介质损耗

电介质在交变电场作用下，所积累的电荷有两种分量：(1)有功功率。

一种为所消耗发热的功率，又称同相分量；(2)无功功率，又称异相分量。

异相分量与同相分量的比值即称为介质损耗。

通常用正切tanδ表示。

tanδ=1/WCR(式中W为交变电场的角频率；C为介质电容；R为损耗电阻)。

介电损耗角正切值是无量纲的物理量。

可用介质损耗仪、电桥、Q表等测量。

对一般陶瓷材料，介质损耗角正切值越小越好，尤其是电容器陶瓷。

仅仅只有衰减陶瓷是例外，要求具有较大的介质损耗角正切值。

橡胶的介电损耗主要来自橡胶分子偶极化。

在橡胶作介电材料时，介电损耗是不利的；在橡胶高频硫化时，介电损耗又是必要的，介质损耗与材料的化学组成、显微结构、工作频率、环境温度和湿度、负荷大小和作用时间等许多因素有关。

电介质损耗（dielectric losses ）：电介质中在交变电场作用下转换成热能的能量。

这些热会使电介质升温并可能引起热击穿，因此，在电绝缘技术中，特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合，应尽量采用介质损耗因数（即电介质损耗角正切tgδ，它是电介质损耗与该电介质无功功率之比）较低的材料。

但是，电介质损耗也可用作一种电加热手段，即利用高频电场（一般为0.3～300 兆赫）对电介质损耗大的材料（如木材、纸、陶瓷等）进行加热。

这种加热由于热量产生在介质内部，比外部加热的加热速度快、热效率高，且加热均匀。

频率高于300兆赫时，达到微波波段，即为微波加热（家用微波炉即据此原理）。

电介质损耗按其形成机理可分为弛豫损耗、共振损耗和电导损耗。

前两者分别与电介质的弛豫极化和共振极化过程有关。

对于弛豫损耗，当交变电场的频率ω＝1／τ时，介质损耗达到极大值，τ为组成电介质的极性分子和热离子的弛豫时间。

对于共振损耗，当电场频率等于电介质振子固有频率（共振）时，损失能量最大。

电导损耗则是由贯穿电介质的电导电流引起，属焦耳损耗，与电场频率无关。

电容介质损耗和电流电压相位角之间的关系
又称介电相位角。

反映电介质在交变电场作用下，电位移与电场强度的位相差。

在交变电场作用下，根据电场频率、介质种类的不同，其介电行为可能产生两种情况。

对于理想介质电位移与电场强度在时间上没有相位差，此时极化强度与交变电场同相位，交流电流刚好超前电压π/2。

对于实际介质而言，电位移与电场强度存在位相差。

此时介质电容器交流电流超前电压的相角小于π/2。

由此，介质损耗角等于π/2与介质电容器交流电流超差电压的相角之差。

介质损耗角是在交变电场下，电介质内流过的电流向量和电压向量之间的夹角（即功率向量角ф）的余角δ，简称介损角。

介质损耗角（介损角）是一项反映高压电气设备绝缘性能的重要指标。

介损角的变化可反映受潮、劣化变质或绝缘中气体放电等绝缘缺陷，因此测量介损角是研究绝缘老化特征及在线监测绝缘状况的一项重要内容。

介质损耗检测的意义及其注意问题
（1）在绝缘设计时，必须注意绝缘材料的tanδ 值。

若tanδ 值过大则会引起严重发热，使绝缘加速老化，甚至可能导致热击穿。

而在直流电压下，tanδ 较小而可用于制造直流或脉冲电容器。

（2）值反映了绝缘的状况，可通过测量tanδ=f(ф)的关系曲线来判断从良状态向劣化状态转化的进程，故tanδ的测量是电气设备绝缘试验中的一个基本项目。

（3）通过研究温度对tanδ值的影响，力求在工作温度下的tanδ值为最小值而避开最大值。

（4）极化损耗随频率升高而增大，尤其电容器采用极性电介质时，其极化损耗随频率升高增加很快，当电源中出现高次（如3次、5次）谐波时，就很容易造成电容器绝缘材料因过热而击穿。

（5）用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的tanδ必须很小，否则所测冲击电压通过电缆后将发生严重的波形畸变，影响到测量的准确性。

测量介质损耗角正切值tg的意义
介质损耗角正切值又称介质损耗因数或简称介损。

测量介质损耗因数是一项灵敏度很高的试验项目，它可以发现电力设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积被试设备贯通和未贯通的局部缺陷。

例如：某台变压器的套管，正常tg值为0.5％，而当受潮后tg值为3.5％，两个数据相差7倍；而用测量绝缘电阻检测，受潮前后的数值相差不大。

由于测量介质损耗因数对反映上述缺陷具有较高的灵敏度，所以在电工制造及电力设备交接和预防性试验中都得到了广泛的应用。

变压器、发电机、断路器等电气设备的介损测试《规程》都作了规定。

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δ
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Φ)的余角(δ)。

简称介损角。

3、介质损耗正切值tgδ
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:
如果取得试品的电流相量和电压相量，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：
这正是损失角δ=(90°-Φ)的正切值。

因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量δ或者Φ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cosΦ
功率因数是功率因数角Φ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:
有的介损测试仪习惯显示功率因数(PF:cosΦ)，而不是介质损耗因数(DF:tgδ)。

一般
cosΦ<tgδ，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tgδ，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，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：
7、外施
使用外部高压试验电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
tgδ：±（1%D+0.0004）
Cx：±（1%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≤2）下仍能达到上述准确度。

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