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介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)試驗的意義
閱讀：5981發(fā)布時間：2022-4-13
介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)試驗
1,、介質(zhì)損耗因數(shù)的物理意義
絕緣介質(zhì)在交流電壓作用下會在絕緣介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生損耗,，這些損耗包括絕緣介質(zhì)極化產(chǎn)生的 損耗,、絕緣介質(zhì)沿面爬電產(chǎn)生的損耗和絕緣介質(zhì)內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的損耗等,。由于絕緣介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生了損耗,，所以造成施加在絕緣介質(zhì)上的交流電壓與電流之間的功率因數(shù)角不再是90°。我們把功率因數(shù)角的余角稱為介質(zhì)損失角,，并用介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)來表示絕緣系統(tǒng)電容的介質(zhì)損耗特性,。
1.1 等效電路及電壓、電流相量圖
絕緣介質(zhì)在交流電壓作用下產(chǎn)生介質(zhì)損耗的等效電路見圖5-2,。其施加電壓及介質(zhì)損耗電流的相量圖見圖5-6,。圖5-2和圖5-6可進(jìn)一步簡化成圖 5-7。
圖5-2 絕緣介質(zhì)的等效電路
表5-2 絕緣電阻測量結(jié)果
1.2 介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)的表示方法
由圖5-7等效電路圖和相量圖可知,，絕緣介質(zhì)中的損耗可表示為W=UIcos?＝UIR＝UICtanδ,， 所以 tanδ=IR/IC。為了便于比較,，通常取tanδ=IR/IC×100%,，即用tanδ來表示相對的介質(zhì)損耗因數(shù)的大小。這樣可以消除絕緣介質(zhì)幾何尺寸差異造成的影響,，便于比較和判定不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的絕緣性能,。
2 tanδ的電壓溫度特性
2.1 電壓特性
tanδ與施加電壓的關(guān)系決定于絕緣介 質(zhì)的性能、絕緣介質(zhì)工藝處理的好壞和產(chǎn)品結(jié)構(gòu),。當(dāng)絕緣介質(zhì)工藝處理良好時,，外施電壓與tanδ之間的關(guān)系近似一水平直線，且施加電壓上升和下降時測得的tanδ值是基本重合的,。當(dāng)施加電壓達(dá)到某一極限值時,， tanδ曲線開始向上彎曲，見圖5-8曲線1,。
如果絕緣介質(zhì)工藝處理得不好或絕緣 介質(zhì)中殘留氣泡等,，則絕緣介質(zhì)的tanδ比良好絕緣時要大。另外,，由于工藝處理不好的絕緣介質(zhì)在極低電壓下就會發(fā)生局部放電,，所以，tanδ曲線就會較早地向上彎曲,，且電壓上升和下降時測得的tanδ值是不相重合的，見圖5-8曲線2,。
當(dāng)絕緣老化時,，絕緣介質(zhì)的tanδ反而比良好絕緣時要小,，但tanδ開始增長的電壓較低，即tanδ曲線在較低電壓下即向上彎曲,，見圖5-8曲線3,。另外，老化的絕緣比較容易吸潮,，一旦吸潮,，tanδ就會隨著電壓的上升迅速增大，且電壓上升和下降時測得的tanδ 值不相重合,，見圖5-8曲線4,。
2.2 溫度特性
圖5-6 絕緣介質(zhì)等值電流相量圖
IC—吸收電流的無功分量 IR—吸收電流的有功分量
?—功率因數(shù)角 δ—介質(zhì)損失角
圖5-7 絕緣介質(zhì)簡化等效電路和等值電流相量圖
(a)等效電路 (b)等值電流相量圖
Cx—絕緣介質(zhì)的總電容 Rx—絕緣介質(zhì)的總泄漏電阻 ICx—絕緣介質(zhì)的總電容電流 IRx—絕緣介質(zhì)的總泄漏電流
圖5-8 絕緣介質(zhì)tanδ的電壓特性
tanδ隨溫度的上升而增加，其與溫度之間的關(guān)系與絕緣材料的種類,、性能和產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)等有關(guān),，在同樣材料、同樣絕緣結(jié)構(gòu)的情況下與絕緣介質(zhì)的工藝干燥,、吸潮和老化程度有關(guān),。
對于油浸式變壓器，在10℃～40℃范圍內(nèi),，干燥產(chǎn)品的tanδ增長較慢;溫度高于40℃,，則tanδ的增長加快，溫度特性曲線向上逐漸彎曲,。為了比較產(chǎn)品不同溫度下的tanδ,，GB/T6451—1999國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同溫度t下測量的tanδ的換算公式。
tanδ2＝tanδ1·1.3(t1-t2)/10 (5-2)
式中 tanδ2——油溫為t2時的tgδ值,，%;
tanδ1——油溫為t1時的tgδ值,，%。
3 tanδ測量方法
3.1 測量儀器及測量電壓
變壓器,、互感器等產(chǎn)品的介質(zhì)損耗因數(shù) (tanδ)測量一般均采用高壓西林電橋,。使用比較多的電橋型號有國產(chǎn)QS1型 (變壓器 tanδ測量多采用此電橋) 和瑞士進(jìn)口2801 型。兩種電橋的基本原理是一樣的(見圖5- 9),，不同的是2801型電橋的R4可以調(diào)節(jié),，且主橋外帶有一套2911型自動電位調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器可以自動消除不利的接地和測量導(dǎo)線局部電容對tanδ測量的影響,。2801型電橋的測量范圍和準(zhǔn)確度為：使用橋內(nèi)測量元件和100pF標(biāo)準(zhǔn)電容器時,，電容測量范圍為 0.01pF～11μF，測量準(zhǔn)確度為±0.05%;tanδ測量范圍為0～350%,，測量準(zhǔn)確度為±0.5%,。
圖5-9 高壓西林電橋原理線路圖
Cx—被測產(chǎn)品等效電容 CN—標(biāo)準(zhǔn)電容器 R3、r、R4—可變橋臂電阻 C4—可變橋臂電容 G—5511(5512)電子式零指示器(2801電橋)
還有一類電容和介損測量儀在變壓器,、互感器等產(chǎn)品的介損tanδ測量中應(yīng)用很廣,。這種測量儀采用矢量電流法測量電容和介質(zhì)損耗因數(shù)。其原理是將CN和Cx兩個回路電流輸入測量儀后,，經(jīng)微處理器進(jìn)行數(shù)字運算,，得到電容Cx和其介質(zhì)損耗因數(shù)，便于實現(xiàn)自動化測量,。典型儀器有進(jìn)口的2876 電橋,、2818電容介損測量儀和國產(chǎn)的2518介質(zhì)損耗測試儀。這類測試儀測量準(zhǔn)確度比2801電橋稍低,，但實現(xiàn)了全自動測量,，操作簡單，適合于生產(chǎn)性試驗測量,。
tanδ測量電壓：對于額定電壓6kV及以下電壓等級的產(chǎn)品(當(dāng)要求測量tanδ時),，取額定電壓;對于額定電壓為10kV～35kV電壓等級的產(chǎn)品(當(dāng)要求測量tanδ時)取10kV;對于額定電壓為63kV及以上電壓等級的產(chǎn)品取≥10kV，但最高不應(yīng)超過產(chǎn)品低電壓繞組額定電壓的60%,。
3.2 正接法測量
西林電橋正接法只能測量兩極對地絕緣的產(chǎn)品,，如電流互感器、套管等,，原理線路圖見圖5- 10,。測量方法和步驟如下。
(1)預(yù)估試品電容和測量tanδ電壓下的電容電流,，并根據(jù)試品電容和電容電流的大小選擇合適的電橋分流器和橋臂電阻R4(QS1型電橋R4等于10 000/π),。
(2)按圖5-10線路接線，并經(jīng)認(rèn)真檢查無誤后,，先施加較低電壓進(jìn)行測量,，然后再升壓至測量電壓進(jìn)行測量。
(3)測量時首先調(diào)節(jié)電橋的橋臂電阻R3,，使電橋基本達(dá)到平衡,，然后再調(diào)節(jié)電橋的橋臂電容C4 和橋臂微調(diào)電阻r，使電橋*達(dá)到平衡,。
(4)讀取,、記錄電橋R3(r)和C4測量值，然后根據(jù)電橋R4的取值和標(biāo)準(zhǔn)電容器CN的電容值計算試品的電容和tanδ%,。
試品電容Cx的計算公式為：
當(dāng)R4取1000/π Ω,，C4取μF時，tanδ=0.1C4,，tanδ%=10C4;
圖5-10 正接法測量原理線路圖
PT—電壓互感器 V—電壓表 U—tanδ測量電壓
當(dāng)R4取10 000/πΩ,，C4取μF時,，tanδ=C4，tanδ%=100C4,。
3.3 反接法測量
對于變壓器來說,，由于其油箱是直接落在地面上的，所以測量繞組對地的介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ) 不能采用正接法,，只能采用反接法，原理線路圖見圖5-11,。
測量方法和步驟同正接法,。但由于反接法測量時橋臂電阻R3、r,、R4和C4均處于高電位,，因此，是用絕緣桿把操作元件引到電橋接地蓋子上進(jìn)行操作的(或人站在?10kV絕緣臺子上操作),，故測量時必須時刻注意安全,。
4 幾點分析
(1)由于變壓器的tanδ與產(chǎn)品使用的變壓器油、絕緣材料的種類和性能以及產(chǎn)品制造工藝有關(guān),，所以,，不能用一種簡單的關(guān)系來代表所有的情況。
圖5-11 反接法測量原理線路圖
(2)由于變壓器的tanδ只能用來判斷絕緣的整體特性,，對判斷絕緣的局部缺陷是不靈敏的,，所以，此項試驗還有一定的局限性,。正因為如此,，所以，GB1094.1—1996標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定有此試驗項目,， GB/T6451—1999標(biāo)準(zhǔn)只要求提供tanδ實測數(shù)據(jù),，而沒有規(guī)定具體限值 (330kV有限值規(guī)定)。GB/ T16274—1996標(biāo)準(zhǔn)要求提供tanδ實測數(shù)據(jù),，而且有具體限值規(guī)定,。各企業(yè)可根據(jù)自己的制造工藝等積累這方面的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，并用以判斷不同產(chǎn)品的絕緣處,。
關(guān)鍵詞：介電常數(shù)測試儀 介質(zhì)損耗因數(shù) 介質(zhì)損耗角正切值 高壓自動介損
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