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介質(zhì)損耗角正切值的測量

更新時(shí)間:2024-07-25      點(diǎn)擊次數(shù):840

介質(zhì)損耗角正切值的測量

介質(zhì)的功率損耗P介質(zhì)損耗角正tanδ成正比,所以后者是絕緣品質(zhì)的重要指標(biāo),測tanδ值是判斷電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的一項(xiàng)靈敏有效的方法。當(dāng)設(shè)備絕緣tanδ超過了4-1中的數(shù)值,就可能表示電介質(zhì)嚴(yán)重發(fā)熱,設(shè)備面臨發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。因此,當(dāng)tanδ超過設(shè)備絕緣預(yù)警值的時(shí)候,意味著絕緣存在嚴(yán)重缺陷,應(yīng)立即進(jìn)行檢修。

介質(zhì)損耗角正切值的測量


4-1 套管和電流互感器在某溫度時(shí)tanδ(%)最大容許值

電氣設(shè)備

大修后

運(yùn)行中

大修后

運(yùn)行中

大修后

運(yùn)行中

充油式

3.0

 4.0

 2.0 

 3.0

油紙電容式

 1.0

 1.5

0.8

1.0

膠紙式

3.0

 4.0

 2.0

 3.0

充膠式

2.0

 3.0

 2.0

 3.0

膠紙式或充油式

2.5

 4.0

 1.5

 2.5

1.0

1.5

電流互感器

充油式

3.0 

 6.0

 2.0

 3.0

充膠式

2.0

 4.0

 2.0

 3.0

膠紙電容式

2.5

 6.0

 2.0

 3.0

油紙電容式

 1.0

 1.5

0.8

1.0

tanδ能反映絕緣的整體性缺(例如,全面老)和小電容試品中的嚴(yán)重局部性缺陷。tanδ電壓而變化的曲線,可判斷絕緣是否受潮、含有氣泡及老化的程度。

該方法存在的主要問題:測量tanδ不能靈敏地反映大容量發(fā)電機(jī)、變壓器和電力電(它們的電容量都很)絕緣中的局部性缺陷,這時(shí)應(yīng)盡可能將這些設(shè)備分解成幾個(gè)部分,然后分別測量它們tanδ

1西林電橋測量法的基本原

西林電橋的原理接線如圖4-6所示。其中被試品以并聯(lián)等效電路表示,其等效電容和電阻分別為CxRx;R3為可調(diào)的無感;CN為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容;C4為可調(diào)電容;R4為定值無感電阻;P為交流檢流計(jì)。

介質(zhì)損耗角正切值的測量

在交流電壓U的作用下,調(diào)節(jié)R3C4,使電橋達(dá)到平衡,即通過檢流計(jì)P的電流為零,說明A、B兩點(diǎn)間無電位差,因

介質(zhì)損耗角正切值的測量

可得

介質(zhì)損耗角正切值的測量

橋臂CAAD中流過的電流相同,均為介質(zhì)損耗角正切值的測量;橋CBBD中流過的電流也相同,均為介質(zhì)損耗角正切值的測量。所以各橋臂電壓之比也即相應(yīng)的橋臂阻抗之比,故由(4-19)可寫出

介質(zhì)損耗角正切值的測量

介質(zhì)損耗角正切值的測量

分別代入式(4-20)中,并使等式兩側(cè)實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分分別相等,即可求得試品電Cx和等效電阻Rx。

介質(zhì)損耗角正切值的測量

介質(zhì)損耗角正切值的測量

介質(zhì)并聯(lián)等效電路的介質(zhì)損耗角正切值

介質(zhì)損耗角正切值的測量

如果被試品用rxKx的串聯(lián)等效電路表示,則Z1=rx+1/jωKx,代入(4-20)之后,也可以獲tanδ=ωKxrx=ωC4R4的結(jié)果。

因?yàn)?/span>ω=2πf=100π,如取R4=10000/πΩ,并取C4的單位μF,則(4-24)簡化為

介質(zhì)損耗角正切值的測量

為了讀數(shù)方便起見,可以將電橋面板上可以調(diào)電容C4μF值直接標(biāo)記成被試品的  tanδ值。

同時(shí),試品的電容CX也可以按下式求得

介質(zhì)損耗角正切值的測量

因?yàn)?/span>tanδ<<1。如果被試品用串聯(lián)等效電路表示,也可得出同樣的結(jié)果。

由于電介質(zhì)的tanδ值有時(shí)會隨著電壓的升高而起變化,所以西林電橋的工作電壓U不宜太低,通常采510kV。更高的電壓也不宜采用,因?yàn)槟菢訒黾觾x器的絕緣難度和影響操作安全。

通常橋臂阻抗Z1Z2要比Z3Z4大得多,所以工作電壓主要作用在Z1Z2上,因此它們被稱為高壓臂,而Z3Z4為低壓臂,其作用電壓往往只有數(shù)伏。為了確保人身和設(shè)備安全,在低壓臂上并聯(lián)有放電(A、B兩點(diǎn)對),以防止在R3、C4等需要調(diào)節(jié)的元件上出現(xiàn)高電壓。

介質(zhì)損耗角正切值的測量

電橋達(dá)到平衡的相量圖如圖4-7所示,其中x

介質(zhì)損耗角正切值的測量;介質(zhì)損耗角正切值的測量介質(zhì)損耗角正切值的測量分別為流過CXRX的電流,介質(zhì)損耗角正切值的測量;介質(zhì)損耗角正切值的測量介質(zhì)損耗角正切值的測量分別為流過C4R4的電流,介質(zhì)損耗角正切值的測量。由相量圖不難看出

介質(zhì)損耗角正切值的測量

電橋的平衡是通過R3C4來改變橋臂電壓的大小和相位來實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)際操作中,由于R3Z4相互之間也有影響,故需反復(fù)調(diào)節(jié)R3C4,才能達(dá)到電橋的平衡。

上面介紹的是西林電橋的正接線,可以看出,這時(shí)接地點(diǎn)放在D點(diǎn),被試C的兩端均對地絕緣。實(shí)際上,絕大多數(shù)電氣設(shè)備的金屬外殼是直接放在接地底座上的,換言之,被試品的一極往往是固定接地的。這時(shí)就不能用上述正接線來測量它們tanδ,而應(yīng)改用4-8所示的反接線法進(jìn)行測量。

介質(zhì)損耗角正切值的測量

在反接線的情況下,電橋調(diào)平衡的過程以及所得的tanδCX的關(guān)系式,均與正接線時(shí)無異。所不同者在于:這時(shí)接地點(diǎn)移C點(diǎn),原先的兩個(gè)調(diào)節(jié)臂直接換接到高電壓下,這意味著各個(gè)調(diào)節(jié)元(R3、C4)、檢流計(jì)P和后面要介紹的屏蔽網(wǎng)均處于高電位,故必須保證足夠的絕緣水平和采取可靠的保護(hù)措施,以確保儀器和測試人員的安全。

2 西林電橋測量法的電磁干擾

1.外界電場干擾

外界電場干擾主要是干擾電源(包括試驗(yàn)用高壓電源和試驗(yàn)現(xiàn)場高壓帶電)通過帶電設(shè)備與被試設(shè)備之間的電容耦合造成的。4-9a所示為電場干擾的示意圖。干擾電流Ig通過耦合電容C0流過被試設(shè)備電容Cx,于是在電橋平衡時(shí)所測得的被試品支路的電流Ix,由于加上Ig而變成了Ix在干擾電流Ig大小不變而干擾源的相位連續(xù)變化時(shí),Ig的軌跡為以被試品電流Ix的末端為圓心,以I為半徑的一個(gè)圓,如4-9b所示。在某些情況下,當(dāng)干擾結(jié)果使Ig的相量端點(diǎn)落在陰影部分的圓弧上時(shí),tanδ值將變?yōu)樨?fù)值,這時(shí)電橋在正常接線下已無法達(dá)到平衡,只有把C4從橋4換接到橋3R3聯(lián)(即將倒向開關(guān)打-tanδ的位),才能使電橋平衡,并按照新的平衡條件計(jì)算tanδ=-ωC4R3

介質(zhì)損耗角正切值的測量

為避免干擾,最根本的辦法是盡量離開干擾源,或者加電場屏蔽,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)場中往往難以實(shí)現(xiàn)。對于同頻率的干擾,還可以采用移相法或倒相法來消除或減小tanδ的測量誤差。

移相法是現(xiàn)場常用的消除干擾的有效方法,其基本原理是:利用移相器改變試驗(yàn)電源的相位,使被試品中的電流IxIg同相或反相,此時(shí)介質(zhì)損耗角正切值的測量,因此測出的是真實(shí)tanδ值,tanδ=ωC4R4,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兩次,然后取其平均值。而正、反相兩次所測得的電流分別為IOAIOB,因此被試品電容的實(shí)際值應(yīng)為正、反相兩次測得的平均值。

介質(zhì)損耗角正切值的測量

倒相法是移相法中的特例,比較簡便。測量時(shí)將電源正接和反接各測一次,得到兩組測量結(jié)果C1、tanδ1,C2、tanδ2,根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)計(jì)算出電Cxtanδ。為分析方便,可假定電源的相位不變,而干擾的相位改180°,這樣得到的結(jié)果與干擾相位不變電源相位改180°是一致的。由4-10 可得

介質(zhì)損耗角正切值的測量

介質(zhì)損耗角正切值的測量

當(dāng)干擾不大,即tanδ1tanδ2相差不大、C1C2相差不大時(shí),式(4-28)可簡化

介質(zhì)損耗角正切值的測量

即可取兩次測量結(jié)果的平均值,作為被試品的質(zhì)損耗角正切值。

2.外界磁場干 8

外界磁場干擾主要是測試現(xiàn)場附近有漏磁通較大的設(shè)備(電抗器、通信的濾波器等)時(shí),其交變磁場作用于電橋檢流計(jì)內(nèi)的電流線圈回路而造成的。為了消除磁場干擾,可設(shè)法將電橋移到磁場干擾范圍以外。若不能做到,則可以改變檢流計(jì)極性開關(guān),進(jìn)行兩次測量,用兩次測量的平均值作為測量結(jié)果,以減小磁場干擾的影響。

3西林電橋測量法的其他影響因素

1.溫度的影響

溫度對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。現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí),設(shè)備溫度是變化的,為便于比較,應(yīng)將不同溫度下測得tanδ換算20應(yīng)當(dāng)指出,由于被試品真實(shí)的平均溫度是很難準(zhǔn)確測定的,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1030的溫度下進(jìn)行測量。

2.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,如4-11中的曲 1所示。

介質(zhì)損耗角正切值的測量

如果絕緣內(nèi)部存在空隙或氣泡時(shí),情況就不同了,當(dāng)所加電壓尚不足以使氣泡電離時(shí),其tanδ值與電壓的關(guān)系與良好絕緣沒有什么差別;但當(dāng)所加電壓大到能引起氣泡電離或發(fā)生局部放電時(shí),tanδ值即開始U的升高而迅速增大,電壓回落時(shí)電離要比電壓上升時(shí)更強(qiáng)一些,因而會出現(xiàn)閉環(huán)狀曲線,如4-11中的曲2所示。如果絕緣受潮,則電壓較低時(shí)tanδ值就已相當(dāng)大,電壓升高時(shí)tanδ更將急劇增大;電壓回落時(shí)tanδ也要比電壓上升時(shí)更大一些,因而形成不閉合的分叉曲線,如4-11中的曲3所示,主要原因是介質(zhì)的溫度因發(fā)熱而提高了。求tanδ電壓的關(guān)系,有助于判斷絕緣的狀態(tài)和缺陷的類型。

3.試品電容量的影響

對電容量較小的設(shè)備(套管、互感器、耦合電容器),測tanδ能有效地發(fā)現(xiàn)局部集中性的和整體分布性的缺陷。但對電容量較大的設(shè)(如大、中型發(fā)電機(jī),變壓器,電力電纜,電力電容器等),測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失增加只占總損失的極小部分,這樣用測tanδ的方法來判斷設(shè)備的絕緣狀態(tài)就很不靈敏了。對于可以分解為幾個(gè)彼此絕緣的部分的被試品,應(yīng)分別測量其各個(gè)部分tanδ值,這樣能更有效地發(fā)現(xiàn)缺陷。

4.試品表面泄漏的影響

試品表面泄漏電阻總是與試品等效電阻RX并聯(lián)著,顯然會影響所測得tanδ值,這在試品CX較小時(shí)尤需注意。為了排除或減小這種影響,在測試前應(yīng)清除絕緣表面的積污和水分,必要時(shí)還可在絕緣表面上裝設(shè)屏蔽極。



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