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1、关于介质损耗的一些基本概念1、介质损耗什么是介质损耗：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。2、介质损耗角6在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角（功率因数角e）的余角（c）。简称介损角。3、介质损耗正切值tg6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。介质损耗因数的定义如下:介质扌员耗因数tg被测试品的有功功斡被测试品的无功功率Q如果取得试品的电流相量I和电压相量U,则可以得到如下相量图:总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR合成，因此：介质损耗因数他=工mo%二器xiao%=-xioo
2、%这正是损失角6=（90-e）的正切值。因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量6或者e得到介损因数。测量介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。绝缘能力的下降直接反映为介损增大。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。测量介损的同时，也能得到试品的电容量。如果多个电容屏中的一个或几个发生短路、断路，电容量就有明显的变化，因此电容量也是一个重要参数。4、功率因数cose功率因数是功率因数角e的余弦值，意义为被测试品的总视在功率S中有功功率P所占的比重。功率因数的定义如下:被测试品的有功功率戸1nno/被测试品的视在功率&有的介损测试仪习惯显
3、示功率因数(PF:cose)，而不是介质损耗因数(DF:tgC)。一般cosetg6，在损耗很小时这两个数值非常接近。5、高压电容电桥高压电容电桥的标准通道输入标准电容器的电流、试品通道输入试品电流。通过比对电流相位差测量tg6，通过出比电流幅值测量试品电容量。因此用电桥测量介损还需要携带标准电容器、升压PT和调压器。接线也十分烦琐。国内常见高压电容电桥有：型号生产厂家性能2801Haefely西林电桥，手动调节，介损相对误差0.5%，试验室使用。其改进型为2809A。QS30上海沪光厂电流比较仪电桥，手动调节，介损相对误差0.5%0.00005，试验室使用。QS1上海电表厂西林电桥，手动调节
4、，介损相对误差10%0.003,现场测量用。支持正反接线，移相或到相抗干扰。AI-6000分体型泛华电子自动调节，红外线遥控，介损相对误差0.2%0.00005，现场或试验室用。支持正反接线，移相或倒相抗干扰。配合变频电源可变频抗干扰。6、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。AI-6000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。国内常见高压介质损耗测量仪有：型号生产厂家性能2816H
5、aefely高压输出12kV/200mA,介损误差1%0.0001（抗干扰方式、指标不祥，估计是移相），正反接线方式，C/L/R测量，总重量104kg。M4000DOBLE高压输出10kV/300mA，介损误差1%0.0004（变频抗干扰，20倍），正反接线方式，C/L/R测量，笔记本+WINDOWS,4570Hz，重量66kgoAI-6000泛华电子10kV/200mA，介损误差1%0.0004,变频法4565Hz，抗干扰2：1,正、反（含咼、低压侧屏蔽）接线方式，CVT自激法，C/L/R测量，模拟西林电桥和电流比较仪电桥，试验室介损精度达到精密电桥标准，29kgo7、外施使用外部高压试验电
6、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。8、内施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。9、正接线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。10、反接线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11、常用介损仪的分类现常用介损仪有西林型和M型两种，QS1和AI-6000为西林型。12、常用抗干扰方法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。13、准确度的表示方法tg：(l%D+0.0004)Cx：(1
7、%C+1pF)+前表示为相对误差，+后表示为绝对误差。相对误差小表示仪器的量程线性度好，绝对误差小表示仪器的误差起点低。校验时读数与标准值的差应小于以上准确度，否则就是超差。14、抗干扰指标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。AI-6000在200%干扰(即I干扰/I试品W2)下仍能达到上述准确度。介损与频率的关系及变频测量原理(泛华电子)1、变频测量原理干扰十分严重时，变频测量能得到准确可靠的结果。例如用55Hz测量时，测量系统只允许55Hz信号通过，50Hz干扰信号被有效抑制，原因在于测量系统很容易区别不同频率，由下述简单计算可以说明
8、选频测量的效果：两个频率相差1倍的正弦波叠加到一起，高频的是干扰，幅度为低频的10倍：Y=1.234sin(x+5.678)+12.34sin(2x+87.65)在x=0/90/180/270。得到4个测量值Y=12.4517，Y=-11.1017，Y=12.2075,Y=-13.5576，计算A=Y-Y=2.4559，B=Y-0123130Y=0.2442,则:2C=tg(B/A)=5.378JV=2+B2/2=1.234这刚好是低频部分的相位和幅度，干扰被抑制。实际波形的测量点多达数万，计算量很大，结果反映了波形的整体特征。2、频率和介损的关系任何有介损的电容器都可以模拟成RC串联和并联两
9、种理想模型：(1)并联模型认为损耗是与电容并连的电阻产生的。这种情况RC两端电压相等：p=有功功率RQ=|“十、=toi：U无功功率并联模型其中=2nf,f为电源频率。可见，如果用真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话，它与频率成反比。当R=-时，没有有功功率，介损为0。这种方法常用于试验室模拟10%以上的大介损，或用于制做标准介损器。串联模型认为损耗是与电容串连的电阻产生的。这种情况电路的电流相等：有功功率P=，Q=Z戈电容容抗丄=丄无功功率CmC串联模型因此由上分析可知，串联模型tg6=2nfRC,并联模型tg6=1/(2nfRC)，R和C基本不变，f是变化量。把45Hz、50Hz、55
10、Hz分别代入公式，可看到tgC分别随频率f成正比和反比。如下图所示，f对完全正比和完全反比两种模型影响较大。但实际电容器是多种模型交织的混合模型，此时f的影响就小。3. 实际电容试品：(1)固定频率下测量实际电容试品在一个固定频率下，即可以用串连模型也可以用并联模型表示。例如50Hz下，下面两个电路对外呈现的特性完全一样:lOOOOpF100k1113.2强*9101.7pFtgS=31.4%Z=100-318jkC不同的电桥测量这两个试品，其介损都是31.4%，但西林电桥(2801或QS1)测量的电容量是lOOOOpF,电流比较仪电桥(如QS30)测量的电容量是9101.7pF。这是因为28
11、01电桥认为试品损耗是串连模型，QS30认为试品是并联模型。通常认为并联模型更接近实际情况，这是因为有功电流穿过电极之间的绝缘层，更象是损耗电阻并联在电极之间，而电极本身电阻为零，没有损耗。实际上当介损在10%以下时，这种电容量的差别是很小的。(2)变频测量从事现场试验的专家都有这样的经验：使用传统仪器，如QS1，在干扰严重的现场环境下测量介损，采用移相、倒相方法反复测量，仍无法使电桥平衡。随着电压等级提高，干扰越来越严重。这种情况下变频测量是一个很好的、甚至是唯一的选择。变频测量的抗干扰能力比移相、倒相法提高一个数量级以上。这好比两个电台在同一个频率上，很难将另一个信号抑制掉，但如果两个电台
12、的频率不同，则很容易区分。4、自动变频与50Hz等效变频测量受到的唯一怀疑是频率的等效性。按上述模型，介损是随频率变化的。例如50Hz下1%的介损，采用55Hz测量。串联模型的测量结果变成1.1%（正比），并联模型测量结果变成0.91%（反比）。虽然这样的误差可能满足现场测量的要求，但误差还是偏大。为了解决这个问题，我们首先提出了双变频测量原理：在50Hz对称位置45Hz和55Hz各测量一次，然后将测量数据平均，使误差大大减小。理论分析结果如下表所示：模型50Hz真实介损45Hz测量介损55Hz测量介损平均串连1%0.9%1.1%1%并联1%1.111%0.909%1.010%可见最大误差发生
13、在并联模型，相对误差1%。以上分析表明，采用双变频测量，即发挥了变频测量的高抗干扰能力，理论上的最大相对误差也小于1%，可以满足现场测量需要。也可以采用47.5Hz、52.5Hz双变频测量，理论误差将减少到0.25%，但这时的抗干扰能力肯定不如45Hz.55Hz好。实际测量显示，变频测量的数据十分稳定，重复性特别好。试验室校验也显示了很好的精度指标。目前变频测量的原理已经得到普遍认可。测量介损时常用的抗干扰方法（泛华电子）1、干扰源介损测量受到的主要干扰是感应电场产生的工频电流。无论何种测量方式，它都会进入桥体：一般介损仪都能抗磁场干扰，因为内部的升压变压器就是一个强烈的磁场干扰源。2、倒相法
14、测量一次介损，然后将试验电源倒相180度再测量一次，然后取平均值。倒相法是抗干扰最简单的方法，也是效果最差的方法。因为两次测量之间干扰电流或试品电流的幅度会发生波动，会引起明显误差。一般干扰电流不超过试验电流2时，这种方法是很有效的。3、移相法一种方法是采用大功率移相电源，调整试验高压的相位，使试品电流与干扰电流方向相同或相反这样干扰电流影响减小，再配合倒相测量，能大大提高测量精度。另一种方法是采用小功率移相电源，从R3桥臂上抵消干扰电流，再配合倒相测量，能大大提高测量精度。通常在升压之前先检测干扰电流的大小和方向，然后调整移相电源。由于测量过程中无法再了解干扰的信息，因此测量过程中干扰或电源
15、发生相位波动，仍会引起明显误差。一般干扰电流不超过试验电流20时，这种方法是很有效的。4、变频法干扰十分严重时，变频测量能得到准确可靠的结果。例如用55Hz测量时，测量系统只允许55Hz信号通过，50Hz干扰信号被有效抑制，原因在于测量系统很容易区别不同频率，由下述简单计算可以说明变频测量的效果：两个频率相差1倍的正弦波叠加到一起，高频的是干扰，幅度为低频的10倍：Y=1.234sin(x+5.678)+12.34sin(2x+87.65)在x=0/90/180/270得到4个测量值Y=12.4517，Y=-11.1017，Y=12.2075，Y=-13.5576，0123计算A=Y-Y=2.4559，B=Y-Y=0.2442，则：1302=tg_1-|=5.a78nV=7a2+Ba=1.234这刚好是低频部分的相位和幅度，干扰被完全抑制。变频测量
