验室用的2801等。 （2）M型电桥    将试品改为并联模型。注意到Ir与Icx、Icn差90度：调节

18、R4使Uw最小。这时IcnR4=IcxR3, Uw=IrR3，因此：    由于a、b间电压没有完全抵消，因此M型电桥也称为不平衡电桥。Uw测量的是绝对值，小介损时电压很低，难以保证测量精度。 （3）数字电桥    数字电桥的测量回路还是一个桥。R3、R4两端的电压经过A/D采样送到计算机，求得:进一步可求得试品介损和电容量。    数字电桥的最大优势在于：可以实现自动测量，可以补偿所有原理性误差，没有复杂的机械调节部件，测量以软件为主，性能十分稳定。测量介损时常用的抗干扰方法（泛华电子）1、干

19、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：       一般介损仪都能抗磁场干扰，因为内部的升压变压器就是一个强烈的磁场干扰源。2、倒相法       测量一次介损，然后将试验电源倒相180度再测量一次，然后取平均值。       倒相法是抗干扰最简单的方法，也

20、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。       一般干扰电流不超过试验电流2时，这种方法是很有效的。 3、移相法       一种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。另一种方法是采用小功率移相电源，从R3桥臂上抵消干扰电流，再配合倒相测量，能大大提高测量精度。   

21、;    通常在升压之前先检测干扰电流的大小和方向，然后调整移相电源。由于测量过程中无法再了解干扰的信息，因此测量过程中干扰或电源发生相位波动，仍会引起明显误差。       一般干扰电流不超过试验电流20时，这种方法是很有效的。4、变频法干扰十分严重时，变频测量能得到准确可靠的结果。例如用55Hz测量时，测量系统只允许55Hz信号通过，50Hz干扰信号被有效抑制，原因在于测量系统很容易区别不同频率，由下述简单计算可以说明变频测量的效果：两个频率相差1倍的正弦波叠加到一起，高频的是干扰

22、，幅度为低频的10倍：Y=1.234sin(x+5.678°)+12.34sin(2x+87.65°)在x=0/90/180/270°得到4个测量值Y0=12.4517，Y1= -11.1017，Y2=12.2075，Y3= -13.5576，计算A=Y1 - Y3=2.4559，B=Y0 - Y2=0.2442，则：这刚好是低频部分的相位和幅度，干扰被完全抑制。    变频测量时，仪器需要知道的唯一信息是干扰频率。因为仪器供电频率就是干扰频率，整个电网的频率是一样的。仪器在测量中可以动态实时跟踪干扰频率，将数字滤

23、波器的吸收点时刻调整到干扰频率上。而干扰信号的幅值和相位变化对这种测量是没有影响的。 表面泄漏或屏蔽不良引起正接线测量介质损耗减小的分析（泛华电子）    用末端屏蔽法测量电磁式PT、正接线测量CT或变压器套管，有时会出现介损极小或负值的现象，这主要是绝缘受潮、表面泄漏或屏蔽不良引起的，可分析如下：示意图 等效电路图      CX：试品      C1：高压端对瓷套的杂散电容    &

24、#160; C2：低压端对瓷套的杂散电容      R：瓷套表面泄漏对地电阻      1：为试验电压      2：为仪器输入     这样，C1、C2、R形成T形网络，由于C1和R微分移相作用，使通过C2的电流超前，而使介损减小。设1为外加电压U、2接地电位，流过2的电流为：      介质损耗因数为实部电流与虚部电流之比，由于第一项

25、为负值，故介损因数减小。    以CX=120pF，C1=1pF，C2=0.1pF，R=1000M，CX无介损，按上式计算，T形网络引起的附加介损为：-0.025%    同理， 检修用脚手架及包装箱引起正接线测量介质损耗减小：试品对包装箱形成杂散电容，也形成T型网络干扰。    解决方法：        1、擦干净瓷套表面的脏污。       &

26、#160;2、在阳光下曝晒试品或加热烤干瓷套 ，变压器套管吹干中间三裙。        3、高压线尽量水平拉远，不要贴近瓷套表面 。        4、改用末端加压法或常规法测量电磁式PT。        5、新设备吊装前试验时，一定要拆掉包装箱和脚手架，移开木梯，解开绳套。做变压器套管时一定要放在套管架上试验，不能斜靠在墙上或躺放在地上。为什么升压显示不到10kV-

27、仪器防"容升效应"电压自校正技术的介绍（泛华电子）    AI-6000介损测试仪在升压测量时，尤其是测量大容量试品（>1000P，如变压器试品），用户有时看到升不到10kV（如9.8kV、9.5kV）的现象，而测量结束后打印的测量电压已到10kV，这就是仪器启动了防“容升”电压自校正技术。    仪器内部升压变压器(L)和试品电容(C)，形成了一个LC回路，回路内电压会抬高，这就是“容升效应”。由于“容升效应”造成回路电压抬高，就使试品和仪器的工作电压>10kV，易造成绝缘击穿或参数变化，造

28、成仪器损坏或测量结果误差。仪器自动跟踪输出电压和回路电压，进行准确升压控制，对试品和仪器起到了有效的保护作用。    在CVT自激法做介损试验时“容升”现象更明显，由于CVT下节耦合电容的容量很大（>4万P），在二次侧升几伏电压，一次侧就能达到上千伏。一定要严格监测一次侧（A点）电压小于3kV，二次侧电流小于6A。所以AI-6000C、D两个型号在CVT测量时提供了高压电压、高压电流、低压电压和低压电流四个保护限制，根据这四个保护限制，AI-6000准确调制电压，确保试验仪器和设备的安全。用AI-6000D做不拆高压引线的CVT自激法测量试验及电位

29、（泛华电子）用AI-6000D做CVT自激法测量非常方便，可按下图接线。如果C1是单节电容，母线不能接地；如果C1是多节电容，高压引线可不拆，母线也可接地，C11和C12可用常规正反接线测量，C13和C2用自激法测量。一、接线方法如下图： 二、测量过程及电位    CVT自激法测量中，仪器先测量C13，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。    测C13时，高压线芯线和屏蔽带高压，CX线芯线和屏蔽都是低压。测C2时，高压线芯线和屏蔽、CX线芯线和屏蔽都是低压。三、为什么先测量C13，再测量C2

30、60;      大家知道，C13电容量较小，约2万pF；c2电容量较大，至少4万pF；CN为50pF标准电容器。测量C13时，C2和内CN串连当作标准电容器，根据电容串联公式C串=(C2CN)/(C2+CN)，由于C2>>CN，C串CN，这样C2对测量结果影响较小，可忽略不计。反之，如果先测C13，因C13容量较小，和内CN串连后，会把C13的介损加进去，造成标准臂介损增大，引起C2介损减小，造成测量误差。四、自激法时高压线拖地会引起介损增大    自激法时高压线应悬空不能接触地面

31、，否则其对地附加介损会引起介损增大，可用细电缆连接高压插座与CVT试品并吊起。         上图蓝色框内为电缆拖地时附加杂散电容的RC串联模型，使点的电压UN超前变成UN'，相应的IN变成IN'，Ix相位不变，造成角增大，既介质损耗增大。感兴趣的用户也可用公式推导出来。用AI-6000C、D型介损测试仪做CVT自激磁测量（泛华电子）一、CVT测量的基本原理    电容式电压互感器（CVT）为叠装式结构，由于现场试验时叠装式CVT的电容分压器和电磁

32、单元不能分开，给电容分压器的电容及介损测量造成了一定的困难。CVT生产制造厂在CVT叠装前对电容分压器的电容及介损进行分体测量。而对组装好的，将中压端子(A点)引出的CVT，可采用正接线直接测量，对没有抽头的CVT只能采用自激法测量。500kV CVT示意图二、CVT自激法测量时需要采取的保护措施    在CVT自激法做介损试验时，由于“回路谐振”和“容升效应”， 绝对不能简单的用变比衡量一次侧电压。CVT分压电容的容量很大（>4万P），在二次侧升几伏电压，一次侧就能达到上千伏。一定要严格监测一次侧（A点）电压小于3kV，二次侧电流小于6A。所以A

33、I-6000C、D两个型号在CVT测量时提供了高压电压、高压电流、低压电压和低压电流四个保护限制，根据这四个保护限制，AI-6000准确调制电压，确保试验仪器和设备的安全。三、CVT自激法介绍1、传统CVT自激法：    需外接标准电容、低压激励电源和监控用电压电流表，具体接线参见高压试验规程。2、用AI-6000C型做母线不接地CVT自激法测量    测量C1              

34、;                         测量C2 应注意，高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起误差，可用细电缆连接高压插座与CVT试品并吊起。另外，考虑C2或C1与内Cn串联分压效应，其电容量可按下式校准：  其中Cc为校准经验值，包含了Cn及高压线对地电容的影响，其值可取110pF。3.母线接地CVT

35、自激法测量如果母线接地，建议采用如下方法测量：       第一步，按图3.10.11.1接线，用“内Cn”方式测量C13：测量C13接线                        用C13作标准电容测量C2应注意，高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起一些误差（表现为C13介损增加

36、）。可用细电缆连接高压插座与CVT试品并吊起。    为进一步补偿C2串入标准回路对C13影响，可按下式校准C13电容：    其中Cc为校准经验值，包含了Cn及高压线对地电容的影响，其值可取110pF。    第二步，按图3.10.11.2接线，用C13作标准电容器测量C2，测量前将C13的电容和介损置入仪器的外标准电容项中（参见3.3），并选择“外Cn”方式。       母线不接地时，也可以用这种接线方式测量。

37、4、用AI-6000D做CVT自激法测量    如果C1是单节电容，母线不能接地；如果C1是多节电容，高压引线可不拆，母线也可接地，C11和C12可用常规正反接线测量，C13和C2用自激法测量。    CVT自激法测量中，仪器先测量C1，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。    测C13时，高压线芯线和屏蔽带高压，CX线芯线和屏蔽都是低压。测C2时，高压线芯线和屏蔽、CX线芯线和屏蔽都是低压。应注意，高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起误差，可用细电缆连

38、接高压插座与CVT试品并吊起。四、正接线直接测量C1C2的串，介质损耗为负值或很小。反接线直接测量C1C2的串，介质损耗为一大数    用正接线直接测量C1C2的串，电容量可以测出来， 但电磁单元的杂散阻抗可以模拟成一个RC串联模型，使A点电压超前，也造成Ix超前向第二象限偏转，造成角减小变成'，如果偏过90°就造成负值。同理，用反接线直接测量C1C2的串，在端反接线<3kV，介质损耗为一大数。正接线直接测量C1C2的串的等效电路Ix被移相变成Ix'       注意：有些

39、CVT铭牌标的电容量为C1、C2；而有些为C1、C1C2的串，可计算出：C串=(C1C2)/(C1+C2)。用AI-6000D做不拆高压引线的CVT自激法测量试验及电位（泛华电子）用AI-6000D做CVT自激法测量非常方便，可按下图接线。如果C1是单节电容，母线不能接地；如果C1是多节电容，高压引线可不拆，母线也可接地，C11和C12可用常规正反接线测量，C13和C2用自激法测量。一、接线方法如下图： 二、测量过程及电位    CVT自激法测量中，仪器先测量C13，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。   

40、 测C13时，高压线芯线和屏蔽带高压，CX线芯线和屏蔽都是低压。测C2时，高压线芯线和屏蔽、CX线芯线和屏蔽都是低压。三、为什么先测量C13，再测量C2       大家知道，C13电容量较小，约2万pF；c2电容量较大，至少4万pF；CN为50pF标准电容器。测量C13时，C2和内CN串连当作标准电容器，根据电容串联公式C串=(C2CN)/(C2+CN)，由于C2>>CN，C串CN，这样C2对测量结果影响较小，可忽略不计。反之，如果先测C13，因C13容量较小，和内CN串连后，会把C13的介损加进去，

41、造成标准臂介损增大，引起C2介损减小，造成测量误差。四、自激法时高压线拖地会引起介损增大    自激法时高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起介损增大，可用细电缆连接高压插座与CVT试品并吊起。         上图蓝色框内为电缆拖地时附加杂散电容的RC串联模型，使点的电压UN超前变成UN'，相应的IN变成IN'，Ix相位不变，造成角增大，既介质损耗增大。感兴趣的用户也可用公式推导出来。正接线测量时高压输出线用"皮儿"

42、还是"芯儿"?（泛华电子）用AI-6000做正接线测量时，一般用高压输出线的屏蔽端输出高压，即用"皮儿"。高压线的屏蔽端是从仪器内部试验变压器高压端直接引出，没有阻抗。而高压线的芯线在仪器内部串联了一个<2的采样电阻，输出高压时会有分压影响，在测量大容量试品时，如40000P，介损会增大<0.005%。所以说在现场正接线测量时的高压线，最好是单接屏蔽、也可芯线和屏蔽一块接，只接芯线稍微有些误差但也完全可以接受。在试验室内校验时，最好用高压线的屏蔽端接试品高压端。AI-6103型氧化锌避雷器带电测试仪用谐波含量分析氧化锌避雷器的好坏（泛华电子）    氧化锌避雷器在劣化的初期其内部会产生局部放电，泄漏电流中会产生高频分量。AI-6103型氧化锌避雷器 带电测试仪内置了谐波分析功能，采用快速傅立叶变换把高次谐波定量的分离出来，得到1399次谐波信息，并分组显示结果，就可以检查局部放电的严重程度。可以在同类型MOA之间作横向比较，数值异常增加的可用其它方法综合检测。仪器推荐以下三个主要数据：1、总电流IxMOA受潮劣化会引起总电流的增加，虽然总电流的增加不如基波阻性电流灵敏，但仍能反映