关于介质损耗测试

关于介质损耗的一些基本概念

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δ

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Φ)的余角(δ)。 简称介损角。 3、介质损耗正切值tgδ

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 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δ=(90°-Φ)的正切值。因此现在的数字化仪器从本质上讲,是通过测量δ或者Φ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cosΦ

功率因数是功率因数角Φ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:cosΦ),而不是介质损耗因数(DF:tgδ)。一般cosΦ

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tgδ,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。 国内常见高压电容电桥有:

型 号 生产厂家 性 能 西林电桥,手动调节,介损相对误差0.5%,试验室使用。其改2801 Haefely 进型为2809A。 电流比较仪电桥,手动调节,介损相对误差0.5%±0.00005,QS30 上海沪光厂 试验室使用。 QS1 上海电表厂 支持正反接线,移相或到相抗干扰。 西林电桥,手动调节,介损相对误差10%±0.003,现场测量用。自动调节,红外线遥控,介损相对误差0.2%±0.00005,现场AI-6000分体型 泛华电子 或试验室用。支持正反接线,移相或倒相抗干扰。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 能 2816 Haefely 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。 高压输出10kV/300mA,介损误差1%±0.0004(变频抗干扰,20倍),M4000 DOBLE 正反接线方式,C / L / R测量,笔记本+WINDOWS,45~70Hz,重量66kg。 10kV/200mA,介损误差1%±0.0004,变频法45~65Hz,抗干扰2:AI-6000 泛华电子 测量,模拟西林电桥和电流比较仪电桥,试验室介损精度达到精密电桥标准,29kg。 7、外施

1,正、反(含高、低压侧屏蔽)接线方式,CVT自激法,C / L / R

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AI-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

tgδ:±(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=0/90/180/270°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:

有功功率

无功功率

并联模型

因此

其中ω=2πf,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

串联模型

因此

由上分析可知,串联模型tgδ=2πfRC,并联模型tgδ=1/(2πfRC),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tgδ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,此时f的影响就小。

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