介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量?jī)x（廠家）——介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)淺析

1 介質(zhì)損耗因數(shù)的基本概念

1.1 電介質(zhì)損耗的組成

電介質(zhì)損耗由以下三部分組成：

1. 電導(dǎo)損耗。當(dāng)給電介質(zhì)施加交流電壓時(shí)，電介質(zhì)中 會(huì)有電導(dǎo)電流流過(guò)，電介質(zhì)因此而發(fā)熱產(chǎn)生損耗，通常這 部分電流都很小。

2. 游離損耗。電介質(zhì)中局部電場(chǎng)集中處（如固體電介 質(zhì)中的氣泡，氣體電介質(zhì)中電極的jian端等），當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度 高于某一值時(shí)，介質(zhì)局部就會(huì)產(chǎn)生放電，同時(shí)伴隨能量損耗。

3. 極化損耗。由于介質(zhì)結(jié)構(gòu)的不均勻，在交流電場(chǎng)作 用下，使不均勻介質(zhì)邊界面上的電荷，時(shí)而積聚，時(shí)而消失， 電荷積聚和消失都要通過(guò)介質(zhì)內(nèi)部，這樣就造成了一定的 能量損耗。

1.2 介質(zhì)損耗因數(shù)的定義

與介質(zhì)損耗不同的是，介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ 只與材料的性質(zhì)有關(guān)，而與材料的尺寸已經(jīng)體積大小等外部因素?zé)o關(guān)， 這樣可以便于不同設(shè)備之間進(jìn)行比較。

1.3 介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)?zāi)康?/span>

1. 能較為靈敏地發(fā)現(xiàn)中小型電容量電氣設(shè)備的絕緣整 體受潮、老化、油質(zhì)劣化和局部缺陷。

2. 能非常靈敏地發(fā)現(xiàn)絕緣油質(zhì)量的優(yōu)劣。

3. 對(duì)容量較大的電氣設(shè)備，若絕緣缺陷占據(jù)的體積只 占總體積的一小部分，則測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)較難發(fā)現(xiàn)設(shè)備 存在的絕緣缺陷。所以我們?cè)跍y(cè)量大型變壓器整體的介質(zhì) 損耗因數(shù)之后，還應(yīng)再測(cè)量其電容型套管的介質(zhì)損耗因數(shù)， 原因后面會(huì)具體解釋。

2 測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)的儀器

測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)常用的儀器有西林電橋、M 型介質(zhì) 試驗(yàn)器、電流比較型電橋三類(lèi)，本文主要介紹第一類(lèi)和第三類(lèi)。

2.1 西林電橋

西林電橋是 80 年代以前廣泛使用的現(xiàn)場(chǎng)介損測(cè)試儀器， 它有兩種接線方式，正接線和反接線。

2.1.1 正接線

試品兩極對(duì)地均絕緣，此方法在日常試驗(yàn)中經(jīng)常使用， 如對(duì)電容型套管、耦合電容器、電容式互感器等電氣設(shè)備 均采用正接線方式測(cè)量 tanδ。正接線使用時(shí)，電橋處于低 電位，測(cè)量結(jié)果比反接線方法正確，電橋三根導(dǎo)線（出線） 處于低電位。在被試品具有足夠絕緣水平時(shí)，允許施加大 于 10kV 的電壓作為試驗(yàn)電壓，但必須使用與額定電壓相適 應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電容器。

2.1.2 反接線

多數(shù)高壓電氣設(shè)備外殼都是直接地的，對(duì)于一極接地的電氣設(shè)備應(yīng)采用反接線方式測(cè)量 tanδ。反接線使用時(shí)， 電橋和出線均處于高電位，對(duì)地應(yīng)保持一定的安全距離， 最少不應(yīng)低于 10cm。電橋面板上的接地端子必須牢固接地。

由于西林電橋使用比較麻煩，且抗干擾能力差，因此目 前電氣試驗(yàn)工作已不再將西林電橋作為測(cè)量 tanδ 的儀器。

2.2 相位差法抗干擾全自動(dòng)介損測(cè)試儀

相位差法介損儀是攜帶型西林電橋的更新?lián)Q代產(chǎn)品。 把標(biāo)準(zhǔn)電容器和升壓變壓器組合在一起，稱(chēng)為一體化。此 種介損儀采用現(xiàn)代微電子技術(shù)以提高測(cè)量精度和自動(dòng)顯示， 采用紅外技術(shù)和光纖傳遞以提高抗干擾能力，如 AI-6000 型自動(dòng)抗干擾精密介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x。與西林電橋相比，相 位差法介損儀具有操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)測(cè)量、無(wú)須換算、精度高、 抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，儀器內(nèi)部附有標(biāo)準(zhǔn)電容器及升壓裝 置，便于攜帶。

3 影響介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量結(jié)果的因素

介質(zhì)損耗因素不僅受到設(shè)備缺陷和電磁場(chǎng)干擾的影響， 還受到溫度、試驗(yàn)電壓、試品電容的影響。

3.1 溫度的影響

溫度對(duì) tanδ 測(cè)量的影響較大，絕大多數(shù)情況下，同一 種被試品的 tanδ 隨著溫度的升高而增大。但由于不同絕緣 介質(zhì)或不同潮濕程度有著不同的隨溫度變化的規(guī)律，一般 無(wú)法將某一溫度下測(cè)得的介質(zhì)損耗因數(shù)值準(zhǔn)確換算至另一 溫度下的數(shù)值，在 20℃至 80℃之間，tanδ 隨著溫度而變 化的經(jīng)驗(yàn)公式為 tanδ=tanδ0e α（t-t0），但這種溫度換算方法 所得的數(shù)據(jù)也只是近似的。最好在 10℃至 30℃范圍內(nèi)并與 歷史試驗(yàn)測(cè)量時(shí)相近的溫度下對(duì)設(shè)備進(jìn)行 tanδ 測(cè)量。

3.2 試驗(yàn)電壓的影響

對(duì)絕緣良好的設(shè)備而言，在一定試驗(yàn)電壓范圍內(nèi)，流 過(guò)絕緣介質(zhì)的電流有功和無(wú)功分量隨著電壓的增加成比例 增加，因此介質(zhì)損耗因數(shù)不會(huì)有明顯變化。但對(duì)于絕緣有 缺陷的設(shè)備來(lái)說(shuō)，當(dāng)電壓上升到介質(zhì)的局部放電起始電壓 以上時(shí)，介質(zhì)中夾雜氣泡或雜質(zhì)的部分電場(chǎng)可能很強(qiáng)，會(huì) 首先放電，產(chǎn)生附加損耗，使測(cè)得的介質(zhì)損耗因數(shù)值增加。 因此在較高電壓下測(cè)量 tanδ，可以較為真實(shí)地反映出設(shè)備的絕緣狀況，便于及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣存在的缺陷。

3.3 tanδ 與試品電容的關(guān)系

對(duì)于如套管、電壓互感器、電流互感器等電容量比較 小的設(shè)備，測(cè)量其介質(zhì)損耗因數(shù)可以有效發(fā)現(xiàn)其存在的局 部集中性缺陷和整體分布性缺陷。但若集中性缺陷的體積 所占被試設(shè)備絕緣體積的比重很小，如大、中型變壓器等 大體積設(shè)備的局部缺陷，其引起的損耗只占總損耗中的極 小部分，則測(cè)量其介質(zhì)損耗因數(shù)不能靈敏的反映絕緣缺陷， 應(yīng)盡量進(jìn)行分解試驗(yàn)。下面通過(guò)公式來(lái)解釋這一現(xiàn)象。設(shè) 備絕緣由多種材料、多種部件構(gòu)成，可以看作是由許多并 聯(lián)等值回路組成。

電容量對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)的影響。 在測(cè)量多材料、多結(jié)構(gòu)、多層絕緣介質(zhì)的絕緣性能時(shí)，當(dāng) 其中某一種或某一層的絕緣介質(zhì)損耗因數(shù)偏大時(shí)，并不能有效地在總介質(zhì)損耗因數(shù)值中反映出來(lái)，或者說(shuō)介質(zhì)損耗因數(shù)對(duì)反映絕緣的局部缺陷不靈敏。

介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量?jī)x（廠家）可以用于科研機(jī)關(guān)，學(xué)校，例如一些科研院所，大專(zhuān)院?；蛴?jì)量測(cè)試部門(mén)的實(shí)驗(yàn)室需要用介電常數(shù)儀對(duì)絕緣材料的介質(zhì)損耗角正切tanδ及介電常數(shù)進(jìn)行測(cè)試；北京智德創(chuàng)新檢測(cè)儀器同時(shí)也適用于工廠或單位，例如一些工廠對(duì)無(wú)機(jī)非金屬新材料性能的應(yīng)用進(jìn)行研究，另外在電力、電工、化工等領(lǐng)域，如：電廠、電業(yè)局實(shí)驗(yàn)所、變壓器廠、電容器廠、絕緣材料廠、煉油廠等單位對(duì)固體及液體絕緣材料的介質(zhì)損耗和相對(duì)介電常數(shù)ε的質(zhì)量檢測(cè)等等。

      符合標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T1409-2006測(cè)量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法；
GB/T1693-2007硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測(cè)定方法；
ASTM D150-11實(shí)心電絕緣材料的交流損耗特性和電容率（介電常數(shù)）的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法；
GBT5594.4-2015電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測(cè)試方法；