关于介质损耗的一些基本概念

关于介质损耗的一些基本概念

（泛华电子）

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

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：

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。

介损与频率的关系及变频测量原理

（泛华电子）

1、变频测量原理

干扰十分严重时，变频测量能得到准确可靠的结果。例如用55Hz 测量时，测量系统只允许55Hz 信号通过，50Hz 干扰信号被有效抑制，原因在于测量系统很容易区别不同频率，由下述简单计算可以说明选频测量的效果：

两个频率相差1倍的正弦波叠加到一起，高频的是干扰，幅度为低频的10倍：

Y=1.234sin(x+5.678°)+12.34sin(2x+87.65°)

在x=0/90/180/270°得到4个测量值Y 0=12.4517，Y 1= -11.1017，Y 2=12.2075，Y 3= -13.5576，计算A=Y 1 - Y 3=2.4559，B=Y 0 - Y 2=0.2442，则：

这刚好是低频部分的相位和幅度，干扰被抑制。实际波形的测量点多达数万，计算量很大，结果反映了波形的整体特征。

2、频率和介损的关系

任何有介损的电容器都可以模拟成RC 串联和并联两种理想模型： (1) 并联模型

认为损耗是与电容并连的电阻产生的。这种情况RC 两端电压相等：

有功功率

，

无功功率 ，

因此

并联模型

其中ω＝2πf ，f 为电源频率。可见，如果用真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话，它与频率成反比。当R=∞时，没有有功功率，介损为0。

这种方法常用于试验室模拟10％以上的大介损，或用于制做标准介损器。 (2) 串联模型

认为损耗是与电容串连的电阻产生的。这种情况电路的电流相等：

有功功率

，

无功功率

，

因此

串联模型

由上分析可知，串联模型tg δ=2πfRC ，并联模型tg δ=1/(2πfRC)，R 和C 基本不变，f 是变化量。把45Hz 、50Hz 、55Hz 分别代入公式，可看到tg δ分别随频率f 成正比和反比。如下图所示，f 对完全正比和完全反比两种模型影响较大。但实际电容器是多种模型交织的混合模型，此时f 的影响就小。

3. 实际电容试品： (1) 固定频率下测量

实际电容试品在一个固定频率下，即可以用串连模型也可以用并联模型表示。例如50Hz 下，下面两个电路对外呈现的特性完全一样：