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1、第五节介质损耗因数(tan6)试验字体大中小 i介质损耗因数的物理意义绝缘介质在交流电压作用下会在绝缘介质内部产生损耗，这些损耗包括绝缘介质极化产 生的损耗、绝缘介质沿面爬电产生的损耗和绝缘介质内部局部放电产生的损耗等。由于绝 缘介质内部产生了损耗，所以造成施加在绝缘介质上的交流电压与电流之间的功率因数角不 再是90。我们把功率因数角的余角称为介质损失角，并用介质损耗因数(tan6)来表示绝 缘系统电容的介质损耗特性。1.1等效电路及电压、电流相量图绝缘介质在交流电压作用下产生介质损耗的等效电路见图5-2。其施加电压及介质损耗 电流的相量图见图5-6。图5-2和图5-6可进一步简化成图5-7。
2、 palig n = ce nter 图5-2绝缘介质的等效电路表5-2绝缘电阻测量结果产品规格kVA/kV绝缘电阻/MQ(每隔60s测一次)15s60s2x60s3x60s4x60s5x60s6x60s7x60s8x60s9x60s10x60s2233 7004 2004 5004 900000/38.5(1820000C)04234 7005 2006 0006 200000/60(21C)3006002076012 0002 3002 5002 600000/63(25C)5103185012 3002 5002 7002 800500/110(2362)036070012 3002 8
3、003 0003 2003 5003 9003 9003 9004 000000/220(3850)0370235 0007 0007 50080009 00010111212 000000/220(22C00050000000000)0150122 7003 0003 5003 7003 9003 9004 0004 0004 000000/330(32C30000)012020034 0005 0006 0007 0008 00090009 0009 0009 000000/500(28C000)0210134 2005 0006 0007 0008 0009 000101010 0000
4、00/500(32C80050000000)0300133 9004 7005 5006 1006 7007 3007 8008 3008 700000/500(31C60000)01.2介质损耗因数(tan 8)的表示方法由图5-7等效电路图和相量图可知，绝缘介质中的损耗可表示为W=UIcos =UIR = UICtan6,所以 tan6=Ir/IC0 为了便于比较，通常取tan6=Ir/Icx100%，即用tan& 来表示相对的介质损耗因数的大小。这样可以消除绝缘介质几何尺寸差异造成的影响，便于 比较和判定不同结构产品的绝缘性能。2 tan的电压温度特性2.1电压特性tan&与施加电压的关
5、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tan&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tan&值是基本重合的。当施加电压达到某一极限值时，tan&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tan&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， tan&曲线就会较早地向上弯曲，且电压上升和下降时测得的tan&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tan&反而比良好绝缘时要小，但tan&开始增长的电压较
6、低，即tan&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，tan&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tan&值 不相重合，见图5-8曲线4。2.2温度特性/rZri图5-6绝缘介质等值电流相量图I一吸收电流的无功分量Ip吸收电流的有功分量CR功率因数角&介质损失角(a)等效电路(b)等值电流相量图C 绝缘介质的总电容R 绝缘介质的总泄漏电阻IC 绝缘介质的总电容电流 CxIR 绝缘介质的总泄漏电流RX图5-8绝缘介质tan&的电压特性tan&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
7、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10C40C范围内，干燥产品的tan&增长较慢;温度高于40C, 则tan&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tan&, GB/T64511999国家标准规定了不同温度t下测量的tan&的换算公式。tan52=tan611-3(t1-t2)/10(5-2)式中tan&2油温为t2时的tg6值，%;tanQ油温为t1时的tg6值，。3 tand测量方法3.1测量仪器及测量电压变压器、互感器等产品的介质损耗因数（tan&）测量一般均采用高压西林电桥。使用比 较多的电桥型号有国产QS
8、1型（变压器tan&测量多采用此电桥）和瑞士进口 2801型。 两种电桥的基本原理是一样的（见图5- 9）,不同的是2801型电桥的R4可以调节，且主桥 外带有一套2911型自动电位调节器，该调节器可以自动消除不利的接地和测量导线局部电 容对tan&测量的影响。2801型电桥的测量范围和准确度为：使用桥内测量元件和100pF 标准电容器时，电容测量范围为0.01pF11pF,测量准确度为0.05%;tan&测量范围 为0350%，测量准确度为土0.5%。图5-9咼压西林电桥原理线路图Cx被测产品等效电容CN标准电容器R3、r、R4可变桥臂电阻C4可变桥臂电 容G5511（5512）电子式零指示
9、器（2801电桥）还有一类电容和介损测量仪在变压器、互感器等产品的介损tan&测量中应用很广。这 种测量仪采用矢量电流法测量电容和介质损耗因数。其原理是将CN和Cx两个回路电流输 入测量仪后，经微处理器进行数字运算，得到电容Cx和其介质损耗因数，便于实现自动化 测量。典型仪器有进口的2876电桥、2818电容介损测量仪和国产的2518介质损耗测 试仪。这类测试仪测量准确度比2801电桥稍低，但实现了全自动测量，操作简单，适合于 生产性试验测量。tan&测量电压：对于额定电压6kV及以下电压等级的产品（当要求测量tan&时），取 额定电压;对于额定电压为10kV35kV电压等级的产品（当要求测量
10、tan&时）取10kV; 对于额定电压为63kV及以上电压等级的产品取10kV，但最高不应超过产品最低电压绕 组额定电压的60%。3.2正接法测量西林电桥正接法只能测量两极对地绝缘的产品，如电流互感器、套管等，原理线路图见 图5- 10。测量方法和步骤如下。（1）预估试品电容和测量tan&电压下的电容电流，并根据试品电容和电容电流的大小 选择合适的电桥分流器和桥臂电阻R4（QS1型电桥R4等于10 000/n）。（2）按图5-10线路接线，并经认真检查无误后，先施加较低电压进行测量，然后再升 压至测量电压进行测量。(3) 测量时首先调节电桥的桥臂电阻R3,使电桥基本达到平衡，然后再调节电桥的桥
11、臂 电容C4和桥臂微调电阻r,使电桥完全达到平衡。(4) 读取、记录电桥R3(r)和C4测量值，然后根据电桥R4的取值和标准电容器CN的电 容值计算试品的电容和tan 6%0试品电容Cx的计算公式为：QS1电桥试品tan&的计算公式为：tan6=R wC (5-4)44当 R4取 1000/n Q, C4取 |JF 时，tan&=0.1C4, tan&% = 10C4；U图5-10正接法测量原理线路图PT电压互感器V电压表Utan&测量电压当 R4取 10 000/nQ，C4取 |jF 时，tan&=C4, tan&% = 100C4。3.3反接法测量对于变压器来说，由于其油箱是直接落在地面上
12、的，所以测量绕组对地的介质损耗因数 (tan&)不能采用正接法，只能采用反接法，原理线路图见图5-11。测量方法和步骤同正接法。但由于反接法测量时桥臂电阻R3、r、R4和C4均处于高电 位，因此，是用绝缘杆把操作元件引到电桥接地盖子上进行操作的(或人站在10kV绝缘 台子上操作)，故测量时必须时刻注意安全。4几点分析(1)由于变压器的tan&与产品使用的变压器油、绝缘材料的种类和性能以及产品制造 工艺有关，所以，不能用一种简单的关系来代表所有的情况。图5-11反接法测量原理线路图(2)由于变压器的tan&只能用来判断绝缘的整体特性，对判断绝缘的局部缺陷是不灵 敏的，所以，此项试验还有一定的局限性。正因为如此，所以，GB1094.11996标准只 规定有此试验项目，GB/T64511999标准只要求提供tan&实测数据，而没有规定具 体限值(330kV有限值规定)。GB/ T162741996标准要求提供tan&实测数据，而且 有具体限值规定。各企业可根据自己的制造工艺等积累这方面的数据和经验，并用以判断不 同产品的绝缘处字数4465
