在電壓作用下電介質(zhì)中產(chǎn)生的一切損耗稱為介質(zhì)損耗或介質(zhì)損失。如果電介質(zhì)損耗很大，會(huì)使電介質(zhì)溫度升高，促使材料發(fā)生老化(發(fā)脆、分解等)，如果介質(zhì)溫度不斷上升，甚至?xí)央娊橘|(zhì)熔化、燒焦，喪失絕緣能力，導(dǎo)致熱擊穿，因此電介質(zhì)損耗的大小是衡量絕緣介質(zhì)電性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
在外加交流電壓作用下，絕緣介質(zhì)就流過(guò)電流，電流在介質(zhì)中產(chǎn)生能量損耗，這種損耗成為介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗很大時(shí)，就會(huì)使介質(zhì)溫度升高而老化，甚至導(dǎo)致熱擊穿。因此，介質(zhì)損耗的大小就反映了介質(zhì)的優(yōu)劣狀況。
加交流電壓時(shí)的等值電路：
在絕緣物上加交流電壓時(shí)的等值電路及相量圖
圖1-1 在絕緣物上加交流電壓時(shí)的等值電路及相量圖
由相量圖可知，介質(zhì)損耗由IR＆產(chǎn)生，夾角IR＆大時(shí)， 就越大，故稱δ為介質(zhì)損失角，其正切值為
tgδ＝IR／IC＝(U／R)／(U／ωC)＝1／ωCR (1-1)
介質(zhì)損耗 P＝U2／R＝U2ωCtgδ (1-2)
由上式可見(jiàn)，當(dāng)U、ω、C一定時(shí)，P正比于tgδ，所以用tgδ來(lái)表征介質(zhì)損耗。
當(dāng)絕緣受潮、老化時(shí)，有功電流IR將增大，tgδ也增大。通過(guò)測(cè)tgδ可以反映出絕緣的分布性缺陷。
如果缺陷是集中性的，有時(shí)測(cè)tgδ就不靈敏，這是因?yàn)榧行匀毕轂榫植康模梢园呀橘|(zhì)分為缺陷和無(wú)缺陷的兩部分；無(wú)缺陷的部分為R1和C1的并聯(lián)；有缺陷部分為R2和C2的并聯(lián)。當(dāng)有缺陷部分占的比例很小時(shí)， 就很小，所以測(cè)整體的tgδ時(shí)就不易發(fā)現(xiàn)局部缺陷。
在《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中對(duì)電機(jī)、電纜等絕緣，因?yàn)槿毕莸募行约绑w積較大，通常不做此項(xiàng)試驗(yàn)；而對(duì)套管、電力變壓器、互感器、電容器等則做此項(xiàng)試驗(yàn)。
一、測(cè)量原理及方法
介質(zhì)損失角正切的測(cè)量方法：平衡測(cè)量法和角差測(cè)量法。
平衡測(cè)量法為傳統(tǒng)的測(cè)量方法，即高壓西林電橋法。
角差測(cè)量法，現(xiàn)代的數(shù)字式介損測(cè)量?jī)x，采用變頻抗干擾、數(shù)字處理DSP和傅立葉變換數(shù)字濾波技術(shù)，操作簡(jiǎn)單，精度高。
1.用高壓西林電橋法測(cè)量tgδ
(1)接線：正接線、反接線、對(duì)角線接線法
正接線用于兩對(duì)地絕緣的設(shè)備，用于試驗(yàn)室或繞組間測(cè) 。
反接線用于現(xiàn)場(chǎng)被試設(shè)備為一接地的設(shè)備，要求電橋有足夠的絕緣。
由于R3和C4處于高電位，為保證操作的安全應(yīng)采取一定的措施。一個(gè)辦法是將電橋本體和操作者一起放在絕緣臺(tái)上或放在一個(gè)叫法拉第籠的金屬籠里對(duì)地絕緣起來(lái)，使操作者與R3、C4處于等電位。另一種辦法是人通過(guò)絕緣連桿去調(diào)節(jié)R3和C4。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)通常采用反接線試驗(yàn)方法。
對(duì)角線接線用于被試設(shè)備為一接地的設(shè)備且電橋沒(méi)有足夠的絕緣。
QS1型西林電橋正接線原理圖
圖1-2 QS1型西林電橋原理接線
(a)正接線 (b)反接線 (c)對(duì)角線接線
ZX—被測(cè)絕緣阻抗；CN—標(biāo)準(zhǔn)電容；R3—可變電阻；C4—可變電容；G—檢流計(jì)
(2)電橋測(cè)試中的注意事項(xiàng)
在電橋測(cè)試中，有些問(wèn)題往往容易被忽視，使測(cè)量數(shù)據(jù)不能反映被試設(shè)備的真況，常被忽視的問(wèn)題有：
A.外界電場(chǎng)干擾的影響。在電壓等級(jí)較低(例如35kV電壓等級(jí))的電氣設(shè)備tgδ測(cè)試中，容易忽視電場(chǎng)干擾的影響。
B.高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的影響。現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常使用的BR-16型標(biāo)準(zhǔn)電容器，電容量為50pF，要求tgδ%＜0.1%。由于標(biāo)準(zhǔn)電容器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間存放、應(yīng)用和運(yùn)輸后，本身的質(zhì)量在不斷變化，會(huì)受潮、生銹，如忽視了這些質(zhì)量問(wèn)題，同樣會(huì)影響測(cè)試的數(shù)據(jù)。
C.試品電容量變化的影響。在用QS1型西林電橋測(cè)量電氣設(shè)備絕緣狀況時(shí)，往往重視 值，而容易忽視試品電容量的變化，由此而產(chǎn)生一些事故。
D.消除表面泄漏的方法。當(dāng)測(cè)量電氣設(shè)備絕緣的tgδ時(shí)，空氣相對(duì)濕度對(duì)其測(cè)量結(jié)果影響很大，當(dāng)絕緣表面臟污，且又處于濕度較大的環(huán)境中時(shí)，表面泄漏電流增加，對(duì)其測(cè)量結(jié)果影響更大。
采取其有效的方法，如電熱風(fēng)法、瓷套表面瓷群涂擦法、化學(xué)去濕法等。
E.測(cè)試電源的選擇。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，有時(shí)會(huì)遇到試驗(yàn)電壓與干擾電源不同步，用移相等方法也難以使電橋平衡的情況。
F.電橋引線的影響：
引線長(zhǎng)度的影響。分析研究表明，在一般情況下，CX引線長(zhǎng)度約為5～10m，其電容約為1500～3000pF；而CN引線約為1～1.5m，其電容約為300～500pF。當(dāng)R4＝3184歐和R3較小時(shí)，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很小，但若進(jìn)行小容量試品測(cè)試時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生偏大的測(cè)量誤差。
高壓引線與試品夾角的影響。測(cè)量小容量試品時(shí)，高壓引線與試品的雜散電容對(duì)測(cè)量的影響不可忽視。
引線電暈的影響。高壓引線的直徑較細(xì)時(shí)，當(dāng)試驗(yàn)電壓超過(guò)一定數(shù)時(shí)，就可能產(chǎn)生電暈。例如若用一般的導(dǎo)線做高壓引線，當(dāng)電壓超過(guò)50kV后，就會(huì)出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。電暈損耗通過(guò)雜散電容將被計(jì)入被試品的tgδ內(nèi)。嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果，并可能導(dǎo)致誤判斷。
引線接觸不良的影響。當(dāng)QS1電橋高壓線或測(cè)量引出線與被試品接觸不良時(shí)，相當(dāng)于被試支路串聯(lián)一個(gè)附加電阻。該電阻在交流電壓作用下會(huì)產(chǎn)生有功損耗并與被試品自身有功損耗疊加，使測(cè)量的介質(zhì)損耗因數(shù)超過(guò)規(guī)定的限值，導(dǎo)致誤判斷。
接線的影響。小電容(小于500pF)試品主要有電容型套管、3～110kV電容式電流互感器等。對(duì)這些試品采用QS1型電橋的正、反接線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量結(jié)果是不同的。
按正接線測(cè)量一次對(duì)二次或一次對(duì)二次及外殼(墊絕緣)的介質(zhì)損耗因數(shù)，測(cè)量結(jié)果是實(shí)際被試品一次對(duì)二次及外殼絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)。而一次和頂部周圍接地部分的電容和介質(zhì)損耗因數(shù)均被屏蔽掉(電橋正接線測(cè)量時(shí)，接地點(diǎn)是電橋的屏蔽點(diǎn))。
由于正接地具有良好的抗電場(chǎng)干擾，測(cè)量誤差較小的特點(diǎn)，一般應(yīng)以正接線測(cè)量結(jié)果作為分析判斷絕緣狀況的依據(jù)。
2.角差測(cè)量法測(cè)量tgδ--異頻抗干擾介質(zhì)損耗測(cè)試儀
由于介質(zhì)損耗角很小，如果直接測(cè)量其角差很困難，因此，傳統(tǒng)的測(cè)量方法均采用平衡測(cè)量法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，可以通過(guò)直接測(cè)量電壓和電流的角差來(lái)測(cè)量tgδ，即角差法測(cè)量tgδ。這種方法免去了平衡測(cè)量法中需要調(diào)節(jié)平衡的繁瑣，大大減少了試驗(yàn)的工作量。角差法測(cè)量方法很多，如圖1-3所示為角差法典型的測(cè)量原理接線圖，其工作原理如下：
角差法（非平衡法）測(cè)量tgδ接線示意圖
圖1-3 角差法(非平衡法)測(cè)量tgδ接線示意圖
測(cè)量tgδ實(shí)際上就是測(cè)量流過(guò)試品容性電流與全電流的相角差，在試驗(yàn)時(shí)同時(shí)測(cè)量流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容器電流(其相角與流過(guò)試品的容性電流的相角一致)和流過(guò)試品的電流(全電流)，這樣可測(cè)得到二者之間的相角差，從而可以計(jì)算tgδ的數(shù)值。采樣電阻是無(wú)感精密電阻。測(cè)量回路將電流信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，通過(guò)傅立葉變換能穩(wěn)定地測(cè)量畸變波形的相位差。但測(cè)量精度*由高速高精度器件和計(jì)算處理的精度決定。考慮到正、反接線及高低壓隔離問(wèn)題，數(shù)據(jù)傳輸可以通過(guò)光纖傳輸或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為紅外光并發(fā)送到接收器來(lái)進(jìn)行隔離。
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