电力电容器的损耗、损耗角正切和等值电路
电力电容器的损耗、损耗角正切和等值电路
电力电容器是一种实际电容器、不是理想电容器，在外施交流电压的作用下，除了会输出一定容量的无功功率Q之外，在电容器的内部介质中、在电容器的极板（铝箔）中、引线等导体中，以及在瓷瓶间的漏泄电流等都会产生一定的有功损耗功率P。通常把电容器的有功功率P与无功功率Q 的比值称做为该电容器的损耗角正切，并用下式表示：
式中：tanδ—电容器的损耗角正切（％）；
P—电容器的有功功率（W）；
Q—电容器的无功功率（var）
正因为电力电容器不是理想电容器，所以通常要用一个等值电路来表示。
（1）串联等值电路
在此等值电路中，理想电容器C产生的无功功率为：
式中：Q C—电容器的无功功率（var）；
X C—电容器C的容抗（Ω）；
I C—流过电容器的电流（A）
而在此电路中由电阻r产生电容器的损耗功率为：
式中：P r—由r产生的等值损耗功率I r—流经等值电阻r的电流由式（1）、（2）、（3）可得：
由式（6）可知，当tanδ值很小（例如全膜电容器），X C也很小时（例如大容量集合式电容器），其等值串联电阻也十分微小（通常只有10－3～10－4Ω）。所以在测量大容量全膜介质电容器时，一定要尽一切可能降低测量回路中的接触电阻和导线电阻，以减小测量误差。
（2）并联等值电路
电力电容器除了可用图1所示的串联等值电路来表示外，也可用图2所示的并联等值电路来表示。由图2可得：
式中：U R—等值电路两端的电压（V）；
U C—理想电容器两端的电压（V）；
X C—电容器的容抗（Ω）
从图2中可知：U R＝U C，所以
由式（9）可以看出，对于低损耗的全膜电容器其并联等值电阻是相当大的，当在电容器内部并联放电电阻会降低其等值电阻R，从而使电容器的实际损耗和损耗角正切增大。
在实际工作中，如能根据具体情况灵活的使用电容器的串联等值电路和并联等值回路，可以给我们的工作带来方便。
薄膜电容电气参数定义及特性（等效电路，问独特性，绝缘电阻）
1 等效电路及等效参数的特性
薄膜电容一般具有如下的等效电路模式：
C: 标称电容
L: 等效串联电感( 端脚，金属敷片，绕组等所寄生)
ESR ：等效串联电阻（端脚，金属敷片等所致）
IR: 等效并联电阻（决定其绝缘阻抗，电介材料特性）
PR: 电介质极化电阻
△C: 变化之容量（随温度，DC 电压，频率变化而变化）
L 、R 和C 之值随频率不同而不同；IR 指直流电压下的绝缘阻抗值
1.1 ESR 及损耗角特性
在一定频率条件下，等效电路可简化如右图。损耗角定义成阻抗值与容抗值之比。
在远低于谐振频率的范围内（即忽略等效电感Ls ），实际电容器的电压和电流相位会因为ESR 的存还而略微小于90 度。损耗角一般以1KHz 作为测试标准。对于容值小于1uF 的MKT ，MFP ，MKP 类电容还额外进行10KHz 及100KHz 频率处的损耗角测试。
1.1.1 损耗角之频率、温度、湿度及电压（DC ）特性
频率特性：
薄膜类电容的损耗角在高频段一般会随着频率的上升而有不同程度的变大。如下是典型的薄膜电容损耗角频率特性曲线图：
温度特性：
如下右图所示，聚丙烯类（P 类）电介质具有极稳定的温度特性；而聚酯类（N 和T 类）却有较大的温度影响性，并在80degC 附近时具有最小的损耗角。（测试频率1KHz ）
不同电解材质的薄膜电容损耗角温度特征曲线（1KHz ）
湿度及电压（DC ）特性：
损耗角会随湿度的增大而有所增大；但正常工作范围内几乎看不到电压大小变化对损耗角的影响。
1.1.2 ESR 的频率特征
薄膜类电容具有如下右图所示的示意特征曲线：
a) 在低频段，ESR 值随频率的增大呈近似ESR ＝1/f 关系的下降趋势。
b) 在中频段ESR 值具有较平稳的曲线。
C) 在高频段ESR 值随频率的增大呈近似ESR ＝f1/2 关系的增大趋势。
1.2 薄膜电容的绝缘电阻
薄膜电容的绝缘电阻Rins 被定义为电容对DC 电压的阻抗值。其测量值通常是以DC 电压值除以漏电流量而得。IEC 60384-1 对20degC 温度下所施用的电压进行了如下规定，
其它温度下需要乘以如下如下修正因子以得到等同于20degC 参考温度点的量值：
仲裁测试定于20degC 及50 （＋/-2 ）％湿度。
从修正因子可知，同种规格薄膜电容漏电流在低温时会有增大趋势。
对于大于0.33uF 规格的电容，往往以自放电常数作为其绝缘参数：
τ＝Rins × CR （unit:s ）( 例如：τ＝1M Ω× 1uF=1s)
1.2.1 绝缘参数的温度特性
自放电常数－τ（unit:s）的温度特性曲线
薄膜电容器的自感（串联等效电感）Ls
薄膜电容器具有极低的自感值，其由流经金属箔片及连接脚端所感生的磁场造成。故主要由其绕组构成、几何结构及连接脚端长度等决定。一般认为每毫米脚端感生最大1nH 的自感。自感量还可以从电容器的谐振频率计算而得。
薄膜电容器的总阻抗
总阻抗表达式：
阻抗的频率特性：
如下图的阻抗的频率特性曲线表明了薄膜电容总阻抗具有显著的频率变化性。
a) 低频段，容抗占主要影响地位，故总阻抗会随着频率上升而减小.
b) 高频段，感抗占主要影响地位，故总阻抗会随着频率上升而增大。
c) 在中间一频率处（即谐振频率），感抗和容抗相互抵消，总阻抗只剩下量值极小的ESR 。
较大容量的薄膜电容具有更低的谐振频率点，各额定容量薄膜电容的谐振频率关系如下：
谐振频率与容量关系示意曲线
2 容量参数
2.1 额定电容及测试方法
额定电容即电容的设计值，往往标于电容本体。IEC60068 －1 对电容的测量了如下定义:
2.2 容量的温度特性
薄膜电容具有可逆的温度漂移特性。温漂系数（Temperature Coefficient ）α C 定义如下：
C1 ：在温度T1 时测试得到的容量
C2 ：在温度T2 时测试得到的容量
C1 ：在20( ＋/-2)degC 时测试得到的参考容量
决定薄膜电容温漂系数的主要因素有：电介质种类，构造类型及工艺参数。
相对电容变化量的温度系数曲线
在高低温多循环之后薄膜电容的容量会出现一个不可逆的温度漂移（即恢复到参考温度点时容量却不再是原来参考温度时的容量表现）。薄膜电容的这种不可逆温漂往往非常小。
2.3 容量的湿度特性
薄膜电容具有可逆的湿度漂移特性。湿度漂移系数β C 定义如下：
C1 ：在湿度F1 时测试得到的容量
C2 ：在湿度F2 时测试得到的容量
不同电介质具有如下典型的湿度漂移系数
相对电容变化量的湿度曲线
2.4 容量的频率特性
往往以相对容量变化量与频率的关系作为特征曲线
相对容量变化频率特性
聚丙烯（PP ：MKP ，MFP ）在较宽广的范围内具有极小的相对容量变化特性。
聚乙烯对苯二酸盐( 或酯) （PET ：MKT ，MFT ）具有相对较大的负频率相对容量变化特性。
聚乙烯石脑油（PEN ：MKN ）在高频范围时会有极大的正频率相对容量变化特性
损耗因数计量器具检定系统
本国家计量检定系统经国家技术监督局于1990年9月14日批准，并自1991年5月1日起施行。
起草单位：中国计量科学研究院
本检定系统技术条文由起草单位负责解释。
本检定系统主要起草人：
王晓超（中国计量科学研究院）
阮永顺（中国计量科学研究院）
本检定系统规定从国家计量基准器具传递损耗因数量值至工作基准器具、标准计量器具及工作计量器具的传递程序、传递误差和基本的检定方法，还规定了损耗角单位（rad）国家基准器具的任务，基本的计量学特性及其配套的主要测量装置。
一、计量基准器具
1、国家基准
1.1国家基准用于复现和保存损耗角单位，并且通过工作基准器具和标准计量器具向工作计量器具传递损耗角单位或损耗因数量值，以保证全国损耗因数量值测量的准确、一致。
1.2国家基准复现的损耗角单位（或损耗因数量值）应作为全国测量电容性对象损耗因数的依据。
1.3国家基准由下列计量器具组成：
真空可变间隙电容器组（1-10pF，10-100pF，100-1000pF各1只）；
环形交叉电容器；
变压器电桥。
1.4在频率为1kHz（或1.592 kHz），由本基准复现的损耗角范围为1×10-7～1×10-5rad，电容值为1pF，10pF及100pF三个量值。
1.5国家基准复现单位的不确定度（标准偏差σ）为5×10-7rad（对1pF），0.75×10-7rad（对10pF）及0.5×10-7rad（对100pF）。
1.6为了保证以上述准确度复现损耗角单位值，必须遵守按规定程序批准的基准器操作、保管及维护规则。
1.7国家基准用完全替代法向工作基准传递损耗角单位量值。
2、比较基准和工作基准组
2.1选取损耗角小于3μrad，电容标称值为10pF的电容器作为比较基准，使用频率为1kHz（或
1.592kHz）。
2.2比较基准与国家基准比对的标准偏差不大于0.1μrad。
2.3比较基准用于国际比对
2.4工作基准组由下列固定电容器组成：采用损耗因数范围在（1-20）×10-6以内，电容值为1，10，100及1000pF的三端电容器各4只及10000pF三端电容器3只组成工作基准组，其中某一量具可分别应用于50-100Hz，1-10kHz范围。
2.5工作基准与国家基准比较结果的不确定度△（3σ）为（0.3-3）×10-6（置信概率0.99）。
2.6工作基准用比较法检定0.1级损耗因数标准器（单值或多值的）和标准电容器的损耗因数；
用直接测量法检定0.1级交流电桥（必要时应给出不同地1kHz的损耗因数修正值）。
二、计量标准器具
3、计量标准器具的准确度级别分类
按照损耗因数的准确度分类为：0.1，0.2，0.5，1级四个准确度级别。准确度低于1级的为工作计量器具。
4、计量标准器具的基本误差
4.1多值损耗因数标准器和交流电桥，按损耗因数的准确度级别，用公式（1）表示其允许基本误差：
（1）
式中：△--允许的损耗因数绝对误差极限；
B--用百分数表示的损耗因数准确度级别指数；
Dx--损耗因数示值或测量值；
DN--定标值，除非制造厂另有规定，对某一给定的量程的定标值为该量程内最大的10的整数幂，用于规定计量标准器具的准确度；
KD--系数，取10-100，或由制造厂规定，但不得小于10。
4.2不符合式（1）所示基本误差表达式的计量器具，则应逐盘（或分段）计算出各示值的误差，不能用统一的准确度级别指数表示。
4.3对于单值损耗因数标准器和标准电容器的损耗因数值的基本误差，用绝对误差表示，暂不按准确度的级别分类。
5、计量标准器具的量值范围
损耗因数计量标准器具复现的损耗因数量值范围为D=1×10-5～1，根据需要和可能，制造厂可扩大或缩小该量值范围。损耗因数标准器大部分均为电容器和电阻器组合而成一整体，所用电容元件的电容值可在1pF-100μF范围内任选1个或几个标称值。电容值超出此范围时，暂由制造厂规定。
6、损耗因数计量标准器具使用频率范围
损耗因数计量标准器具规定在1kHz或50Hz下检定和校准。在其标称使用频率范围内使用并加修正值（或修正公式）后，允许附加变差应不大于其允许的基本误差。否则应在各使用频率下进行检定并给出各频率下D值。
7、检定传递的不确定度规定
被测损耗因数D≤1×10-4时，允许采用准确度高1级的计量标准器具，使测量不确定度为被测器具允许基本误差的0.5倍。当被测损耗因数D＞1×10-4时，须采用准确度级别高两级的计量标准器具，使测量不确定度为被测器具允许基本误差的0.33倍。
8、损耗因数计量标准器具实际值（证书值）的年变化应小于其允许误差极限。
9、工频高压标准电容器的损耗因数
对于1-104pF的工频高压（≤1kV）标准电容器的损耗因数值，可采用实测其介质损耗因数电压系数的方法，由低压标准电容器传递至高压标准电容器。
9.1工频高压电容器损耗因数的电压系数用直接测量法测定，其不确定度为（3-5）×10-6。
9.2工频高压标准电容器损耗因数的允许绝对误差△=（1-10）×10-5。
9.3工频高压标准电容器用比较法检定电力容器或绝缘材料的介质损耗因数。
三、工作计量器具
10、损耗因数工作计量器具的准确度级别分为2，5和10三级。
10.1工作计量器具测量（或给定）损耗因数的范围为1×10-4～10，电容范围为1pF-1mF，对＞1mF电容值的容性元件暂不规定，由制造厂给出技术要求。
10.2工作计量器具的使用频率范围为40Hz-100kHz，也可以只选取其中1-2个固定频率点，如50 Hz，100 Hz，1 kHz或10 kHz。
10.3在遵守生产厂规定的使用、保存条件下，在一年内（或检定周期内）应符合准确度级别规定的基本误差极限。
四、损耗因数计量器具检定系统框图
11、损耗因数计量器具国家检定系统表分成计量基准器具、计量标准器具和工作计量器具三部分。
11.1各符号的意义：
σ--标准偏差；
γ--年稳定度；
Δ--绝对误差极限，置信度为99%（3σ）。
11.2计量标准器具只示出0.1级与0.5级两级，而0.2级与1级未画出，原则上0.2级亦由工作基准组传递，即应采用高两级的标准器具。0.2级用于检定1级标准器具。
电容器有陶瓷、电解、钽电解、聚脂膜、聚丙烯和纸介电容等。
电容器的主要电参数特性：
标称容量及允许偏差。电容器上的标值为标称容量。对于不同量级电容器的允许偏差均有相应的规定。电容量的频率特性：随频率上升，普通电容量器的电容量呈下降趋势。
容量的温度特性：对于有温度特性要求和温度稳定性较好的电容器，如云母、玻璃釉、聚苯乙烯、特种复合膜电容、瓷介I型等，通常用容量温度系数表示它的特性。但对于瓷介II型、纸介及纸介金属化、涤纶、电解电容器等，通常用容量温度变化百分率表示。
电容器的额定电压。指最低环境温度和额定环境温度之间的任一温度下，连续加在电容器上的最高直流电压或交流电压的有效值。通常电容器的工作电压以直流为基础，如果施加的为脉动电压，应远低于换算后标称直流电压，它将随交流分量频率的增高而递减。同时考虑到功率损耗的增加会直接影响电容器的使用寿命，为此交流分量的允许值都选得比较低，要求交流分量与直流分量的和不得超过标称额定电压。为了确保电容器质量，还规定电压考核参量：即电容器的击穿电压和试验电压，作为产
品出厂前的标准检测项目之一。
电容器的漏电流
电容器的绝缘电阻：当直流电压加到电容器上并产生漏电流时，两者之比称为它的绝缘电阻。绝缘电阻的大小主要取决于介质体积、漏导电阻和表面漏导电阻。
电容器的时间常数；为了正确地评价大容量电容器的绝缘质量，利用和电容器几何尺寸与形态无关的参量为绝缘电阻。
电容器损耗角，又称损耗因数。电容器在电场作用下，所储存或传递的一部分电能转变成热能称为损耗，它会使电容器发热，引起温度升高。由此可见，损耗愈大，则发热愈严重，所以说电容器损耗技术指标是徇其品质优劣的重要标志。
通常在直流电场作用下，电容器损耗是以漏导损耗形式存在的，因此较小。当在交流电场作用下，则影响因素较多，此时电容器损耗不仅与漏导有关，而且还与周期性的极化建立过程有关。
一般电容器的损耗角正切，用有功损耗功率与无功损耗功率之比来表示。
电容器的损耗功率P=U2ωCtgδ不仅与损耗角有关，而且与外加电压和电容量以及频率有关。一旦容量、频率和外加电压为定值后，则损耗角成为决定因素。
电容器损耗主要是由于介质损耗和电导损耗以及它的所有金属部分电阻（包括引脚电阻和接触电阻）损耗所造成。
工频耐受电压即工频耐压,是电气绝缘(或材料)在额定工作频率下所能承受的电压。
工频过电压就是频率为50Hz的过电压，区别于谐振、操作、雷电过电压。
工频过电压的形成，主要是以下原因：
1.空载长线路的电容效应；
2.不对称短路引起的非故障相电压升高；
3.甩负荷引起的工频电压升高。谐振过电压是在开关操作或故障所引起的过渡过程的作用下，系统的某些部分形成自振回路，其频率与电网频率满足一定关系，而发生谐振，所引起的周期性过电压。谐振过电压可分线性谐振过电压、参数谐振过电压和铁磁谐振过电压。
铁磁谐振有并联铁磁谐振和串联铁磁谐振两种，所谓并联铁磁谐振是指在中性点不接地系统中，母线系统的对地电容与母线电压互感器的电感组成谐振回路；所谓串联铁磁谐振是指在中性点直接接地系统的母线系统中，断路器断口均压电容与母线电压互感器的电感组成谐振回路
50Hz 工频电路中使用的普通电容器，其脉动电压频率仅为100Hz，充放电时间是毫秒数量级。为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万μF，因此普通低频电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。当选用开关电源时，输出滤波电解电容器其锯齿波电压频率高达数10kHz，甚至是数10MHz，这时电容量并不是其主要指标，衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性，要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。当选用低频电路电动工具移相启动时是根据所选额定工况下额定频率f的2～（2+1.414）fe倍。
电容器能量损耗说明
电容器能量损耗说明 电容器能量的损耗分为介质损耗和金属损耗两部分。介质损耗包括介质的漏电流所引起的电导损耗以及介质极化引起的极化损耗等。金属损耗包括金属极板和引线端的接触电阻引起的损耗。由于各种金属材料的电阻率不同，金属损耗随频率和温度增高而增大的程度也不同。电容器在高频电路中工作时，金属损耗占的比例很大。 由于电容器损耗的存在，使加在电容器上的正弦交流电压，与通过电容器的电流之间的相位差不是π/2 ，而是稍小于π/2 ，形成了偏离角δ.δ称为电容器的损耗角。 电容器损耗因数是衡量电容器品质优劣的重要指标之一。各类电容器都规定了在某频率范围内的损耗因数允许值.在选用脉冲、交流、高频等电路使用的电容器时应考虑这一参数。电容器的损耗是电容器的一个非常重要的指标，是衡量电容器品质的重要标志，决定着电容的使用寿命和电容器在电路中的作用效果。 定义：电容器在工作过程因发热而消耗的能量叫电容器的损耗。 电容器的能量损耗来自两方面：介质损耗与金属损耗介质损耗包括 1、介质漏电流引起的电导损耗 2、介质极化引起的极化损耗 金属损耗包括 1、金属极板与引出线接触电阻产生的损耗 2、金属极板电阻产生的损耗 3、引出线电阻产生的损耗 金属损耗随频率和温度的增高而增大，在高频电路工作时，金属损耗占的损耗比例会很高，这点在电容器应用及生产工艺上特别注意。
由于电容器损耗的存在，使加在电容器的电压与电流之间的夹角（相位角）不是理想的90度，而是偏离了一个δ度，这个δ角就称为电容器的损耗角。习惯上以损耗角正切值表示电容器的损耗，实际就是电容器消耗的无功功率，于是也可以这样定义： 电容器的损耗也指电容器在电场作用下，消耗的无功功率与消耗的总功率的比值 其表示式为：电容器损耗角正切值=无功功率÷总功率 或电容器损耗角正切值=无功功率×100÷总功率(得出的值为百分比） 式中，总功率=无功功率+有功功率 有功功率=I有功平方×xc 无功功率=I总平方×R=（I漏+ I有功）平方×R R=金属极板与引出线接触电阻+金属极板电阻+引出线电阻。 本方编辑出自东莞智旭电子工程部
电解电容参数特性
电解电容器的参数特性 上海BIT-CAP技术中心2.1容量 2.1.1标称容量（C R） 电容器设计所确定的容量和通常在电容器上所标出的电容量值。 2.1.2容量公差 容量偏差是指电容器的实际容量离开标称容量的范围，容量偏差一般会标示在出货检验单上和包装箱盒贴上。YM产品的容量公差为±20%。 2.1.3容量偏差等级 为了保证每批电容器容量的一致性，保证客户装在同一台机器上的所有电容器之间的容量偏 差在。特别为每一个电容器贴上表示容量偏差的标签。客户在装机时选用同一标签的电容器装在一台设备内，这样能够有效的保证了同一台设备内的电容器容量的一致性。偏差等级见表1。 容量等级代码容量偏差 D-20%≤Cap＜-15% C-15%≤Cap＜-10% B-10%≤Cap＜-5% A-5%≤Cap＜0 E0≤Cap＜5% F5%≤Cap＜10% G10%≤Cap＜15% H15%≤Cap≤20% 表1容量偏差等级表 2.1.4容量的温度特性 电解电容的容量不是所有的工作温度下都是常量，温度对容量的影响很大。温度降低时，电解液的粘性增加，导电能力下降，容量下降。
图4容量温度特性（测试频率120Hz ） 2.1.5 容量的频率特性 电解电容器的容量决定于温度，还决定于测试频率。容量频率关系：C 代表容量，单位F f 代表频率，单位Hz z 代表阻抗，单位Ω 图5容量频率特性曲线（测试温度20℃） 2.1.6频繁的电压波动及充放电 频繁的电压波动及充放电都会导致容量下降，为了应对频繁的电压波动及充放电的使用条件，特别设计了ER6系列产品（充放电应对品）。详细情况请联系我们。2.2损耗角的正切值tan δ 用于脉动电路中的铝电解电容器，实际上要消耗一部分的有功功率，这可以用损耗角的正切值来表征。损耗角的正切值为在正弦电压下有功功率与无功功率的比值。对于电解电容器较常采用的等效电路，如图6，则损耗角的正切值为： 图6等效串联电路图
变压器损耗分为铁损和铜损
变压器损耗分为铁损和铜损,铁损又叫空载损耗,就是其固定损耗,实是铁芯所产生的损耗(也称铁芯损耗,而铜损也叫负荷损耗,1、变压器损耗计算公式（１）有功损耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ -------（１） （２）无功损耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ -------（２） （３）综合功率损耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ ----（３） Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ 式中：Ｑ０——空载无功损耗（ｋｖａｒ） Ｐ０——空载损耗（ｋＷ） ＰＫ——额定负载损耗（ｋＷ） ＳＮ——变压器额定容量（ｋＶＡ） Ｉ０％——变压器空载电流百分比。 ＵＫ％——短路电压百分比 β——平均负载系数 ＫＴ——负载波动损耗系数 ＱＫ——额定负载漏磁功率（ｋｖａｒ） ＫＱ——无功经济当量（ｋＷ／ｋｖａｒ） 上式计算时各参数的选择条件： （１）取ＫＴ＝１.０５； （２）对城市电网和工业企业电网的６ｋＶ～１０ｋＶ降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ； （３）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝２０％；对于工业企业，实行三班制，可取β＝７５％； （４）变压器运行小时数Ｔ＝８７６０ｈ，最大负载损耗小时数：ｔ＝５５００ｈ； （５）变压器空载损耗Ｐ０、额定负载损耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，见产品资料所示。 2、变压器损耗的特征 Ｐ０——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗； 磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。 涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。 ＰC——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。 负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。 变压器的全损耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC 变压器的损耗比=ＰC /Ｐ０ 变压器的效率=ＰＺ/（ＰＺ+ΔＰ），以百分比表示；其中ＰＺ为变压器二次侧输出功率。一、变损电量的计算：变压器的损失电量有铁损和铜损两部分组成。铁损与运行时间有关，铜损与负荷大小有关。因此，应分别计算损失电量。1、铁损电量的计算：不同型号和容量的铁损电量，计算公式是： 铁损电量（千瓦时）=空载损耗（千瓦）×供电时间（小时） 配变的空载损耗（铁损），由附表查得，供电时间为变压器的实际运行时间，按以下原则确定：
损耗的说明
在电子电路中，退耦是什么意思？有起滤波作用的所谓滤波电阻吗？ 所谓退耦，既防止前后电路网络电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。换言之，退耦电路能够有效的消除电路网络之间的寄生耦合。 退耦滤波电容的取值通常为47~200μF，退耦压差越大时，电容的取值应越大。所谓退耦压差指前后电路网络工作电压之差。 如下图为典型的RC退耦电路，R起到降压作用： 大家看到图中，在一个大容量的电解电容C1旁边又并联了一个容量很小的无极性电容C2 原因很简单，因为在高频情况下工作的电解电容与小容量电容相比，无论在介质损耗还是寄生电感等方面都有显著的差别（由于电解电容的接触电阻和等效电感的影响，当工作频高于谐振频率时，电解电容相当于一个电感线圈，不再起电容作用）。在不少典型电路，如电源退耦电路，自动增益控制电路及各种误差控制电路中，均采用了大容量电解电容旁边并联一只小电容的电路结构，这样大容量电解电容肩负着低频交变信号的退耦，滤波，平滑之作用；而小容量电容则以自身固有之优势，消除电路网络中的中，高频寄生耦合。在这些电路中的这一大一小的电容均称之为退耦电容。 还有些电路存在一些设置直流工作点的电阻，为消除其对于交流信号的耦合或反馈作用就需要在其上并联适当的电容来减少对交流信号的阻抗。这些电容均起到退耦作用称之为退耦电容。 什么是旁路电容、去耦电容、滤波电容?作用是什么? 滤波电容——用在电源整流电路中，用来滤除交流成分，使输出的直流更平滑。 去耦电容——用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。 旁路电容——用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。 去耦电容的作用：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面 特别有用。 旁路电容的作用：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。
关于介质损耗的一些基本概念
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 第31卷 第6期2010年12月 电力电容器与无功补偿 Pow er Capac itor&R eactive Pow er Compensa ti on V o.l31N o.6 D ec.2010 收稿日期:2010 06 02 作者简介:刘尔宁(1979 ),女,助理工程师,主要从事电力电容器工艺技术工作。设计与研究 电容器损耗测量误差及其分析 刘尔宁 (西安西电电力电容器有限责任公司,陕西西安710082) 摘 要:对于原材料介质相同,在同一真空罐内进行真空干燥浸渍处理的几种电压等级、容量相同的电容器,做出厂试验时,损耗角正切tan 测量值相差较大,对引起电容器损耗角正切tan 测量误差的原因进行分析,提出了改进措施。 关键词:电容器; 损耗测量; 误差; 分析 中图分类号:T M531.4 文献标识码:B 文章编号:1674 1757(2010)05 0029 03 LossM easure m ent Error and A nalysis of C apacit or LIU E r ning (X i an the E lectr i c Po w er Capacito r Co.,Ltd.,X i an710082,Ch i n a) Abst ract:Fo r the capac itors,w hich w ith sa m e m ed i u m for ra w m aterials,several vo ltage grades, sa m e capac ity,and i m pregnated in the sa m e vacuum,duri n g its rou ti n e tes,t the d ifference of the loss tangentm easured va l u e is h i g h.The reasons,wh ich causes the tan m easure m en t error o f ca pacito r,is analyzed,and t h e i m prove m ent m easures is pr oposed. K eyw ords:capacito r;l o ss m easure m en;t error;ana l y sis 0 引言 电力电容器介质损耗角正切值(以下简称电容器tan )是电力电容器的重要质量指标之一,电容器tan 的测量对于判断电容器设备的绝缘状况是比较有效的方法。 电容器tan 是在交流电压作用下,电介质中的电流有功分量与无功分量的比值。在一定的电压和频率下,他反映电介质内单位体积中能量损耗的大小,他与电介质的体积尺寸大小无关。因此,较准确测量电容器tan 数值,能直接了解电容器内部介质绝缘情况。 1 电容器tan 的分析 电容器tan 与电容器的电导损耗、电介质损耗以及介质的极化损耗等有关[1 3]。电介质损耗包括固体介质损耗以及液体浸渍剂的损耗;电导损耗主要取决于电容器内部的金属导体,如连接片、内熔丝和放电电阻等,以及相互连接锡焊处的接触电阻;介质的极化损耗主要包括介质内部杂质离子的极化损耗。 由上述分析可知,电容器介质损耗(如聚丙烯薄膜、浸渍剂等)基本上是由原材料决定的;电导损耗与设计参数选择有一定关系;而锡焊连接、浸渍剂的净化处理和除去介质材料中的水分,以及制造过程中各种杂质的污染等,均与制造过程的质量控制有直接关系,尤其是电容器真空干燥处理的效果直接影响电容器损耗(tan )。 但同一时期生产的各种电容器,原材料介质相同,在同1个真空罐内处理的几种电压等级的电容器(容量基本相同),在出厂试验时发现电容器tan 测试值相差较大[4 6]。例如型号为 变压器损耗原理及计算方法 变压器的损耗分为铁损和铜损,铁损又叫空载损耗,就是其固定损耗,实是铁芯所产生的损耗(也称铁芯损耗,而铜损也叫负荷损耗,1、变压器损耗计算公式（１）有功损耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ-------（１） （２）无功损耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ-------（２） （３）综合功率损耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ----（３） Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ 式中：Ｑ０——空载无功损耗（ｋｖａｒ） Ｐ０——空载损耗（ｋＷ） ＰＫ——额定负载损耗（ｋＷ） ＳＮ——变压器额定容量（ｋＶＡ） Ｉ０％——变压器空载电流百分比。 ＵＫ％——短路电压百分比 β——平均负载系数 ＫＴ——负载波动损耗系数 ＱＫ——额定负载漏磁功率（ｋｖａｒ） ＫＱ——无功经济当量（ｋＷ／ｋｖａｒ） 上式计算时各参数的选择条件： （１）取ＫＴ＝１.０５； （２）对城市电网和工业企业电网的６ｋＶ～１０ｋＶ降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ； （３）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝２０％；对于工业企业，实行三班制，可取β＝７５％； （４）变压器运行小时数Ｔ＝８７６０ｈ，最大负载损耗小时数：ｔ＝５５００ｈ； （５）变压器空载损耗Ｐ０、额定负载损耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，见产品资料所示。 2、变压器损耗的特征 Ｐ０——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗； 磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。 涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。 ＰC——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。 负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。 变压器的全损耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC 变压器的损耗比=ＰC/Ｐ０ 变压器的效率=ＰＺ/（ＰＺ+ΔＰ），以百分比表示；其中ＰＺ为变压器二次侧输出功率。一、变损电量的计算：变压器的损失电量有铁损和铜损两部分组成。铁损与运行时间有关，铜损与负荷大小有关。因此，应分别计算损失电量。 1、铁损电量的计算：不同型号和容量的铁损电量，计算公式是： 电力电容器的损耗、损耗角正切和等值电路 电力电容器是一种实际电容器、不是理想电容器，在外施交流电压的作用下，除了会输出一定容量的无功功率Q之外，在电容器的内部介质中、在电容器的极板（铝箔）中、引线等导体中，以及在瓷瓶间的漏泄电流等都会产生一定的有功损耗功率P。通常把电容器的有功功率P与无功功率Q 的比值称做为该电容器的损耗角正切，并用下式表示： 式中：tanδ—电容器的损耗角正切（％）； P—电容器的有功功率（W）； Q—电容器的无功功率（var） 正因为电力电容器不是理想电容器，所以通常要用一个等值电路来表示。 （1）串联等值电路 在此等值电路中，理想电容器C产生的无功功率为： 式中：Q C—电容器的无功功率（var）； X C—电容器C的容抗（Ω）； I C—流过电容器的电流（A） 而在此电路中由电阻r产生电容器的损耗功率为： 式中：P r—由r产生的等值损耗功率I r—流经等值电阻r的电流由式（1）、（2）、（3）可得： 由式（6）可知，当tanδ值很小（例如全膜电容器），X C也很小时（例如大容量集合式电容器），其等值串联电阻也十分微小（通常只有10－3～10－4Ω）。所以在测量大容量全膜介质电容器时，一定要尽一切可能降低测量回路中的接触电阻和导线电阻，以减小测量误差。 （2）并联等值电路 电力电容器除了可用图1所示的串联等值电路来表示外，也可用图2所示的并联等值电路来表示。由图2可得： 式中：U R—等值电路两端的电压（V）； U C—理想电容器两端的电压（V）； X C—电容器的容抗（Ω） 从图2中可知：U R＝U C，所以 由式（9）可以看出，对于低损耗的全膜电容器其并联等值电阻是相当大的，当在电容器内部并联放电电阻会降低其等值电阻R，从而使电容器的实际损耗和损耗角正切增大。 在实际工作中，如能根据具体情况灵活的使用电容器的串联等值电路和并联等值回路，可以给我们的工作带来方便。 薄膜电容电气参数定义及特性（等效电路，问独特性，绝缘电阻） 1 等效电路及等效参数的特性 薄膜电容一般具有如下的等效电路模式： C: 标称电容 L: 等效串联电感( 端脚，金属敷片，绕组等所寄生) 变压器损耗 分为铁损和铜损,铁损又叫空载损耗,就是其固定损耗,实是铁芯所产生的损耗(也称铁芯损耗,而铜损也叫负荷损耗, 1、变压器损耗计算公式 （１）有功损耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ -------（１） （２）无功损耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ -------（２） （３）综合功率损耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ ----（３）Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ 式中：Ｑ０——空载无功损耗（ｋｖａｒ） Ｐ０——空载损耗（ｋＷ） ＰＫ——额定负载损耗（ｋＷ） ＳＮ——变压器额定容量（ｋＶＡ） Ｉ０％——变压器空载电流百分比。 ＵＫ％——短路电压百分比 β——平均负载系数 ＫＴ——负载波动损耗系数 ＱＫ——额定负载漏磁功率（ｋｖａｒ） ＫＱ——无功经济当量（ｋＷ／ｋｖａｒ） 上式计算时各参数的选择条件： （１）取ＫＴ＝１.０５； （２）对城市电网和工业企业电网的６ｋＶ～１０ｋＶ降压变压器取 系统最小负荷时，其无功当量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；（３）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝２０％；对于工业企业，实行三班制，可取β＝７５％； （４）变压器运行小时数Ｔ＝８７６０ｈ，最大负载损耗小时数：ｔ＝５５００ｈ； （５）变压器空载损耗Ｐ０、额定负载损耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，见产品资料所示。 2、变压器损耗的特征 Ｐ０——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗； 磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。ＰC——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。 负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。 变压器的全损耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC 变压器的损耗比=ＰC /Ｐ０ 变压器的效率=ＰＺ/（ＰＺ+ΔＰ），以百分比表示；其中ＰＺ为变压器二次侧输出功率。一、变损电量的计算：变压器的损失电量有铁损和铜损两部分组成。铁损与运行时间有关，铜损与负荷大小有关。因此，应分别计算损失电量。 什么是电容器损耗角正切值 正如名词本身“电容损耗角正切值”，就是电容的电损耗的比例；如果对一个电容加上一个电压，除了对电容充电的电流外还有漏掉的电流（电容的漏电流），漏电流被消耗成了热能，因此表示为电阻上的电流。漏电流与纯电容的充电电流之比就是电容损耗角正切值（注意：理论上纯粹的电容是不耗电功率的）。我们国家对于浸渍全纸介质单元，其值应不大于0.0040；对于浸渍纸膜复合介质单元，其值应不大于0.0022；其值对于浸渍全膜介质单元，应不大于0.0015. 单元在其电介质允许最高运行温度下的损耗角正切值应不超过上述相应的规定值。 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。 变压器的损耗计算分析 在电力系统中变压器是利用效率最高的电气设备之一，一般中、小变压器都可达96~98％。在电力系统中，累积变压器的总损耗可占20~25％。 （一）变压器的空载损耗 此损耗包括铁芯中磁滞和涡流损耗及空载电流在初级线圈电阻上的损耗，前者称为铁损后者称为铜损。由于空载电流很小，后者可以略去不计，因此，空载损耗基本上就是铁损。 影响铁损的因素很多，以数学式表示，则 式中P n、P w——表示磁滞损耗和涡流损耗 k n、k w——常数 f——变压器外施电压的频率赫 B m——铁芯中最大磁通密度韦／米2 n——什捷因麦兹常数，对常用的硅钢片，当B m=（1．0～1．6）韦／米2时，n≈2，对目前使用的方向性硅钢片，取2．5～3．5。 根据变压器的理论分析，科假定初级感应电势为E1（伏），则： E1=K f B m（2） K为比例常数，由初级匝数及铁芯截面积而定，则铁损为： 由于初级漏阻抗压降很小，若忽略不计， E1=U1 （4） 可见，变压器的铁损与外施电压有很大关系如果电压V为一定值，则铁损不变，（因为f不变），又因为正常运行时U1=U1N，故空载损耗又称不变损耗．如果电压波动，则空载损耗即变化。 （二）负载损耗 此损耗是指变压器初、次级线圈中电流在电阻上产生的铜损耗及励磁电流在励磁电阻上产生的铁损耗。当电流为额定电流时，后者很小，可以不计，故主要是电流在初、次级线圈电阻上的铜损。 对三相变压器在任意负载时，铜耗表达式： 式中I1——初级线圈的负载电流 I2’——次级线圈折算到初级的电流 R1——初级线圈的电阻 R2’——次级线圈折算得初级的电阻 由上式可见，变压器的铜损和负载电流的平方成正比。考虑到负载运行时，负载电流的变化，故此损耗又称可变损耗。 若令β表示负载系数,即 则铜损 式中～线圈电流为额定值时的铜损。 （三）附加损耗 此损耗包括附加铁损及附加铜损，由于这两种损耗数量很小，又难以测定，可以不计。总之，变压器的损耗主要是不变损耗和可变损耗。 变压器的效率，其计算公式 如果负载的性质一定，令φ2表示功率因数角，则在额定电压下，三相变压器输出功率 S N——变压器的额定容量。输入功率，可根据功率平衡得到 （8）式表明变压器的效率和其额定容量初、负载的性质与大小以及变压器本身的损耗有关。 电介质在交变电场作用下，所积累的电荷有两种分量：(1)有功功率。一种为所消耗发热的功率，又称同相分量；(2)无功功率，又称异相分量。异相分量与同相分量的比值即称为介质损耗。 通常用正切tanδ表示。tanδ=1/WCR(式中W为交变电场的角频率；C为介质电容；R为损耗电阻)。介电损耗角正切值是无量纲的物理量。可用介质损耗仪、电桥、Q表等测量。对一般陶瓷材料，介质损耗角正切值越小越好，尤其是电容器陶瓷。仅仅只有衰减陶瓷是例外，要求具有较大的介质损耗角正切值。橡胶的介电损耗主要来自橡胶分子偶极化。在橡胶作介电材料时，介电损耗是不利的；在橡胶高频硫化时，介电损耗又是必要的，介质损耗与材料的化学组成、显微结构、工作频率、环境温度和湿度、负荷大小和作用时间等许多因素有关。 电介质损耗（dielectric losses ）：电介质中在交变电场作用下转换成热能的能量。这些热会使电介质升温并可能引起热击穿，因此，在电绝缘技术中，特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合，应尽量采用介质损耗因数（即电介质损耗角正切tgδ，它是电介质损耗与该电介质无功功率之比）较低的材料。但是，电介质损耗也可用作一种电加热手段，即利用高频电场（一般为0.3～300 兆赫）对电介质损耗大的材料（如木材、纸、陶瓷等）进行加热。这种加热由于热量产生在介质内部，比外部加热的加热速度快、热效率高，且加热均匀。频率高于300兆赫时，达到微波波段，即为微波加热（家用微波炉即据此原理）。 电介质损耗按其形成机理可分为弛豫损耗、共振损耗和电导损耗。前两者分别与电介质的弛豫极化和共振极化过程有关。对于弛豫损耗，当交变电场的频率ω＝1／τ时，介质损耗达到极大值，τ为组成电介质的极性分子和热离子的弛豫时间。对于共振损耗，当电场频率等于电介质振子固有频率（共振）时，损失能量最大。电导损耗则是由贯穿电介质的电导电流引起，属焦耳损耗，与电场频率无关。 电容介质损耗和电流电压相位角之间的关系 又称介电相位角。反映电介质在交变电场作用下，电位移与电场强度的位相差。在交变电场作用下，根据电场频率、介质种类的不同，其介电行为可能产生两种情况。对于理想介质电位移与电场强度在时间上没有相位差，此时极化强度与交变电场同相位，交流电流刚好超前电压π/2。对于实际介质而言，电位移与电场强度存在位相差。此时介质电容器交流电流超前电压的相角小于π/2。由此，介质损耗角等于π/2与介质电容器交流电流超差电压的相角之差。 介质损耗角是在交变电场下，电介质内流过的电流向量和电压向量之间的夹角（即功率向量角ф）的余角δ，简称介损角。介质损耗角（介损角）是一项反映高压电气设备绝缘性能的重要指标。介损角的变化可反映受潮、劣化变质或绝缘中气体放电等绝缘缺陷，因此测量介损角是研究绝缘老化特征及在线监测绝缘状况的一项重要内容。 介质损耗检测的意义及其注意问题 （1）在绝缘设计时，必须注意绝缘材料的tanδ 值。若tanδ 值过大则会引起严重发热，使绝缘加速老化，甚至可能导致热击穿。而在直流电压下，tanδ 较小而可用于制造直流或脉冲电容器。 介质损耗角正切值的在线监测 绝缘在线监测损耗因数tgδ的方法很多，如电桥法、全数字测量法等，常用的方法是监测绝缘体的泄漏电流及PT信号，通过计算泄漏电流和电压的相角差而得到介质损耗角正切值tgδ的数值。其测量原理大都使用硬件鉴相及过零比较的方法。目前的绝缘在线监测产品基本都是用快速傅立叶变换（FFT）的方法来求介损。取运行设备PT的标准电压信号与设备泄漏电流信号直接经高速A/D采样转换后送入计算机，通过软件的方法对信号进行频谱分析，仅抽取50Hz的基本信号进行计算求出介损。这种方法能消除各种高次谐波的干扰，测试数据稳定，能很好地反映出设备的绝缘变化。但由于绝缘体的泄漏电流非常微弱，而且现场的干扰较大，要准确监测绝缘体的泄漏电流比较困难。因此，要实现绝缘损耗因数tgδ的在线监测，必须解决微弱电流的取样及抗干扰问题。 一、电桥法 电桥法在线监测tgδ的原理图如4-2所示，由电压互感器带来的角差，可通过RC移相电路予以校正。然而角差会随负载大小等因素的影响有所变动，所以校正也不可能是很理想的。电桥中R3，C4的调动可以手动，也可以自动。由于是有触头的调节，为了长年的使用，必须选择十分可靠的R3，C4可调节元件。 电桥法的优点是，它的测量与电源波形及频率不相关；其缺点是，由于R3的接入，改变了被测设备原有的状态。为了安全，还要装有周密的保护装置。 图4-2 电桥法在线监测tgδ原理图 C x——试品；C0——标准电容器；PT——电压互感器；G——指零仪 二、全数字测量法 全数字测量法又称数字积分法，这是一种用A/D转换器分别对电压和电流波形进行数字采集，然后根据傅里叶分析法的原理进行的数字运算，最终可以求得tgδ值。 被测设备的电压信号由同相的电压互感器PT提供，或再经电阻分压器输出。电流信号由电容式套管末屏C x2接地线或设备接地线上所环绕的低频电流传感器CT获得。由后者把电流信号转换为电压信号。这种CT需要特殊设计，以使所产生的角差极小。由于获取电流 电容和介质损耗测量 一试验目的 测量介质损耗的目的是判断电气设备的绝缘状况。测量介质损耗因数在预防性试验中是不可缺少的项目。因为电气设备介质损耗因数太大，会使设备绝缘在交流电压作用下，许多能量以热的形式损耗，产生的热量将升高电气设备绝缘的温度，使绝缘老化，甚至造成绝缘热击穿。绝缘能力的下降直接反映为介质损耗因数的增大。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。所以，在出厂试验时要进行介质损耗的试验，运行中的电气设备亦要进行此种试验。测量介质损耗的同时，也能得到试品的电容量。电容量的明显变化，反映了多个电容中的一个或几个发生短路、断路。 二概念及原理 介质损耗是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。 在交流电压作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角为功率因数角(Φ)，而余角(δ)简称介损角。 介质损耗正切值δ 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（δ tg）的测量在电气设备制造、绝缘材料电气性能的鉴定、绝缘的试验等都是不可缺少的。因为测量绝缘介质的δ tg值是判断绝缘情况的一个较灵敏的试验方法。在交流电压作用下，绝缘介质不仅有电导的损耗，还有极化损耗。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： 合成，因此： 总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流I R 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。有的介损测试仪习惯显示功率因数(PF:cos Φ)，而不是介质损耗因数(DF:tgδ)。一般cosΦ 什么是 正如名词本身“电容损耗角正切值”，就是电容的电损耗的比例； 如果对一个电容加上一个电压，除了对电容充电的电流外还有漏掉的电流（电容的漏电流），漏电流被消耗成了热能，因此表示为电阻上的电流。漏电流与纯电容的充电电流之比就是电容损耗角正切值（注意： 理论上纯粹的电容是不耗电功率的）。 我们国家对于浸渍全纸介质单元，其值应不大于0.0040；对于浸渍纸膜复合介质单元，其值应不大于0.0022；其值对于浸渍全膜介质单元，应不大于 0.0015。 单元在其电介质允许最高运行温度下的损耗角正切值应不超过上述相应的规定值。 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。 介质损耗角正切值的测量 一．实验目的： 学习使用QS1型西林电桥测量介质损耗正切值的方法。 二．实验项目： 1．正接线测试 2．反接线测试 三．实验说明： 绝缘介质中的介质损耗（P=ωC u2 tgδ）以介质损耗角δ的正切值(tgδ)来表征, 介质损耗角正切值等于介质有功电流和电容电流之比。用测量tgδ值来评价绝缘的好坏的方法是很有效的，因而被广泛采用，它能发现下述的一些绝缘缺陷： 绝缘介质的整体受潮； 绝缘介质中含有气体等杂质； 浸渍物及油等的不均匀或脏污。 测量介质损耗正切值的方法较多，主要有平衡电桥法（QS1），不平衡电桥法及瓦特表法。 目前，我国多采用平衡电桥法，特别是工业现场广泛采用QS1 型西林电桥。这种电桥工作电压为10Kv，电桥面板如图2-1 所示，其工作原理及操作方法简介如下： ⑴．检流计调谐钮⑵．检流计调零钮 ⑶．C4电容箱（tgδ）⑷．R3电阻箱 ⑸．微调电阻ρ（R3桥臂）⑹．灵敏度调节钮 ⑺．检流计电源开关⑻．检流计标尺框 ⑼．+tgδ/-tgδ及接通Ⅰ/断开/接通Ⅱ切换钮 ⑽．检流计电源插座 ⑾．接地 ⑿．低压电容测量 ⒀．分流器选择钮 ⒁．桥体引出线 图2-1 QS1西林电桥面板图 1． 工作原理： 原理接线图如图2-2所示，桥臂BC 接入标准电容C N （一般C N =50pf ），桥臂BD 由固定的无感电阻R 4和可调电容C 4并联组 成，桥臂AD 接入可调电阻R 3，对角线AB 上接入检流计G ，剩下一个桥臂AC 就接被试品C X 。 高压试验电压加在CD 之间，测量时只要调节R 3和C 4就可使G 中的电流为零，此时电桥达到平衡。由电桥平衡原理有： 图2-1 QS1西林电桥面板图 BD CB AD CA U U U U = 即： BD CB AD CA Z Z Z Z = （式2-1） 各桥臂阻抗分别为： X X X X CA R C j R Z Z ?+= =?1 44441R C j R Z Z BD ?+= =? 33R Z Z AD == N N CB C j Z Z ?1 = = 将各桥臂阻抗代入式2-？，并使等式两边的实部和虚部分别相等，可得： 3 4 R R C C N X ? = 44R C tg ??=?δ （式2-2） 在电桥中，R 4的数值取为=10000/π=3184（Ω），电源频率ω=100π，因此： tg δ= C 4（μf ） （式2-3） 即在C 4电容箱的刻度盘上完全可以将C 4的电容值直接刻度成tg δ值（实际上是刻度成tg δ（%）值），便于直读。 薄膜电容器损耗的频率特性 摘要：高频损耗是薄膜电容器的一个重要的指标，它直接影响整机的可靠性。文章介绍了电容器损耗的概念、损耗的组成、外界因素对损耗的影响；本文运用试验数据说明薄膜电容器的高频损耗随测试频率的增加而增加，两者之间不是线性关系；通过对薄膜电容器生产过程的分析，指出了高频损耗产生的原因以及应采取的措施，并运用0.618法和正交试验法确定了重要工序的主要参数。 关键词：电容器；电容器的损耗；介质损耗；金属损耗；主要技术指标 1 引言 薄膜电容器逐批检验的主要技术指标有：电容量、损耗（损耗角正切值）、绝缘电阻、耐电压、可焊性、外观等，在这些指标中电容器的损耗是一个重要的指标，它直接影响薄膜电容器的产品质量、合格率，影响企业的经济效益。薄膜电容器的损耗不是一个固定的数值，它随测试频率不同而不同，本文就薄膜电容器的损耗与测试频率的关系做一探讨。 2 电容容器损耗的概念 任何实际的电容器，在电场作用下都是要消耗能量的。电容器把贮存或传递的一部分电能转变成热能，其中一部分使电容器发热，温度升高；另一部分消耗在周围环境中。通常我们把电容器在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能量叫电容器的损耗。 电容器的损耗是衡量电容器品质优劣的一个重要指标，损耗越大电容器发热越严重，则表明电容器传递能量的效率越差。在极限情况下，有导致电容器破坏的危险，使用频率越高，这种危险性就越大。 3 损耗的组成 电容容器的损耗主要由电容器的介质损耗、漏导损耗和金属部分损耗三部分组成。电容器不是在高温和极低频率情况下工作时，可忽略漏导损耗的影响。这就是说，一般情况下电容器的损耗主要由介质损耗和金属部分损耗组成。 电容容器介质部分的能量损耗主要由电导损耗、极化损耗和电离损耗组成。电容器金属部分的能量损耗主要由电容器引出线的损耗、电容器极板有效电阻引起的损耗、接触电阻引起的损耗组成。 4 电容器损耗与外界因素的关系 4.1 电容器的损耗与频率的关系 在忽略表面漏导的情况下，电容器的损耗主要由介质损耗和金属部分损耗组成。电容器的损耗tgδ随频率f的变化曲线如图1。 图1 电容器的损耗tgδ随频率f的变化曲线 (一) 电容器介质损耗及电容量测量 一、实验背景 电容器是电路中三个最基本的元器件之一。在电路中，作为设计者常需要精确了解电容器的容量和损耗角的大小。测量电容器的电容量和介质损耗通常有多种方法，本实验采用施加交流电信号，通过与一个标准电容器上的电信号比较，测量出被测电容器上容量大小和损耗角。该方法还可用于材料、石油、电力以及化工等领域相关参数的测量。 二、实验目的 1、了解电容器的交流特性参数 2、了解比较法测量方法 3、了解智能化测量仪器的基础 三、实验原理 （一）介质损耗测量的基本理论 一个实际的元件，如电阻器、电容器和电感器，都不可能是理想的，存在着寄生电容、寄生电感和损耗等。也就是说，一个实际的R、L、C元件都含有三个参量：电阻、电感、电容。以电容为例，图1给出了电容器的等效模型。 图1 电容器等效模型 图（a）为理想电容器，阻抗；图(b)为考虑泄漏和介质损耗时的电容器，阻抗 ；图（c）为高频时考虑泄漏、引线电阻和电感时的电容器，阻抗 。本 实验中使用的模型为（b）。 通常用品质因数Q来衡量电感器、电容器以及谐振电路的质量，定义为： （1） 则对图（b）的电容器等效模型而言，其等效导纳为，品质因数为： （2） 上式中的和分别为电容器两端正弦电压的有效值和周期。对电容器而言，常用损耗角和损耗因数来衡量其 质量。把导纳画在复平面上，如图2所示，损耗角的正切为： （3） 图2 电容器介损示意图 损耗因数定义为： （4） 当损耗较小时，即较小时，有： （5） （二）介质损耗测试仪的工作原理 如图3所示，微处理器控制下的标准信号提供了待测电容和标准电容的激励信号，进而得到了标准介质信号 和待测介损信号，更换不同介损的电容器，可得到不同角度的信号。两路信号经放大、滤波、整形后，可得 到标准方波和待测方波两个信号，由处理器采集并计算两路信号的相位差。图中的选择器负责将标准信号和待测信号分时切换到上行测量支路，起到了电路相位自校准作用，得到了电路初始相角差。 待测信号经放大、滤波后分支出一支路送入转换电路和转换器TLC2543中，负责测量电容值。 1、变压器损耗计算公式 （1）有功损耗：ΔP＝P0＋KTβ2PK-------（1） （2）无功损耗：ΔQ＝Q0＋KTβ2QK-------（2） （3）综合功率损耗：ΔPZ＝ΔP＋KQΔQ----（3） Q0≈I0％SN，QK≈UK％SN 式中：Q0——空载无功损耗（kvar） P0——空载损耗（kW） PK——额定负载损耗（kW） SN——变压器额定容量（kVA） I0％——变压器空载电流百分比。 UK％——短路电压百分比 β——平均负载系数 KT——负载波动损耗系数 QK——额定负载漏磁功率（kvar） KQ——无功经济当量（kW／kvar） 上式计算时各参数的选择条件： （1）取KT＝1.05； （2）对城市电网和工业企业电网的6kV～10kV降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量 KQ＝0．1kW／kvar； （3）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝20％；对于工业企业，实行三班制， 可取β＝75％； （4）变压器运行小时数T＝8760h，最大负载损耗小时数：t＝5500h； （5）变压器空载损耗P0、额定负载损耗PK、I0％、UK％，见产品资料所示。 2、变压器损耗的特征 P0——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗； 磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。 涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。 PC——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。 负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。 变压器的全损耗ΔP=P0 PC 变压器的损耗比=PC/P0 变压器的效率=PZ/（PZ ΔP），以百分比表示；其中PZ为变压器二次侧输出功率。 3、变压器节能技术推广 1）推广使用低损耗变压器； （1）铁芯损耗的控制 变压器损耗中的空载损耗，即铁损，主要发生在变压器铁芯叠片内，主要是因交变的磁力线通过铁芯产生电容器损耗测量误差及其分析
变压器损耗原理及计算方法
电力电容器的损耗、损耗角正切和等值电路
变压器损耗计算公式
什么是电容器损耗角正切值
变压器的损耗计算分析
介质损耗
介质损耗角正切值的在线监测
介质损耗试验
电容器损耗角正切值
介质损耗角正切值的测量
薄膜电容器损耗的频率特性
电容器介质损耗及电容量测量
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