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提高介质损耗准确度的方法
2021-04-06

     介质损耗是绝缘介质在交流电场作用下的能量损失,在一定的电压和频率下,反映绝缘介质内单位体积中能量消耗的大小,它与介质体积尺寸大小无关,数值上为介质中的电流有功分量与无功分量的比值,它的大小用介质损失角的正切值tgδ表示,是一个无量纲的数。
用介质损失角的tgδ来判断电力设备的绝缘状况是一种传统的、比较灵敏有效的方法,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。
1 介质损耗产生的原因
由复合材料绝缘体的等值电路图(下图)可分析得出,凡是带有电阻性的电路,其能量的转变是以能量消耗的形式出现。而带有电容电路中能量的转变是以能量储存的形式出现,能量并没有消耗,在一定条件下又可进行转换被释放出来,所以能量被损耗的是电阻电路的那一部分,称为有功分量。电容电路中被储存的那一部分,称为无功分量,能量并没有消耗,向量图如下:
2 介质损失的物理意义
在交流电路中,电压的大小和方向是随时间的变化而变化的,这个变化的过程,意味着介质在电场的作用下产生极化,即产生电荷的积累、消失、偶极子极化方向的改变以及它们之间的相互摩擦等,这个过程都会发生能量消耗。加上电容并非“理想电容”,对电容性电路充电也回发生能量损耗,所以,无论绝缘介质的绝缘性能多么好,在交流电场作用下,都会发生能量的消耗,也就是说,任何绝缘介质都存在损耗,只是大小不同而已。
3 介质损失角δ的意义
由向量图可以看出,δ的正切值为电路中有功分量与无功分量之比,有功部分越大,则δ越大。有功部分越小,则δ越小,因此,可以利用δ的大小来反映有功分量的大小,即反映出介质损耗的大小,在一定频率下的交流电场中,当某一定电压施加给某一绝缘介质,某损耗与tgδ成正比,tgδ能反映介质的损耗特性,故δ称介质损耗角。
4 提高测量tgδ值准确度的方法
在现场测试tgδ值时,由于被试物受电场、磁场、表面泄漏的影响,使得测试tgδ很困难,往往由于这些干扰的作用,使得tgδ值不真实,同时,被试品绝缘材料、结构不同,环境和运行状况温度不同,tgδ值受温度的影响也很大,因此,要在测试中正确得出tgδ值,必须排除外界各种因素干扰,将不同温度下的tgδ值进行换算,以获得真实被试品tgδ值,为判断被试品绝缘提供准确的依据。
4.1 除电场干扰
(1)屏蔽法,此法只适于试品体积小的设备(如变压器套管),在试验中,将试品用金属罩或金属网罩住,并将金属网罩接入屏蔽E或地,使干扰电流不流经测量系统,只进入屏蔽或直接入地,这样可使tgδ不受外界电场影响。
(2)倒相法,将试验电源的选取轮流由A、B、C三相分别选择,并且每相又在正反两种极性下测出试品介损值tgδ1和tgδ2,在三相中选取tgδ1和tgδ2中差值最小的一组,然后取其平均值作为试品的tgδ近似值,这种的试验结果是近似的,其近似程度与二者相位有关,所以比较精确的方法是移相法。
(3)移相法,由于干扰电源一定时,干扰电源的相位也是一定的,我们采用移相器使试验电源进入被试品中的电流是可变的,调节移相器,使被试品中的电流与干扰电源电流同同相或反相即可使测得的tgδ与真实值一致。反相再测一次,取其平均值,此法与倒相法相比,倒相法每次倒相一次只能将试验电源相位移相120°,而移相法则可利用移相器使电源从0°~360°范围内变化,所以倒相法是移相法的一种特例。
4.2 除表面泄露
当试品电容量较小且表面受潮脏污时,消除表面泄漏对tgδ值的影响是很重要的,一般在现场试验时,用软裸金属线或金属片紧贴试品表面绕成屏蔽环并与电桥的屏蔽相接,使表面泄漏电源不经桥臂而直接引回电源,屏蔽环的装设应尽量靠近被试品的接线端,以减小对原电场分布的改变。
4.3 消除磁场干扰
在试验前,先检查是否有磁场干扰,为了减小干扰,通常使电桥远离干扰源。
4.4 温度对tgδ值的影响
试品的tgδ值是随温度上升而增加的,为了便于比较设备绝缘情况,在不同温度下所测得的tgδ值都应当归算至20℃,通常tgδ的试验在10℃~30℃的温度下进行,其结果核算后比较准确。

    油浸式电力变压器绕组的tgδ允许值(%)
注:同一变压器中压和低压绕组的tgδ标准与高压绕组相同
另外,测量得到的tgδ值(%)与历年的数值比较不应有显著变化,当被测变压器的温度与制造厂试验时的温度不同时,应将制造厂所测数据换算到试验温度下的数据再进行比较,当由较高温度向较底温度换算时应除以下表所列的温度换算系数。

    油浸式电力变压器绕组tgδ的温度换算系数
5 tgδ结果的分析
除了电磁干扰及温度对tgδ测量有影响外,试验电压、试品电容对tgδ的影响也是存在的,tgδ与介质温度、湿度、表面脏污、缺陷体积大小有关,对tgδ的分析,可判断绝缘普遍受潮、绝缘油或固体有机绝缘材料普遍老化,通过tgδ与试验电压关系曲线,还可判定绝缘介质中是否存在较多气隙。

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