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介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)試驗的意義
閱讀：5538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。當施加電壓達到某一極限值時， 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國家標準規(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線局部電容對tanδ測量的影響。2801型電橋的測量范圍和準確度為：使用橋內(nèi)測量元件和100pF標準電容器時，電容測量范圍為 0.01pF～11μF，測量準確度為±0.05%;tanδ測量范圍為0～350%，測量準確度為±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—標準電容器 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)認真檢查無誤后，先施加較低電壓進行測量，然后再升壓至測量電壓進行測量。
(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的取值和標準電容器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標準只規(guī)定有此試驗項目， GB/T6451—1999標準只要求提供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標準要求提供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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