69国内精品一区二区三区 介质损耗角正切值的测量

69国内精品一区二区三区 介质损耗角正切值的测量

介质的功率损耗 P 与 介质损耗 角正 切 tan δ 成正比，所以后者是 绝缘 品质的重要指标，测 量 tan δ 值是判断 电气 设备 绝缘 状态的一项灵敏有效的方法。当设备 绝缘 的 tan δ 超过了 表 4- 1 中的数值，就可能表示电介质严重发热，设备面临发生爆炸的危险。因此， 当 tan δ 超过设备 绝缘 预警值的时候，意味着 绝缘 存在严重缺陷，应立即进行检修。

表 4-1 套管和电流互感器在某温度时 的 tan δ (% ) 最大容许值

tan δ 能反映 绝缘 的整体性缺 陷 ( 例如，全面老 化 ) 和小电容试品中的严重局部性缺陷。 由 tan δ 随 电压 而变化的曲线，可判断 绝缘 是否受潮、含有气泡及老化的程度。

该方法存在的主要问题：测量 tan δ 不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电 缆 ( 它们的电容量都很 大 ) 绝缘 中的局部性缺陷，这时应尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量它们 的 tan δ 。

1 西林电桥测量法的基本原 理

西林电桥的原理接线如图 4- 6 所示。其 中被试品以并联等效电路表示，其等效电容和 电阻 分别为 C x 和 R x ； R 3 为可调的无感 电 阻 ； C N 为高压标准电容器的电容 ； C 4 为可 调电容； R 4 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 R 3 和 C 4 ， 使电桥达到平衡，即通过检流计 P 的电流为 零，说明 A 、 B 两点间无电位差，因 而

可得

桥臂 C A 和 A D 中流过的电流相同，均为 ；桥 臂 C B 和 B D 中流过的电流也相同，均为 。所以各桥臂 电压 之比也即相应的桥臂阻抗之比，故由 式 (4-19 ) 可写出

将

分别代入式 (4-20 ) 中，并使等式两侧实数部分和虚数部分分别相等，即可求得试品电 容 C x 和等效 电阻 R x 。

介质并联等效电路的 介质损耗角正切值 为

如果被试品用 r x 和 K x 的串联等效电路表示，则 Z 1 = r x +1/ j ω K x ，代入 式 (4-20 ) 之后，也可以获 得 tan δ = ω K x r x = ω C 4 R 4 的结果。

因为 ω =2 π f =100 π ，如取 R 4 =10000/ π Ω ，并取 C 4 的单位 为 μ F ，则 式 (4-24 ) 简化为

为了读数方便起见，可以将电桥面板上可以调电容 C 4 的 μ F 值直接标记成被试品的 tan δ 值。

同时，试品的电容 C X 也可以按下式求得

因为 tan δ << 1 。如果被试品用串联等效电路表示，也可得出同样的结果。

由于电介质的 tan δ 值有时会随着 电压 的升高而起变化，所以西林电桥的工作 电压 U 不宜太低，通常采 用 5 ～ 10k V 。更高的 电压 也不宜采用，因为那样会增加仪器的 绝缘 难度和影响操作安全。

通常桥臂阻抗 Z 1 和 Z 2 要比 Z 3 和 Z 4 大得多，所以工作 电压 主要作用在 Z 1 和 Z 2 上，因此它们被称为高压臂，而 Z 3 和 Z 4 为低压臂，其作用 电压 往往只有数伏。为了确保人身和设备安全，在低压臂上并联有放电 管 ( A 、 B 两点对 地 ) ，以防止在 R 3 、 C 4 等需要调节的元件上出现高 电压 。

电桥达到平衡的相量图如图 4- 7 所示，其中 x

； 和 分别为流过 C X 和 R X 的电流， ； 和 分别为流过 C 4 和 R 4 的电流， 。由相量图不难看出

电桥的平衡是通过 R 3 和 C 4 来改变桥臂 电压 的大小和相位来实现的。在实际操作中，由于 R 3 和 Z 4 相互之间也有影响，故需反复调节 R 3 和 C 4 ，才能达到电桥的平衡。

上面介绍的是西林电桥的正接线，可以看出，这时接地点放在 D 点，被试 品 C 的两端均对地 绝缘 。实际上，绝大多数 电气 设备的金属外壳是直接放在接地底座上的，换言之，被试品的一极往往是固定接地的。这时就不能用上述正接线来测量它们 的 tan δ ，而应改用 图 4- 8 所示的反接线法进行测量。

在反接线的情况下，电桥调平衡的过程以及所得的 tan δ 和 C X 的关系式，均与正接线时无异。所不同者在于：这时接地点移 至 C 点，原先的两个调节臂直接换接到高 电压 下，这意味着各个调节元 件 ( R 3 、 C 4 ) 、检流 计 P 和后面要介绍的屏蔽网均处于高电位，故必须保证足够的 绝缘 水平和采取可靠的保护措施，以确保仪器和测试人员的安全。

2 西林电桥测量法的电磁干扰

1 . 外界电场干扰

外界电场干扰主要是干扰电源 ( 包括试验用高压电源和试验现场高压带电 体 ) 通过带电设备与被试设备之间的电容耦合造成的。 图 4-9 a 所示为电场干扰的示意图。干扰电流 I g 通过耦合电容 C 0 流过被试设备电容 C x ，于是在电桥平衡时所测得的被试品支路的电流 I x ，由于加上 I g 而变成了 I x 。 在干扰电流 I g 大小不变而干扰源的相位连续变化时， I g 的轨迹为以被试品电流 I x 的末端为圆心，以 I 为半径的一个圆，如 图 4-9 b 所示。在某些情况下，当干扰结果使 I g 的相量端点落在阴影部分的圆弧上时 ， tan δ 值将变为负值，这时电桥在正常接线下已无法达到平衡，只有把 C 4 从桥 臂 4 换接到桥 臂 3 与 R 3 并 联 ( 即将倒向开关打 到 -tan δ 的位 置 ) ，才能使电桥平衡，并按照新的平衡条件计算 出 tan δ =- ω C 4 R 3 。

为避免干扰，最根本的办法是尽量离开干扰源，或者加电场屏蔽，即用金属屏蔽罩或网将被试品与干扰源隔开，并将屏蔽罩与电桥本体相连，以消除 C 0 的影响。但在现场中往往难以实现。对于同频率的干扰，还可以采用移相法或倒相法来消除或减小 对 tan δ 的测量误差。

移相法是现场常用的消除干扰的有效方法，其基本原理是：利用移相器改变试验电源的相位，使被试品中的电流 I x 与 I g 同相或反相，此时 ，因此测出的是真实 的 tan δ 值， 即 tan δ = ω C 4 R 4 ，通常在试验电源和干扰电流同相和反相两种情况下分别测两次，然后取其平均值。而正、反相两次所测得的电流分别为 I OA 和 I OB ，因此被试品电容的实际值应为正、反相两次测得的平均值。

倒相法是移相法中的特例，比较简便。测量时将电源正接和反接各测一次，得到两组测量结果 C 1 、 tan δ 1 ， 和 C 2 、 tan δ 2 ，根据这两组数据计算出电 容 C x 和 tan δ 。为分析方便，可假定电源的相位不变，而干扰的相位改 变 180 ° ，这样得到的结果与干扰相位不变电源相位改 变 180 ° 是一致的。由 图 4-10 可得

当干扰不大，即 tan δ 1 ， 与 tan δ 2 相差不大、 C 1 与 C 2 相差不大时，式（ 4-2 8 ）可简化 为

即可取两次测量结果的平均值，作为被试品的 介 质损耗角正切值 。

2 . 外界磁场干 扰 8

外界磁场干扰主要是测试现场附近有漏磁通较大 的设备（电抗器、通信的滤波器等）时，其交变磁场 作用于电桥检流计内的电流线圈回路而造成的。为了消除磁场干扰，可设法将电桥移到磁场干扰范围以外。 若不能做到，则可以改变检流计极性开关，进行两次 测量，用两次测量的平均值作为测量结果，以减小磁场干扰的影响。

3 西林电桥测量法的其他影响因素

1 . 温度的影响

温度对 tan δ 有直接影响，影响的程度随材料、结构的不同而异。一般情况下 ， tan δ 是随温度上升而增加的。现场试验时，设备温度是变化的，为便于比较，应将不同温度下测得 的 tan δ 值 换算 至 2 0 ℃ 应当指出 ， 由于被试品真实的平均温度是很难准确测定的，换算方法也不很准确，故换算后往往有很大误差，因此，应尽可能 在 1 0 ～ 3 0 ℃ 的温度下进行测量。

2 . 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 δ 值几乎保持不变，如 图 4-1 1 中的曲 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 电压 尚不足以使气泡电离时，其 tan δ 值与 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发生局部放电时， tan δ 值即开始 随 U 的升高而迅速增大， 电压 回落时电离要比 电压 上升时更强一些，因而会出现闭环状曲线，如 图 4-1 1 中的曲 线 2 所示。如果 绝缘 受潮，则 电压 较低时 的 tan δ 值就已相当大， 电压 升高时 ， tan δ 更将急剧增大； 电压 回落时 ， tan δ 也要比 电压 上升时更大一些，因而形成不闭合的分叉曲线，如 图 4-1 1 中的曲 线 3 所示，主要原因是介质的温度因发热而提高了。求 出 tan δ 与 电压 的关系，有助于判断 绝缘 的状态和缺陷的类型。

3 . 试品电容量的影响

对电容量较小的设备 ( 套管、互感器、耦合电容器 等 ) ，测 量 tan δ 能有效地发现局部集中性的和整体分布性的缺陷。但对电容量较大的设 备 ( 如大、中型发电机，变压器，电力 电缆，电力电容器等 ) ，测 量 tan δ 只能发现 绝缘 的整体分布性缺陷，因为局部集中性的缺陷所引起的损失增加只占总损失的极小部分，这样用测 量 tan δ 的方法来判断设备的 绝缘 状态就很不灵敏了。对于可以分解为几个彼此 绝缘 的部分的被试品，应分别测量其各个部分 的 tan δ 值，这样能更有效地发现缺陷。

4 . 试品表面泄漏的影响

试品表面泄漏 电阻 总是与试品等效 电阻 R X 并联着，显然会影响所测得 的 tan δ 值，这在试品 的 C X 较小时尤需注意。为了排除或减小这种影响，在测试前应清除 绝缘 表面的积污和水分，必要时还可在 绝缘 表面上装设屏蔽极。