介质损耗试验

图3 西林电桥原理接线图
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CN
图3中，被试品以并联等值电路表示，其等值电容和电阻分别为 C X C 和 RX ； R3 为可调的无感电阻； N 为高压标准电容器的电容； 4 为可调 C 电容； R4 为定值无感电阻；P为交流检流计。调节 R3 和C4 ，使电桥达到 平衡，即通过检流计P的电流为零,此时有
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• 3）试验电压的影响（图4）： tgδ • 曲线1—良好绝缘在额定电压下， 值几乎 tgδ • 不变 。 • 曲线2—若绝缘存在空隙或气泡时， tgδ 当所加 • 电压尚不足以使气泡电离时，其4 tgδ 与试验电压的典型 图 与良好 关系曲线 • 绝缘时无差别，但若所加电压能引 起气泡电 24 • 离或发生局部放电时， 随U的 升高而迅速
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如图1所示，当不存在电场时，这些偶极子杂乱无章地排序着，宏观 电矩等于零，整个电介质对外不表现极性。当出现电场后偶极子沿电场 方向转动，因而出现极性，这种极化称为偶极化和转向极化。 它是非弹性的,极化过程中需要消耗一定的能量。
图1 偶极子极化
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4）夹层极化 ） 由于介电常数和电导率的多种电解质组成的结缘结构，在加上外电场 后各层电压将从开始是按介电常数分布逐渐过渡到稳定时按电导率分布。 在电压重新分布过程中，夹层截面上会聚集起一些电荷，使整个介质等 值电容增大，这种极化称为夹层极化。 各种极化见表1。
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1）电子式极化 ） 当物质原子里的电子轨道受到外电场作用时，它将相对于原子核产生位移， 这就是电子式极化 电子式极化。当外电场撤掉后，依靠正负电子间的吸引力，作用中心 电子式极化 又马上重合，整体呈现非极性，所以这种极化没有损耗。 2）离子式极化 ） 固体无机化合物多属离子式结构，如云母、陶瓷材料等。无外电场作用时， 每个分子正负离子的作用中心是重合的，故不呈现极性。离子式极化也属于 弹性极化，几乎没有损耗。 3）偶极子极化 ） 偶极子是一种特殊的分子，它的正负电荷的中心不相重合，好像分子的一 端带有正电荷、另一端带有负电荷一样，因而形成一个永久性的偶极矩。例 如、蓖麻油、橡胶、胶木等都是常用的极性绝缘材料。
1） 测量变压器tanδ时，要求将被测绕组分别短路，非被测 绕组也应短路接地，以免由于绕组的电感造成各侧绕组端 部和尾部电位相差较大，影响测量的准确度。 2）外界电磁场的干扰影响：一种是由于存在杂散电容。另一 种是由于 交变磁场感应出干扰磁场。 消除方法：将电桥的低压臂和检流计用金属网和屏蔽电缆 线加以屏蔽。 3） 温度的影响：一般tanδ随温度的增高而增大。
• 采用电桥进行变压器tanδ试验时， 为便于历次比较，所施加试验电压的标准 为：对于额定电压为10kV及以上的变压器， 无论是已注油还是未注油的均为10kV;对 于额定电压为10kV以下的变压器，试验电 压应不超过绕组的额定电压。1000V以下 的绕组可不进行tanδ试验。
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2.2
测量的影响因数
R 4 = 10000 / π (Ω )
tgδ = C4
图3中，A,B两处接有放电管V，目的是防止 R3 、 C4 上出现高电压。
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Tanδ测量方法的意义 测量方法的意义
• 介质损耗因数的测量，目前已被广 泛应用于高压电气设备的出厂检验和运 行设备的状态检修试验中，实践证明， 该项目对于发现绝缘整体受潮、老化等 分布性缺陷或绝缘中有气隙放电时较为 灵敏，需指出的是，当绝缘内的缺陷不 是分布式的缺陷而是集中性的，特别是 被试设备体积越大或者集中性缺陷所占 的比例越小时，测试越不灵敏。 • Tanδ试验对发现中小型变压器（容量 90000kVA以下）的绝缘整体受潮比较
功分量
& I C ，即
& & & I = I R + IC
图2 介质在交流电压作用下的电流向量图及功率三角形
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从图2中可以看出,此时的介质损耗功率：(请将文中所有tgδ全部改 为tanδ)
P = UI cos ϕ = UI R = UI C tgδ = U 2ωC p tgδ
式中，ω —电源角频率； ϕ —功率因数角； δ —介质损耗角； 介质损耗角 δ 为功率因数角 ϕ 的余角，其正切 tgδ 又可称为介质损耗 因数，常用百分数（％）来表示。 通常均采用介质损耗角正切 tgδ 作为综合反映电介质损耗特性优劣的 一个指标，测量和监控各种电力设备绝缘 tgδ 的值已成为电力系统中 绝缘预防性试验最重要的项目之一。 如果介质损耗主要由极化所引起，则常采用串联等值电路 ；若介质损
几乎没 有 有 有
1.3 电介质损耗 在直流电压的作用下，电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压 还没有打到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电导引起，所以用 体积电导和表面电导率两个物理量就已能充分说明问题，不必再引入介质 损耗这个概念了。 在交流的作用下，在交流电压下，流过电介质的电流 I& 包含有功分量 I&R 和无
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五、分析判断
•
(1)依据《规程》进行判断。《规程》 规定20℃时tanδ测量值不应大于下表中 所列的数据。
• (2) tanδ值与历次测量数值比较，不应 有显著变化（一般不大于30%）。现场 实测经验表明，测量tan8值虽小于表711所列数据，但较往年试验数据有较大 变化的变压器往往有异常，因此不能单 靠tanδ的数值来判断，而应比较变压器
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•
如某双绕组变压器的tanδ和Cx的测 和 的测 如某双绕组变压器的 量结果列于表7-9 量结果列于表
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由计算结果可以看出，tanδ与tanδ偏大，即低压绕 组对地及高压绕组对地的tanδ较大，这可能是由于高 压绕组和低压绕组对铁芯的绝缘受潮所致。高压绕组 -低压绕组之间的tanδ较小，说明高、低压绕组之间 的绝缘是良好的
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可以求得试品电容C X 和等值电阻 RX
CX = R4C N R3 (1 + ω 2C4 2 R4 2 )
R3 (1 + ω 2C4 2 R4 2 ) RX = ω 2C4 R4 2CN
介质并联等值电路的介质损耗角正切
1 tgδ = = ωC4 R4 ωCx Rx
因为 ω = 2π f = 100π
耗由电导引起，常采用并联等值电路。
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因为介质损耗角值 δ 一般都很小，cos δ ≈ 1 ，所以
P = U 2ωCS tgδ
用两种等值电路所得出的和P理应相同。若U、Cs、ω已知，P最后取决 于 tgδ ，即可以用 tgδ 大小表示P。 2 介质损耗正切角的测量 2.1 西林电桥原理 tgδ 的测量常采用高压交流平衡 电桥（西林电桥），不平衡电桥， 或低功率因素瓦特表来测量、这里 主要介绍西林电桥。 西林电桥的接线如图3所示，被 试品以并联等值电路表示。
课 程题目
tan 介质损耗（角）正切角 δ试验
1
目
介质的极化、 1 介质的极化、电导和介质损耗 1.1 介质的极化 1.2 电介质的电导 1.3 电介质损耗 2 介质损耗正切角的测量 2.1 西林电桥原理 2.2 测量的影响因数
录
2
1 介质的极化、电导和介质损耗 介质的极化、 1.1 介质的极化 具有极性分子的电介质称为极性电介质，而中性分子构成的电解质 称为中性电介质。前者是即使没有外电场的作用其分子本身也具有电矩 的电介质。介质的相对介电常数：
U CA / U AD = U CB / U BD
由于通过桥臂CA和AD，CB和BD的电流分别均为 I1 和 臂电压之比即相应的桥臂阻抗之比 ，即：
Z1Z 4 = Z 2 Z 3
I2
，所以各桥
式中
Z1 = 1 1 + jωC X RX
Z2 =
1 jωC N
Z 3 = R3
Z4 =
1 1 + jωC4 R4
ε r = εε
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εr综合反映电介质极化的一个物理量。在20oC时工频电压下气体介质 εr接近于1，液态和固体电介质大多在2~6之间。 最基本的极化形式有电子式极化 离子式极化 偶极子极化 电子式极化、离子式极化 偶极子极化等三 电子式极化 离子式极化和偶极子极化 种，此外还有夹层极化 夹层极化和空间极化等。 夹层极化
表1 各种极化
极化种类 电子式极 化 离子式极 化 偶极子极 化 夹层极化
产生场合 任何电介 质 离子结构 电介质 极性电介 质 多层介质 交界面
所需时间 10-15s
能量损耗 无
产生原因 束缚电子 运行轨道 偏移 离子的相 对偏移 偶极子的 定向排列 自由电子 移动
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10-13s 10-10s~102s 10-1s~数小 时
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谢谢大 家!
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tgδ
如果绝缘受潮，则电压较低时，tgδ 就已经相当大，电压升高 时，tgδ 更将急剧增大；电压回落时， tgδ 也要比电压上升时 更大一些，因而形成了不闭合的分叉曲线。 tg 4）试品电容量的影响：对于电容量较小的试品， δ 测量能 有效的发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但对电容量 tg 较大的试品， δ 测量只能发现整体分布性缺陷，此时要把它 分解成几个彼此绝缘部分的被试品，分别测量各部分的值， 能有效的发现缺陷。 5）试品表面泄露(漏）的影响：由于试品表面泄露(漏）电阻 总是与试品等值电阻 RX相并联，所以会影响 RX 值。为了排除 或减小这种影响，在测试前应先清楚绝缘表面的积污和水分， 必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。
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测量三绕组变压器的tanδ即Cx 的接线图如下
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对于新投或大修后的变压器．一般要求按表7-7项目全部进行测量， 以积累原始数据。当投入运行后，双绕组变压器只测1、2项，三绕组 变压器只测1、2、3项。当发现有明显异常时，可对全部项目进行测量， 并通过计算，找出异常的确切部位。
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二、试验电压的选择