介質(zhì)損失角正切值的測(cè)量

介質(zhì)功率損耗與介質(zhì)損耗角正切tanδ成正比,，因此tanδ是絕緣品質(zhì)的重要指標(biāo),，測(cè)量tanδ是判斷電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的一種靈敏有效的方法。tanδ能反映絕緣介質(zhì)的整體性缺陷(如整體老化)和小電容被試品中的嚴(yán)重局部性缺陷,。由tanδ的變化曲線可以判斷介質(zhì)是否受潮,、含有氣泡及老化的程度。

但是測(cè)量tanδ不能靈敏地反映大容量電機(jī),、變壓器和電纜絕緣介質(zhì)中的局部性缺陷,，這時(shí)應(yīng)盡可能將這些設(shè)備拆解成幾個(gè)部分，然后分別測(cè)量它們的tanδ,。當(dāng)絕緣結(jié)構(gòu)由兩部分并聯(lián)組成時(shí),，其整體的介質(zhì)損耗為這兩部分之和，即P=P₁+P₂,?？梢员硎緸?/span>

由此可得：，C=C₁+C₂,，如果第二部分絕緣結(jié)構(gòu)的體積遠(yuǎn)小于第一部分,，則有C₂遠(yuǎn)小于C₁，C≈C₁,，于是可得：

由于上式中第二項(xiàng)的系數(shù)C₂/C₁很小,，所以當(dāng)?shù)诙糠纸^緣結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷時(shí)，tanδ₂的增大并不能使總的tanδ明顯增大,。例如,，在一臺(tái)110kV大型變壓器上測(cè)得總的tanδ為0.4%時(shí)，絕緣指標(biāo)是符合要求的,，但是把套管分開單獨(dú)測(cè)量時(shí),，tanδ達(dá)到了3.4%，絕緣指標(biāo)不符合要求,，所以當(dāng)大型設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)由幾個(gè)部分共同構(gòu)成時(shí),，最好分別測(cè)量各部分的tanδ，以便發(fā)現(xiàn)缺陷,。

西林電橋的基本原理

西林電橋是一種交流電橋,，配以合適的標(biāo)準(zhǔn)電容器，可以在高電壓下測(cè)量電氣設(shè)備的電容值和tanδ值。西林電橋的原埋接線如圖4-6所示,，有四個(gè)橋臂,，橋臂1為被試品，C_x,、R_x為被試品的電容和電阻,；橋臂2為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器C_N,；橋管3,、4在電橋本體內(nèi)，分別為可調(diào)無感電阻R₃和定值無感電阻R₄與可調(diào)電容器C₄的并聯(lián)支路,，P為交流檢流計(jì),。在交流電壓的作用下，調(diào)節(jié)R₃和C₄使電橋達(dá)到平衡,，即通過檢流計(jì)P的電流為零,，此時(shí)有：

式中：

代人式(4-7)，經(jīng)過整理得：

由于tanδ?1,，所以有：

對(duì)于工頻電源,，ω=100π，為計(jì)算方便,，在設(shè)計(jì)電橋時(shí)取R₄=10⁴/πΩ,，于是由式(4-8)可得。

取C₄的單位為μF,，則在數(shù)值上,，tanδ=C₄。為方便讀數(shù),，實(shí)際中將電橋面板上可調(diào)電容器C₄的數(shù)值直接標(biāo)記成被試品的tanδ值,，例如將C₄=0.006μF標(biāo)成 tanδ=0.6%。

橋臂阻抗Z₁,、Z₂比Z₃,、Z₄大得多，所以正常工作時(shí)工作電壓主要作用在Z₁,、Z₂上,，它們被稱為高壓臂，而Z₃,、Z₄為低壓臂,，其作用電壓通常只有幾伏。但如果被試品或標(biāo)準(zhǔn)電容發(fā)生閃絡(luò)或擊穿時(shí),，在A,、B兩點(diǎn)可能出現(xiàn)高電位，為確保人身和設(shè)備安全,，在A,、B兩點(diǎn)對(duì)地之間各并聯(lián)一個(gè)放電電壓約為100~200V的放電管,，當(dāng)電橋達(dá)到平衡時(shí)，其相量圖如圖4-7所示,。

上述內(nèi)容介紹的是西林電橋的正接線,，被試品處于高壓側(cè),，兩端均對(duì)地絕緣，此時(shí)橋體處于低壓側(cè)，操作安全方便,。但是往往現(xiàn)場(chǎng)的電氣設(shè)備外殼一般都接地,，因此大多數(shù)情況下只能采用如圖4-8所示的反接線方式,，此時(shí)檢流計(jì)P及調(diào)節(jié)元件R₃,、C₄均處于高壓端，為了確保試驗(yàn)人員和儀器的安全,，必須采取可靠的保護(hù)措施,。

影響測(cè)量結(jié)果的主要因素

1.外界電場(chǎng)干擾

外界電場(chǎng)干擾包括試驗(yàn)用高壓電源和試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)高壓帶電體(例如變電所內(nèi)運(yùn)行的高壓母線等)所引起的電場(chǎng)干擾，因?yàn)樵谶@些高壓電源與電橋各元件及連線之間存在著雜散電容,，產(chǎn)生的干擾電流如果流過橋臂就會(huì)引起測(cè)量誤差,。

圖4-9所示為電場(chǎng)干擾示意圖，干擾電流I_g通過雜散電容C₀流過被試設(shè)備電容C_x,，因此當(dāng)電橋平衡時(shí),，所測(cè)得的被試品支路的電流I_x由于加上I_g而變成了C。如圖4-10所示,，當(dāng)干擾電流I_g大小不變而干擾源的相位發(fā)生變化時(shí),，I_g的軌跡是以被試品電流I_x的末端為圓心，以I_g為半徑的圓,。特別是當(dāng)干擾源相位變化的結(jié)果使I_g的相量端點(diǎn)落在陰影部分的圓弧上時(shí),，tanδ將變?yōu)樨?fù)值，這就意味著該情況下電橋在正常接線下已無法平衡,，只有把C₄從橋臂4換接到橋臂3與R₃并聯(lián)(即將倒相開關(guān)打到一tanδ的位置)才能使電橋平衡,，然后按照新的平衡條件計(jì)算出tanδ=-ωC₄R₃。

為避免干擾,，最根本的辦法是盡量離開干擾源或者加電場(chǎng)屏蔽,，即用金屬屏蔽罩或網(wǎng)將被試品與干擾源隔開，并將屏蔽罩與電橋本體相連,，以消除C₀的影響,。但在現(xiàn)場(chǎng)中往往難以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于同頻率的干擾,，還可以采用移相法或倒相法消除或減小對(duì)tanδ的測(cè)量誤差,。

移相法是工程中常用的消除干擾的有效方法，它主要是利用移相器來改變?cè)囼?yàn)電源的相位，從而使被試品中的電流I_x與I_g同相或反相,。因此測(cè)出的是真實(shí)的tanδ 值(即tanδ=ωC₄R₃),。通常在試驗(yàn)電源和干擾電流同相和反相兩種情況下分別測(cè)兩次tanδ值，然后取其平均值,。而正,、反相兩次所測(cè)得的電流分別為l_OA、I_OB,，因此被試品電容的實(shí)際值也應(yīng)為正,、反相兩次測(cè)得的平均值。

倒相法是移相法中的一種特殊情況,，測(cè)量時(shí)將電源正接和反接各測(cè)一次,，得到兩組測(cè)量結(jié)果C₁,、tanδ₁和C₂,、tanδ₂，根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)計(jì)算出電容C_X,、tanδ,。為了便于分析，假設(shè)電源的相位不變,，而干擾的相位改變180°,，所得到的結(jié)果與干擾相位不變而電源相位改變180°是一致的，由圖4-11可得：

當(dāng)干擾較弱時(shí)(即tanδ₁與tanδ₂相差不大,，C₁與C₂也相近),，式(4-12)可簡(jiǎn)化為

2. 外界磁場(chǎng)的干擾

如果試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)有母線電抗器、通信濾波器和其他漏磁通較大的設(shè)備,，則電橋受到磁場(chǎng)的干擾,，有可能在電橋閉合環(huán)路內(nèi)引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)環(huán)流，因而造成測(cè)量誤差,。為此,，在設(shè)計(jì)電橋時(shí)，要盡可能布置緊湊,，以縮小環(huán)路,，減小磁場(chǎng)干擾，理想情況下是將測(cè)量部分屏蔽起來,，但是想把整個(gè)測(cè)量臂都用笨重的鐵磁體屏蔽起來實(shí)際上是不可能做到的,。在現(xiàn)場(chǎng)遇到磁干擾時(shí)，只能使電橋遠(yuǎn)離磁場(chǎng)或轉(zhuǎn)動(dòng)電橋方向,，以求得干擾最小的方位,。若不能做到，還可以改變檢流計(jì)的極性開關(guān)進(jìn)行兩次測(cè)量，然后用兩次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果,，以此來減小磁場(chǎng)干擾的影響,。

3. 溫度的影響

溫度對(duì)tanδ有直接影響，影響的程度隨材料,、結(jié)構(gòu)的不同而異,。一般情況下，tanδ是隨溫度上升而增加的?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí),，設(shè)備溫度是變化的，為便于比較,，應(yīng)將不同溫度下測(cè)得的tanδ值換算至20℃,。應(yīng)當(dāng)指出，由于被試品真實(shí)的平均溫度很難準(zhǔn)確測(cè)定,，換算方法也不很準(zhǔn)確,，故換算后往往有很大誤差，因此,，應(yīng)盡可能在10~30℃的溫度下進(jìn)行測(cè)量,。

4.試驗(yàn)電壓的影響

一般來說，良好的絕緣在額定電壓范圍內(nèi),，tanδ值幾乎保持不變,，僅在電壓很高時(shí)才略有增加，如圖4-12中的曲線1所示,。當(dāng)絕緣內(nèi)部有缺陷時(shí),，當(dāng)所加電壓不足以使氣隙發(fā)生電離時(shí)，其tanδ值與電壓的關(guān)系跟良好絕緣相比較沒有差別,，但是當(dāng)外加電壓升高到能夠引起氣隙電離或發(fā)生局部放電時(shí),，tanδ值開始隨電壓的升高而迅速增大，電壓回落時(shí)的電離要比電壓上升時(shí)更強(qiáng)一些,，因而出現(xiàn)閉環(huán)曲線,，如圖4-12中的曲線2所示，曲線3是絕緣受潮的情況,，在較低電壓下,，tanδ已較大，隨電壓的升高,，tanδ繼續(xù)增大,，在逐步降壓時(shí)，由于介質(zhì)損失的增大已使介質(zhì)發(fā)熱溫度升高,，所以tanδ不能與原數(shù)值重合,，而以高于升壓時(shí)的數(shù)值下降,，形成開口環(huán)狀曲線。

5.被試品電容量的影響

對(duì)電容量較小的設(shè)備(套管,、互感器等),，測(cè)量tanδ能有效地發(fā)現(xiàn)局部集中性和整體分布性的缺陷。但對(duì)電容量較大的設(shè)備(如大中型發(fā)電機(jī),、變壓器,、電力電纜、電力電容器等),，測(cè)量tanδ只能發(fā)現(xiàn)絕緣的整體分布性缺陷,，因?yàn)榫植考行缘娜毕菟鸬膿p失增加僅占總損失的極小部分，因此用測(cè)量tanδ的方法來判斷設(shè)備的絕緣狀態(tài)就很不靈敏了,，對(duì)于可以分解為幾個(gè)彼此絕緣的部分的被試品,，應(yīng)分別測(cè)量其各個(gè)部分的tanδ值，這樣能更有效地發(fā)現(xiàn)缺陷,。

6. 被試品表面泄漏電流的影響

被試品表面泄漏可能影響反映被試品內(nèi)部絕緣狀況的tanδ值,。在被試品的C_x小時(shí)需特別注意。為了消除或減小這種影響,，測(cè)試前應(yīng)將被試品表面擦干凈,，必要時(shí)可加屏蔽,。