介质损耗试验
介质损耗因数(tanδ)试验
align="center">图5-2 绝缘介质的等效电路表5-2 绝缘电阻测量结果绝缘电阻/MΩ(每隔60s测一次)tanδ与施加电压的关系决定于绝缘介质的性能、绝缘介质工艺处理的好坏和产品结构。
当绝缘介质工艺处理良好时，外施电压与tanδ之间的关系近似一水平直线，且施加电压上升和下降时测得的tanδ值是基本重合的。
当施加电压达到某一极限值时，tanδ曲线开始向上弯曲，见图5-8曲线1。
如果绝缘介质工艺处理得不好或绝缘介质中残留气泡等，则绝缘介质的tanδ比良好绝缘时要大。
另外，由于工艺处理不好的绝缘介质在极低电压下就会发生局部放电，所以，tanδ曲线就会较早地向上弯曲，且电压上升和下降时测得的tanδ值是不相重合的，见图5-8曲线2。
当绝缘老化时，绝缘介质的tanδ反而比良好绝缘时要小，但tanδ开始增长的电压较低，即tanδ曲线在较低电压下即向上弯曲，见图5-8曲线3。
另外，老化的绝缘比较容易吸潮，一旦吸潮，tanδ就会随着电压的上升迅速增大，且电压上升和下降时测得的tanδ 值不相重合，见图5-8曲线4。
2.2 温度特性图5-6 绝缘介质等值电流相量图I C—吸收电流的无功分量I R—吸收电流的有功分量—功率因数角δ—介质损失角图5-7 绝缘介质简化等效电路和等值电流相量图(a)等效电路(b)等值电流相量图C x—绝缘介质的总电容R x—绝缘介质的总泄漏电阻I Cx—绝缘介质的总电容电流I Rx—绝缘介质的总泄漏电流图5-8 绝缘介质tanδ的电压特性tanδ随温度的上升而增加，其与温度之间的关系与绝缘材料的种类、性能和产品的绝缘结构等有关，在同样材料、同样绝缘结构的情况下与绝缘介质的工艺干燥、吸潮和老化程度有关。
对于油浸式变压器，在10℃～40℃范围内，干燥产品的tanδ增长较慢;温度高于40℃，则tanδ的增长加快，温度特性曲线向上逐渐弯曲。
为了比较产品不同温度下的tanδ，GB/T6451—1999国家标准规定了不同温度t下测量的tanδ的换算公式。
介质损耗试验的原理及应用
介质损耗试验的原理及应用摘要：论述变电站介质损耗试验的概念及意义，引出介质损耗因数tgδ的定义，介绍介质损耗因数试验原理，测量方法及影响试验结果的因素和解决方法，结合工作实际简述现场试验应注意事项。
关键词：介质损耗因数；影响因素；注意事项引言近年来随着电力用户用电量大幅度增高，新型能源供电的加入，特高压交流、直流输电线路建成并投用，将变电站在电网中的地位提升到新的高度，各种电压等级的变电站兴建，变电站内电气一次设备种类的增多。
使电气一次设备高压试验显得尤为重要，在众多的电气设备高压试验项目中，介质损耗试验是必不可少的一环。
1.介质损耗因数的概念及意义在电场作用下，电气设备在输电过程中有一部分能量转变为其他形式的能量，通常为热能。
排除电气设备之间导线连接不紧密、铜铝接触无过渡、输电量过大、户外温度过高等因素，设备发热是由介质损耗引起，所谓介质损耗就是指在电场作用下电介质内部，如果损耗很大，会使电气设备温度升高，导致电气设备绝缘材料发热老化，如果介质温度不断上升，严重时会使电气设备绝缘部分融化、烧焦，丧失绝缘能力，造成击穿，影响变电站正常运行。
因此，介质损耗的大小是衡量绝缘性能的一项重要指标。
但不同设备由于运行电压、结构尺寸等不同，不能通过介质损耗的大小来衡量对比设备的绝缘性能好坏。
因此引入了介质损耗因数tgδ（又称介质损失角正切值）的概念。
介质损耗因数的定义为：介质损耗因数tgδ=（P/Q））*100％通过tgδ的定义可以看出tgδ只与材料特性有关，与材料的尺寸、体积无关，这样以来便于不同设备之间进行比较。
测量介质损耗因数tgδ是判断电气设备的绝缘状况得一种传统且十分有效的方法。
2.介质损耗因数试验的原理测量介质损耗因数的原理分为三种：1）西林电桥是80年代以前广泛使用的现场介损测试仪器。
试验时需配备外部标准电容器，以及10kV升压器及电源控制箱。
需要调节平衡，是由：交流阻抗器、转换开关、检流计、高压标准电容器组成。
介质损耗试验ppt课件
离或发生局部放电时，tg 随U的升高而迅速
增大，电压回落时电离要比电压上升时要更
强一些，因而会出现闭环曲线。
图 4 tg 与试验电压的典型关系曲线
13
如果绝缘受潮，则电压较低时，tg 就已经相当大，电压升高时，tg 更 将急剧增大；电压回落时，tg 也要比电压上升时更大一些，因而形成了 不闭合的分叉曲线。 4）试品电容量的影响：对于电容量较小的试品，tg 测量能有效的发现 局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但对电容量较大的试品，tg 测量只 能发现整体分布性缺陷，此时要把它分解成几个彼此绝缘部分的被试品， 分别测量各部分的 tg 值，能有效的发现缺陷。 5）试品表面泄露(漏）的影响：由于试品表面泄露(漏）电阻总是与试品等值 电阻RX相并联，所以会影响 RX 值。为了排除或减小这种影响，在测试前 应先清楚绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽 极。
交变磁场感应出干扰磁场。
消除方法：将电桥的低压臂和检流计用金属网和屏蔽电缆线加以屏蔽。
2） 温度的影响：一般tg 随温度的增高而增大。
3）试验电压的影响（图4）：
曲线1—良好绝缘在额定电压下，tg 值几乎
不变 。
曲线2—若绝缘存在空隙或气泡时，当所加
电压尚不足以使气泡电离时，其tg 与良好
绝缘时无差别，但若所加电压能引起气泡电
课 程题目 介质损耗（角）正切角tan 试验
1
目录
1 介质的极化、电导和介质损耗 1.1 介质的极化 1.2 电介质的电导 1.3 电介质损耗 2 介质损耗正切角的测量 2.1 西林电桥原理 2.2 测量的影响因数
2
1 介质的极化、电导和介质损耗
1.1 介质的极化
具有极性分子的电介质称为极性电介质，而中性分子构成的电解质 称为中性电介质。前者是即使没有外电场的作用其分子本身也具有电矩 的电介质。介质的相对介电常数：
介质损耗,介损
图16、绝缘介质tanδ的电压特性
2、温度特性
GB/T6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》中要求：容量 在8000KVA及以上变压器应提供tanδ值，测试通常在10~40 ℃下进行， 不同温度下的tanδ 值一般可按下式换算：
tan δ 2 = tan δ 1 *1.3
(T2 − T1 )
一旦变压器状态确定，无 论在串联模型还是并联模型中 变压器的等效电阻和电容也就 确定了，从而被试组合的tanδ 也就确定了，为一定值。所以 认为tanδ是绝缘材料在某一状 态下固有的，可以用作判断产 品绝缘状态是否良好的依据， 是绝缘介质的基本特性之一。
P =U IR Q =U IC
• •
•
P IR tan δ = = • Q IC U 1 Z R ZC jωCP 1 tan δ = = = = U ZR RP jω RP CP ZC tan δ = 1 ω RP CP
I U
C1 IC1 C R
被试绕组的等效电路
R1 ICR
IR1
图1
P tan δ = Q
图1可以转化成两种模型，一种是串联模型(图3)所示，另一种是并 联模型(图4)所示:
P =UR I Q =UC I
• • •
P UR tan δ = = • Q U C RS Z tan δ = R = = jω RS CS 1 ZC jωCS tan δ = ω RS CS
表1、变压器介损的测量部位
序列号 1 2 3 4 5 6 其他特别指示部分 高压、低压 外壳 双线圈变压器 被测线圈 低压 高压 接地部分 高压、外壳 低压、外壳 被测线圈 低压 中压 高压 高压、中压 高压、中压、低压 其他特别指示部分 三线圈变压器 接地部分 高压、中压、外壳 高压、低压、外壳 中压、低压、外壳 低压、外壳 外壳
电流互感器介质损耗试验方法和接线
电流互感器介质损耗试验方法和接线
电流互感器的介质损耗试验方法可以采用频率变化法或电压比对法。
其中，频率变化法是通过改变电流频率来测量介质损耗，而电压比对法则是通过将互感器与标准电容进行串联并施加相同电压来测量互感器的损耗。
接线方面，一般采用三相四线制，即将互感器的一次侧与被测电流的正相线、零线和负相线分别连接，而二次侧则通过接线端子与继电器或仪表相连。
具体的接线方法可根据互感器的型号和规格来确定，一般需要参考相应的接线图或说明书进行接线。
在进行接线时，要注意接触良好、接线牢固以及避免导线的交叉干扰等问题。
设备介质损耗试验常见问题及对策探讨
设备介质损耗试验常见问题及对策探讨在设备介质损耗试验中，作为电气绝缘中的重要参数，介质损耗因素的准确测量直接关系到对设备绝缘状况的评价。
由于受到各种因素的影响，介质损耗测量的实际结果与真实值会存在一定程度的偏离，因此，导致试验设备中的试验数据在某些情况下出现负值，影响其有效性。
例如：在无损耗标准电容器的电流大于电压90°时，该电流与试品电容电流之间的夹角为：介质损耗角δ，δ=0°。
当试验存在δ时，试品电容电流受到电压相位有功电流分量的影响将低于无损耗标准电容器电流的角度，那么出现正值；在受到某种因素的影响下，电容电流与电压之间相位差如果超过90°，那么电流有功分量与电压出现两个相反的方向，其介质损耗δ就会出现负值。
1 现场设备介质损耗试验导致负值问题出现的原因介质损耗因素，简写成tanδ。
导致设备tanδ出现负值的因素有许多种：例如：外部对电流的干扰、测量仪器接地不良和仪器中标准电容介质损耗大、电压互感器接地铁芯和底座接地不良以及电磁单元等影响。
1.1 外部对电流的干扰设备介质损耗试验时，外部干扰电流一旦投影直电压相量上，并与电压方向相同的时候，介质损耗因素tanδ也将随着介质损耗角δ的增大而增大；相反，如果投影的方向与电压的方向相反的时候，那么随着介质损耗角δ的缩小而出现负值。
1.2 测量仪器接地不良和标准电容介质损耗过大如下图1所示，互感器一次绕组介质损耗与二次介质损耗时，等值电容为Cx；对地电容为：C10、C20；测量仪器接地不良的时候，接触电阻为：R0。
当等值电容在无损耗的情况下，测量仪器接地正常或不良时所产生的状况分别为：正常R0为0，试验电流中的电流I2超过电压U角度90°，δ为0°；不良，试验电流中的电流I2超过电压U2角度90°，测量电容的结果过大。
由于R0、I1低于I2，因此，电流I2始终超过试验其他支路的电流，导致介质损耗测量出现负值或较小。
介质损耗因数tanδ试验第一节
介质损耗因数tanδ试验第一节tanδ测量的原理和意义在电压作用下，电介质产生一定的能量损耗，这部分损耗介质损耗或介质损失。
产生介质损耗的原因主要是电介质电导、极化和局部放电。
一、电介质电导引起的损耗...--介质损耗因数tanδ试验第一节tanδ测量的原理和意义在电压作用下，电介质产生一定的能量损耗，这部分损耗介质损耗或介质损失。
产生介质损耗的原因主要是电介质电导、极化和局部放电。
一、电介质电导引起的损耗在电场作用下电介质电导（又称漏导）产生的泄漏电流会造成能量损耗。
这种损耗在交流与直流作用下都存在，且这种损耗与极化、局部放电引起的损耗比较是很小的。
二、极化引起的损耗在交流电压作用下，电介质由于周期性的极化过程，电介质中的带电质点要沿交变电场的方向作往复的有限位移并重新排列。
这时，质点需要克服极化分子间的内摩擦力而造成能量损耗。
极化损耗的大小与电介质的性能、结构、温度、交流电压频率等有关。
三、局部放电引起的损耗绝缘材料中，不可避免地会有些气隙或油隙。
在交流电压下，电场分布主要与该材料的介电系数ε成反比，气体的介电系数一般比固体绝缘材料的要低得多，因此承受的电场强度就大，当外加电压足够高时，气隙中首先发生局部放电。
固体中气隙放电前后电场示意图，如图4－1所示。
气隙放电形成的电荷，在外施电场E0作用下移动到气隙壁上；这些电荷又形成反电场E，削弱了气隙中的电场，很可能使气隙中放电不再继承下去，如图4—1（b）所示。
但是如外加的为交流电压，半周后外施电场E0就反向了，正好与前半周气隙中电荷形成的反电场E 同向，加强了气隙中电场强度，使气隙中放电在更低电压下发生。
所以交流电压下绝缘体里的局部放电及介质损耗比直流电压下强烈。
在油浸电容器、电容套管等的设计制造及运行气隙放电形成的电荷，在外施电场E0作用下移动到气隙壁上；这些电荷又形成反电场E，削弱了气隙中的电场，很可能使气隙中放电不再继续下去，如图4—1（b）所示。
介损测试原理及应用
『介质损耗因数（tgδ）原理』
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介质损耗因数（tgδ）测量原理 智能型电桥的测量回路还是一个桥体。R3、R4两端
的电压经过A/D采样送到计算机，求得:
进一步可求得被试品介损和电容量
『介质损耗因数（tgδ）原理』
第10页/共21页
介质损耗因数（tgδ）测量原理
显示控制单元
人机界面，控制仪器的测量过 程
『介质损耗因数（tgδ）原理』
介质损耗因数（tgδ）测量原理
电流比较仪电桥的工作原理是采用安匝 平衡的原理。平衡过程见右图，当交流电源 加在试品、标第7页准/共2电1页 容器和电桥及地之间，在 试品上产生一个电流Ix，在标准电容器上也 产生一个电流In，当两个电流流过Wx、Wn时， 由于Ix、In两个电流的相位、幅值不相同， 使Wd 有电流Id产生，通过调整Wx、Wn、C、 R使Ix、In两个电流的幅值相同，相位相反。
『介损测试仪现场使用注意事项』
介损测试仪现场使用注意事项
测量功能
Text in here
试验电压范围 Text in here
如正接线、反接线、自激பைடு நூலகம்CVT测量等 常规介损一般10kV，额定电压介损根据要求确定
第19页/共21页
测试电流范围 常规介损一般5uA～1A，高压介损需要更大测试电流
测量精度
介质损耗因数（tgδ）测量原理
QS1电桥是80年代以前广泛使用的现 第3页/共21页
场介损测试仪器。试验时需配备外部标 准电容器（如BR16型标准电容器），以 及10kV升压器及电源控制箱。需要调节 平衡，结果需要换算，使用不太方便。
『介质损耗因数（tgδ）原理』
介质损耗因数（tgδ）测量原理
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偶极子是一种特殊的分子，它的正负电荷的中心不相重合，好像分子的一 端带有正电荷、另一端带有负电荷一样，因而形成一个永久性的偶极矩。例 如、蓖麻油、橡胶、胶木等都是常用的极性绝缘材料。
UCA / U AD UCB /U BD
由于通过桥臂CA和AD，CB和BD的电流分别均为 I1 和 I2 ，所以各桥 臂电压之比即相应的桥臂阻抗之比 ，即：
Z1Z4 Z2Z 3
式中
Z1
1 RX
1 jCX
1
Z2 jCN
Z3 R3
Z4
1 R4
1 jC4
可以求得试品电容CX 和等值电阻 RX
按照载流子的不同，电介质的导电可分为离子电导和电子电导两种， 前者以离子为载流子，后者以自由电子为载流子。在正常情况下，电 解质电导主要是离子电导，这同金属导体的主要电导依靠自由电子有 本质的区别。
固体和液体介质的电导率γ和温度T的关系均可近似的用下式表示
B
Ae T
式中A、B为常数，均与介质特性有关，但固体介质的常数B通常比液体介 质B值大得多；T为绝对温度。
耗由电导引起，常采用并联等值电路。
因为介质损耗角值 一般都很小，cos 1 ，所以
P U 2CStg
用两种等值电路所得出的和P理应相同。若U、Cs、ω 已知，P最后取决
于 tg ，即可以用 tg 大小表示P。
2 介质损耗正切角的测量 2.1 西林电桥原理
tg 的测量常采用高压交流平衡 电桥（西林电桥），不平衡电桥， 或低功率因素瓦特表来测量、这里 主要介绍西林电桥。
课 程题目 介质损耗（角）正切角tan 试验
目录
1 介质的极化、电导和介质损耗 1.1 介质的极化 1.2 电介质的电导 1.3 电介质损耗 2 介质损耗正切角的测量 2.1 西林电桥原理 2.2 测量的影响因数
1 介质的极化、电导和介质损耗 Nhomakorabea1.1 介质的极化
具有极性分子的电介质称为极性电介质，而中性分子构成的电解质 称为中性电介质。前者是即使没有外电场的作用其分子本身也具有电矩 的电介质。介质的相对介电常数：
式中， —电源角频率；
—功率因数角；
—介质损耗角；
介质损耗角 为功率因数角 的余角，其正切 tg又可称为介质损耗
因数，常用百分数（％）来表示。
通常均采用介质损耗角正切 tg 作为综合反映电介质损耗特性优劣的 一个指标，测量和监控各种电力设备绝缘 tg 的值已成为电力系统中
绝缘预防性试验最重要的项目之一。 如果介质损耗主要由极化所引起，则常采用串联等值电路 ；若介质损
上式表明，电介质的电导率随温度按指数规律上升，所以测量电解质和绝 缘电阻时，必须注意温度问题。
1.3 电介质损耗 在直流电压的作用下，电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压
还没有打到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电导引起，所以用 体积电导和表面电导率两个物理量就已能充分说明问题，不必再引入介质 损耗这个概念了。
2.2 tg 测量的影响因数
后各层电压将从开始是按介电常数分布逐渐过渡到稳定时按电导率分布。 在电压重新分布过程中，夹层截面上会聚集起一些电荷，使整个介质等 值电容增大，这种极化称为夹层极化。
各种极化见表1。
表1 各种极化
极化种类
产生场合
所需时间
能量损耗
产生原因
电子式极化 任何电介质 10-15s
无
束缚电子运
行轨道偏移
离子式极化 偶极子极化
离子结构电 介质
极性电介质
10-13s 10-10s~10-2s
几乎没有 有
离子的相对 偏移
偶极子的定 向排列
夹层极化
多层介质交 10-1s~数小时 有 界面
自由电子移 动
1.2 电介质的电导
任何电介质都不同程度地具有一定的电导性，只不过其电导率很小 而以，表征电介质电导电性能的主要物理量即为电导率γ或其倒数—电 阻率ρ。
r
0
εr综合反映电介质极化的一个物理量。在20oC时工频电压下气体介质 εr接近于1，液态和固体电介质大多在2~6之间。
最基本的极化形式有电子式极化、离子式极化和偶极子极化等三 种，此外还有夹层极化和空间极化等。
1）电子式极化
当物质原子里的电子轨道受到外电场作用时，它将相对于原子核产生位移， 这就是电子式极化。当外电场撤掉后，依靠正负电子间的吸引力，作用中心 又马上重合，整体呈现非极性，所以这种极化没有损耗。 2）离子式极化
CX
R4CN
R3 (1 2C42R42 )
RX
R3(1 2C42R42 ) 2C4 R42CN
介质并联等值电路的介质损耗角正切
tg
1
Cx Rx
C4R4
因为 2 f 100 R 4 10000 / tg C4
图3中，A,B两处接有放电管V，目的是防止 R3 、C4 上出现高电压。
西林电桥的接线如图3所示，被 试品以并联等值电路表示。
图3 西林电桥原理接线图
CN
图3中，被试品以并联等值电路表示，其等值电容和电阻分别为 CX 和 RX ； R3 为可调的无感电阻；CN 为高压标准电容器的电容；C4 为可调 电容； R4为定值无感电阻；P为交流检流计。调节 R3 和C4 ，使电桥达到 平衡，即通过检流计P的电流为零,此时有
如图1所示，当不存在电场时，这些偶极子杂乱无章地排序着，宏观 电矩等于零，整个电介质对外不表现极性。当出现电场后偶极子沿电场 方向转动，因而出现极性，这种极化称为偶极化和转向极化。
它是非弹性的,极化过程中需要消耗一定的能量。
图1 偶极子极化
4）夹层极化 由于介电常数和电导率的多种电解质组成的结缘结构，在加上外电场
在交流的作用下，在交流电压下，流过电介质的电流 I 包含有功分量 IR 和无
功分量 IC ，即
I IR IC
图2 介质在交流电压作用下的电流向量图及功率三角形
从图2中可以看出,此时的介质损耗功率：(请将文中所有tgδ全部改 为tanδ)
P UI cos UIR UICtg U 2Cptg