高电压综合实验报告(3)

实验三 介质损耗角正切值（tgδ）的测量

一、 实验目的

1． 掌握测量电气设备绝缘的tgδ和Cx的原理和方法；

2． 了解自动精密电桥的结构和原理，学习使用自动精密电桥测量绝缘介质损耗的方法；

二、 实验内容

1． 使用正接法测量油浸单相式电压互感器的高压绕组对低压绕组、铁芯和外壳的介质损耗角正切值tgδ和电容量Cx；

2． 使用正接法测量套管的介质损耗角正切值tgδ和电容量Cx。

三、 实验说明

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。通过测量介损，可以反应出绝缘的一系列缺陷，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、绝缘老化等等，通过对同一电气设备tgδ的历史数据分析，还可以掌握设备绝缘性能的发展趋势。

测量介损的同时，也能测量试品的电容量。试品的电容量的改变，也能够反映出试品的绝缘状况，因此电容量也是一个重要参数。

介质损耗是绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化效应，在其内部引起的能量损耗，也叫介质损失，简称介损。

介质损耗角δ是在交变电场作用下，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。

介质损耗角正切值tgδ也称为介质损耗因数，定义如下：

介质损耗因数（tg?)?被测试品的有功功率P

被测试品的无功功率Q图2-3-1分别是试品电路图（a），相量图(b)和等值电路图(c)：

图2-3-1绝缘的等值电路和相量图

由相量图中可知，总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR，因此损耗角δ=(90°-Φ)，所以tgδ=IR/IC

测量tgδ的方法主要有平衡电桥法（QS1、QS3西林电桥）、不平衡电桥法、瓦特表法和相敏电路法。本实验中采用平衡电桥法，并使用新型的AI6000分体式自动精密电桥取代传

统的QS1型高压西林电桥，其工作原理与高压西林电桥相似。

接线最常用的是正接法和反接法。当试品两端对地绝缘时既可以采用正接法也可以采用反接法，当被试品一端固定接地时只能采用反接法。因此在测量时，必须根据试品具体情况选取合适的接线方式，在实验室中常常采用正接法接线，在现场测试中常常采用反接法接线，本书中着重介绍正接法接线方式。

正接法测量绝缘介质tgδ的原理图：

图2-3-2 正接法原理图

反接法测量绝缘介质tgδ的原理图：

图2-3-3 反接法原理图

图中：

U：高压输出 Cx、Rx：试品的电容和电阻(串联等值电路) R3：可调电阻 G：检流计

R4：固定电阻 CO：标准电容（50±1PF） C4：可调电容 R：保护电阻

P：屏蔽

（1）油浸单相式电压互感器的介质损耗测量

电压互感器在电力系统的电能计量、继电保护、自动控制等装置中用于变换电压，运行数量多，而且长期处于工作状态，其工作可靠性对于整个系统的安全运行具有重要的意义。目前电力系统中运行的电压互感器按绝缘结构可分为电磁式电压互感器、串级式电压互感器和电容式电压互感器三种。电磁式电压互感器又可分为油浸单相、油浸三相五柱式、浇注式电压互感器，多用于35kV及以下的电压等级。35～110kV电压互感器多为串级式电压互感器，更高电压等级的多为电容式电压互感器。

基于篇幅所限，本书仅介绍油浸单相式电压互感器的高压绕组对低压绕组、铁芯和外壳及套管绝缘的介质损耗角正切值（tgδ）的测量方法。

电压互感器tgδ的测量是判断电压互感器绝缘状况的重要手段之一。测量互感器的介质损耗tgδ能够灵敏的发现绝缘受潮、劣化及套管绝缘损坏等缺陷。

（2）110kV穿墙套管的介质损耗测量

套管是电力系统广泛应用的一种电力设备，它的作用是使高压引线安全穿过墙壁或设备箱体与其它电力设备相连接。套管的使用场所决定了其结构要有较小的体积和较薄的绝缘厚度，由于套管法兰处的电场强度较高，长期运行过程中容易出现套管绝缘劣化受潮等缺陷，严重影响电力设备安全运行。

套管tgδ和电容量的测量是判断套管绝缘状况的重要手段之一。由于套管体积较小，电容量较小（几百pF），因此测量其tgδ可以较为灵敏地反映套管劣化受潮及某些局部缺陷。测量套管的电容量也可以发现套管电容芯层局部击穿、严重漏油、测量小套管断线及接触不良等缺陷。

四、 实验装置和接线图

1．实验装置：

AI6000分体式自动精密电桥 1台 标准电容器 1只

10kV电压互感器 1只 110kV套管 1只

50kV工频变压器及控制箱 各1台 50kV静电电压表 1台

2．原理图：正接法原理图请参看图2-3-2，反接法原理图请参看图2-3-3 3．正接法测量绝缘tgδ的接线图：

图2-3-4 正接法测量介质损耗因数接线图

4．反接法测量绝缘tgδ的接线图

图2-3-5 反接法测量介质损耗因数接线图

五、 实验步骤

1． 按照图2-3-4中正接线方式接线。注意测量电压互感器介质损耗接线时需将高压绕组两端短接后接高压输出、低压绕组两端短接后接通道2。

2． 打开接收器与测量单元的电源开关，接收器对准测量单元光通讯器窗口，按下“显示”键，此时接收器和测量单元进入工作状态。

3． 使用接收器调节测量单元的相应参数。 4． 接通试验电源，缓慢升压至10kV。

5． 30秒后按下接收器“保持”键读取并记录相应数据。

6． 降压至零，对试品进行放电，冷却5分钟后，重复步骤2-5。 7． 重复试验获得3组以上的试验数据，并记录之。

六、 实验报告要求

1． 记录相关试验数据，描述tgδ随着温度变化的趋势。 2． 要求将电压互感器试验测试结果与《规程》给出参考值进行比较，判断其绝缘状况。参考值见表2-3-1

表2-3-1 电压互感器tgδ（％）参考值 试品 高压绕组 电压等级 35kV以上 大修后 运行中 大修后 运行中 温度 (°C) 5 1.5 2.0 2.0 2.5 10 2.0 2.5 2.5 3.5 20 2.5 3.5 3.5 5.0 30 4.0 5.0 5.5 7.5 40 6.0 8.0 8.0 10.5 50 60 70 （必要时）tgδ值（％）与历年数值比较不应有显著变化 注 电压互感器 35kV以下 3． 查阅表2-3-2，要求将套管的试验数据进行温度换算之后，根据表2-3-3进行比较，判断其绝缘状况。

4． 套管tgδ温度换算表

表2-3-2 套管tgδ温度换算系数表

实验温度(°C) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (胶纸)电容型 1.21 1.20 1.19 1.17 1.16 1.15 1.14 1.13 1.11 1.10 充胶型 1.25 1.24 1.22 1.21 1.20 1.19 1.17 1.16 1.15 1.14 充油型 1.17 1.16 1.15 1.15 1.14 1.13 1.12 1.11 1.11 1.10

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