变压器介质损耗讲义word精品

变压器绕组连同套管介质损耗试验

一、介质损耗的定义及意义

电介质就是绝缘材料。当研究绝缘物质在电场作用下所发生的物理现象时，

把绝缘物质称为电介质；而从材料的使用观点出发，在工程上把绝缘物质称为绝缘材料。既然绝缘材料不导电，怎么会有损失呢？我们确实总希望绝缘材料的绝缘电阻愈高愈好，即泄漏电流愈小愈好，但是，世界上绝对不导电的物质是没有的。任何绝缘材料在电压作用下，总会流过一定的电流，所以都有能量损耗。把在电压作用下电介质中产生的一切损耗称为介质损耗或介质损失。

如果电介质损耗很大，会使电介质温度升高，促使材料发生老化（发脆、分

解等），如果介质温度不断上升，甚至会把电介质熔化、烧焦，丧失绝缘能力，导致热击穿，因此电介质损耗的大小是衡量绝缘介质电性能的一项重要指标。

然而不同设备由于运行电压、结构尺寸等不同，不能通过介质损耗的大小来衡量对比设备好坏。因此引入了介质损耗因数tg S （又称介质损失角正切值）的概念。

介质损耗因数的定义是：被试品的有功功率比上被试品的无功功率所得数

值。

介质损耗因数tg S只与材料特性有关，与材料的尺寸、体积无关，便于不同设备之间进行比较。

当对一绝缘介质施加交流电压时，介质上将流过电容电流11、吸收电流12

和电导电流13，如图所示。其中反映吸收过程的吸收电流，又可分解为有功分量和无功分量两部分。电容电流和反映吸收过程的无功分量是不消耗能量的，只有

电导电流和吸收电流中的有功分量才消耗能量。

为了讨论问题方便，可进一步将等值电路简化为由纯电容和纯电阻组成的并

联和串联电路。我们就采用它的并联电路来分析

当绝缘物上加交流电压时，可以把介质看成为一个电阻和电容并联组成的等 值电路，如图21(a )所示。根据等值电路可以作出电流和电压的相量图，如图 2 (b )所示

(a) (b)

图2 在绝缘物上加交流电压时的等值电路及相量图

(a )介质等值电路

(b )等值电路电流、电压相量 由相量图可知，介质损耗由| 产生，夹角• 介质损失角，其正切值为

R

介质损耗为

U 2

P=—= U% Ctg6

R

由上式可见，当U 、f 、C 一定时，P 正比于tg ，所以用tg 来表征介质损 耗。

测量的tg 、：灵敏度较高，可以发现绝缘的整体受潮、劣化、变质及小体积 设备的局部缺陷。

二、 变压器介质损耗的目的

测量变压器绕组连同套管的介质损耗角正切 tg S 时，主要用于更进一步检查 变压器整体是否受潮、绝缘油及纸是否劣化等严重的局部缺陷，以及绕组上是否 附着油泥等杂质。

三、 变压器介质损耗的测量方法

常用的方法有QS1西林电桥测量法、数字式介质损耗测试仪等。 1. QS1西林电桥法

西林电桥的两个高压桥臂，分别由试品 ZN 及无损耗的标准电容器CN 组成；

|R

I C

大时，| 就越大，故称•

R

tg 、」二-

I C U/COC

1 CR

I

U

|C C

R |R

两个低压桥臂，分别由无感电阻 R3及无感电阻R4与电容C4并联组成，如图2 所示。图中Cx , Rx 为被测试样的等效并联电容与电阻，R3、R4表示电阻比例 臂，CN 为平衡试样电容Cx 的标准，C4为平衡损耗角正切的可变电容

图3西林电桥测量原理图 各桥臂的导纳为

调节R3、C4使电桥达到平衡时，应满足

R^C 1 R 3C N V tg 2

若C 4

以"F 计，贝U C

4

当tan 氏＜0.1时，试样电容可近似地按下式计算：

C

x =£±C N

R

3

因此，当桥臂电阻R3, R4和电容CN ，C4已知时就可以求得试样电容和损

j Cx

Y N 二

j C N

丫4

R3

R 4

j C 4

即

由上式可得:

tg

1 CxRx

=C4R4

注：A+jB=O

为了读取方便, 可令

Rr 10

'

JI

则 tan * = R 4C 4 =100二 10°C 4 二 C 4 106

D

丫

丫 x Y 4 二 Z

耗角正切。

2■数字式介质损耗测试仪

数字式介损测试仪基本测量原理是基于传统西林电桥的原理基础上，测量系 统通过标准侧R4和被试侧R3分别将流过标准电容器和被试品的电流信号进行高

速同步采样，经模数（A/D ）转换装置测量得到两组信号波形数据，再经计算处 理中心分析，分别得出标准侧和被试侧正弦信号的幅值、 相位关系，从而计算出

被试品的电容量及介损值。

智能型电桥的测量回路还是一个桥体，如下图所示

图4智能型电桥原理图

R3 R4两端的电压经过A/D 采样送到计算机，求得：

试品阻抗：

zx_

lx - fe X u7X joCn

进一步计算可得：

Cx 二-^-X^XCn

恥 Un

介损值可通过测量Ux 与Un 之间的相位计算得出tg S 值。测量相位的方法有

In

_ In

=

~RT

ix

lx Rs

80%

很多种，如过零比较法，波形分析法（FFT 变换）等等，也可采用测量有功分量 和无功分量的方法来求得tg S 值。

四、变压器介质损耗的接线方式

用上述测量方法，常用的接线方式有正接线和反接线两种。对于现场没有末 屏的电气设备，都采用的是反接线进行测量。所以变压器采用反接线方式测量。 如下图所示。

这是一种标准反接线接法，在试品接地，桥体 U 端接地，E 端为高压端，在 需要屏蔽的场合，E 端也可用于屏蔽。此时桥体处于高电位， R3、C4需通过 绝缘杆调节。

这种方式桥体处于高电位，仪器内部高低压之间需要做好绝缘防护措施。同 时操作者应站在绝缘垫上进行操作，电桥外壳必须可开接地。

五、变压器介质损耗的影响 因素

介质损耗因素不仅受到设备缺陷和电磁场干扰的影响，还受到温度、电压、 频率等的影响。

1. 温度的影响

tg S 与温度的关系，随着介质的组成成分和结构的不同而有显著差异。一般 不能将某一温度下所测的tg S 准确换算至另一温度下的数值，因为不同绝缘介 质或不同潮湿程度，各有不同的随温度变化的规律。目前一些温度换算方法所得 的数据也只是近似的。因此，tg S 测量工作最好在10〜30C 范围内并与前次测 量时相近的温度下进行，且符合《规程》的规定： “进行绝缘试验时，被试品温

度不应低于+5C ，户外试验应在良好的天气进行，且空气相对湿度一般不高于

2. 频率的影响

当频率为零时，tg S 亦为零。在一定的频率范围内，tg S 随着频率的增加而 增加。这是由于介质极化的时间与交流半周期时间相等时， 产生的介质损耗最大。

若频率再增咼时，则