介质损耗试验

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

三试验方法

根据试品的具体情况确定试验接线方式方法。

试验方法有外施和内施两种。外施是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。内施是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。

试验的接线方式有正接线和反接线两种。正接线是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，而反接线是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。

参考接线方式：

1正接线、内标准电容、内高压（常规正接线）：

2反接线、内标准电容、内高压（常规反接线）：

3 正接线、外标准电容、内高压：

4 反接线、外标准电容、内高压：

5 正接线、内标准电容、外高压：

6 反接线、内标准电容、外高压：

四使用仪器及工作原理

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。现常用介损仪有西林型和M型两种。（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。

（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。

本公司使用的介损仪AI-6000型。AI-6000使用西林电桥，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。

AI-6000介损仪的主要技术指标准确度：

电容量CX：±（读数×1%+1pF）

介质损耗因数tgδ：±（读数×1%+0.00040）

CX范围：内置高压3pF~60000pF/10kV 60pF~1μ

F/0.5kV

外加高压3pF~0.3μF/10kV

分辨率：最高0.001pF，4 位有效数字

tgδ范围：不限，

分辨率：0.001%

电容、电感、电阻三种试品自动识别。

试验电流范围：10μA~1A

内施高压：设定范围：0.5~10kV

最大输出电流：200mA

测量时间：约30 秒（与测量方式有关）

输入电源：180V~270VAC ，50Hz/60Hz ±1%（市电或发电机供电）

抗干扰指标：在200%干扰（即I 干扰/I 试品≤2）下仍能达到上述准确度 注： 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。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。

五：试验过程

1 施加测量电压前准备工作：

1．1 按该测量设备的使用说明书进行接线，并检查是否正确。

1．2 检查主桥与放大器及自动跟踪联线，是否正确。

1．3 CX 试品及CN 标准，电缆长度，由测量电压决定。

1．4 电桥要有良好的接地线。

1．5 指示表调好机械指零。

1．6 指示器灵敏度拨段开关旋转到最小位置。

1．7 检查桥臂电阻器与试品的电容及测量电压是否适应。

1．8 桥臂电阻测量电流不得超过电路规定的最大电流强度。

1．9 电桥C4、R3，R4旋钮放在试样估算的位置上。

2 试验操作步骤：

2．1 接通电源，观察放电管有无放电现象，如有放电现象则必须切除电源，

检查原因，消除故障。

2．2 接通电源开关，将放大器与自动跟踪器予热5-10分钟。

2．3 稍加电压及低灵敏度下，电桥进行予平衡。

2．4 在工作电压下，将变换开关置桥体位置，从高档开始反复调整R4、C4

旋钮，使指零仪指示趋零，顺时针旋转灵敏度开关，逐渐增高灵敏度，细调R4及C4，使指零仪归零，然后将变换开关置到屏蔽位置，观察辅助

支路归零情况。

2．5 通过以上测量步骤后，指示仪在较高的灵敏率为零时，读取数值，并记

录。并且测量不用分流器时，

介质损耗率δtg 计算公式为： ωδ*=44C R tg 电容公式为：3

4R CnR C x =

3 试品测量完毕后将电压降到零并分闸，试验人员进入试验场地对试品放电后，方可接触试品。

六结果评判

在排除外界干扰，正确地测出δtg 值后，还需对δtg 的数值进行正确的分析。δtg 值与介质的温度、湿度、内部有无气泡、缺陷部分体积等有关。δtg 以及电容量的合格范围参看有关产品试验标准或运行规程。

1 温度的影响

温度对δtg 有直接影响。一般情况，δtg 随温度上升而增加。因此为便于比较，应将各种温度下测量结果都换算至20℃下的数值。应当指出，由于试品的真实的平均温度是很难准确测定的，换算系数也是近似的，仍有很大的误差。因此，尽可能在10～30℃的温度下进行测量。有些绝缘材料的温度低于某一临界值时，其δtg 可能随温度的降低而上升。故过低的温度下测出的δtg 不能反映真实的绝缘情况。测量δtg 应在不低于5℃时进行。

2 试验电压影响

良好绝缘的δtg 不遂电压的变化而明显变化，若绝缘中确有缺陷，则其δtg 将随电压的升高而明显增加。

3 测量δtg 与试品电容的关系

对电容较小的设备，测δtg 能有效地发现局部集中性和整体分布性的缺陷。但对于大电容量的设备，测δtg 只能发现绝缘整体分布性缺陷。事实上，设备绝缘结构总是由许多部件构成并包含多种材料，可看成是由许多串并联回路所组成。

七 常见问题和注意事项

⒈常见问题：

① 试品尺寸较大，各部分开用分别试验时，应单独测量各部分的介质损耗，以提高发现缺陷的灵敏度。

② 现场试验时，若没有高压标准电容器，可用δtg 较小、数值已知、且电容量合适的其它高压电气设备来代替，这时被试品的δtg 值为数值已知的δtg 与电桥上读数之和。

③外界有电场干扰时，将使电桥无法平衡或带来严重误差。在现场试验时，应尽量远离漏磁大的设备。检流计要注意磁屏蔽，必要时可将检流计的极性转换开关倒换一下，取两次读数的平均值。

④被试品和标准电容器的高压连接线不应出现电晕，否则tgδ增高；被试品的测量极的外部绝缘有脏污或受潮，将分流流过桥体的电流，导致tgδ偏小甚至出现负值。

⒉注意事项：

①检查各种接线是否正确，绝缘距离一定要能耐受试验电压值。

②仪器测量电缆通用，建议用高压线连接此插座。高压插座和高压线有危险电压，绝对禁止碰触高压插座、电缆、夹子和试品带电部位！确认断电后接线，测量时务必远离！

③应保证高压线与试品高压端零电阻连接，否则可能引起误差或数据波动，也可能引起仪器保护。

④强干扰下拆除接线时，应在保持电缆接地状态下断开连接，以防感应电击。

⑤测量中严禁拔下插头，防止试品电流经人体入地！

⑥尽管仪器有接地保护，但无论何种测量，仪器都应可靠独立接地。

⑦保证零电阻接地。应仔细检查接地导体不能有油漆或锈蚀，否则应将接地导体刮干净。轻微接地不良可能引起误差或数据波动，严重接地不良可能引起危险！