高电压技术实验报告

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实验二．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．预习要点：

概念：介质损耗、损耗角、交流电桥

判断：介质损耗是表征介质交流损耗的参数（直流损耗用电导就可表征），包括电导损耗和电偶损耗；测量tgδ值对检测大面积分布性绝缘缺陷或贯穿性绝缘缺陷较灵敏和有效，但对局部性非贯穿性绝缘缺陷却不灵敏和不太有效。

推理：中性介质的介质损耗主要是电导损耗，极性介质的介质损耗则由电导损耗和电偶损耗两部分组成。

相关知识点：介质极化、偶极子、漏导。

三．实验项目：

1．正接线测试

2．反接线测试

四．实验说明：

绝缘介质中的介质损耗（P=ωC u2tgδ）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R4和可调电容C4并联组成，

桥臂AD接入可调电阻R3，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。

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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 ⋅+=

=ϖ1 44441R C j R Z Z BD ⋅+==ϖ

33R Z Z AD == N

N CB C j Z Z ϖ1=

= 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 ⋅⋅=ϖδ （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。

2．接线方式：

QS1电桥在使用中有多种接线方式，即图2-3（b ）所示的正接线，图2-3（c ）所示的反接线，图2-3（d ）所示的对角接线，另外还有低压测量接线等。

正接线适用于所测设备两端都对地绝缘的情况，此时电桥的D 点接地，试验高电压在被试品及标准电容上形成压降后，作用于电桥本体的电压很低，测试操作很安全也很方便，而且电桥的三根引出线（C X 、C N 、E ）也都是低压，不需要与地绝缘。

反接线适用于所测设备有一端接地的情况，这时是C 点接地，试验高电压通过电桥加在被试品及标准电容上，电桥本体处于高电位，在测试操作时应注意安全，电桥调节手柄应保证具有15kv 以上的交流耐压能力，电桥外壳应保证可靠接地。电桥的三根引出线为高压线，应对地绝缘。

对角接线使用于所测设备有一端接地而电桥耐压又不够，不能使用反接线的情况，但这种接线的测量误差较大，测量结果需进行校正。

低压接线可用来测量低压电容器的电容量及tg δ值，标准电容可选配0.001μf （可测C X 范围为300pf ～10μf ）或0.01μf （可测C X 范围为3000pf ～100μf ） 3．分流电阻的选择及tg δ值的修正：

QS1电桥可测试品范围很广，试品电容电流变化范围也很广，但电桥中R 3的最大允许工作电流为0.01A ，如果试品电容电流超过此值，则必须投入分流器，以保证R 3的安全工作，分流器挡位的选择可按表2-1所列数据进行。

在投入分流器后所测tg δ值很小的情况下，测量值应进行校正，其校正式如下： δδδtg tg tg X ∆-=

()ρ

ρωδ+--⋅=

∆34100R n R C tg N

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tgδ为实测值，Δtgδ为校正量，tgδX为校正后的值。

表2-1 分流器挡位选择表

试品电容量（pf）3000 8000 19400 48000 400000

分流开关刻度（A）0.01 0.025 0.06 0.15 1.25 分流系数n 100+R360 25 10 4

五．仪器设备：

50/5试验装置一套

水阻一只

电压表一只

QS1电桥一套

220Kv脉冲电容器（被试品）一只

六．实验接线：

（a）高压试验源（b）正接线（c）反接线（d）对角接线

图2-3 QS1西林电桥试验接线图

七．实验步骤：

⑴．首先按图2-3所示的正接线法接好试验线路；

⑵．将R3、C4以及灵敏度旋钮旋至零位，极性切换开关放在中间断开位置；

⑶．根据被试品电容量确定分流器挡位；

⑷．检查接线无误后，合上光偏式检流计的光照电源，这时刻度板上应出现一条窄光带，调节零位旋钮，使窄光带处在刻度板零位上；

⑸．合上试验电源，升至所需试验电压；

⑹．把极性切换开关转至“+ tgδ”位置的“接通Ⅰ”上；

⑺．把灵敏度旋钮旋至1或2位置，调节检流计的合频旋钮，找到检流计的谐振点，光带达到最宽度，即检流计单挡灵敏度达到最大；

⑻．调节检流计灵敏度旋钮，使光带达到满刻度的1/3～2/3为止；

⑼．先调节R3使光带收缩至最窄，然后调节C4使光带再缩至最窄，当观察不便时，应增大灵敏度旋钮挡（注意在整个调节过程中，光带不能超过满刻度），最后，反复调节ρ和C4并在灵敏度旋钮增至10挡（最大挡）时，将光带收缩至最窄（一般不超过4mm），这时电桥达到平衡；

⑽．电桥平衡后，记录tgδ、R3、ρ值，以及分流器挡位和所对应的分流器电阻n，还有所用标准电容的容量C N；

⑾．将检流计灵敏度降至零，把极性旋钮旋至关断，把试验电压降至零并关断试验电源，