測(cè)量tanδ使用較普遍的儀器有ZJD-87高壓電橋介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測(cè)試儀。
(一)高壓電橋
高壓電橋的種類(lèi)很多,但原理都相同。其原理接線(xiàn)如下圖所示。圖中CN是無(wú)損標(biāo)準(zhǔn)空氣電容器;C4是可變十進(jìn)位電容箱;G是檢流計(jì);R3是可變無(wú)感電阻;Zx是被試物阻抗。
當(dāng)電橋平衡時(shí),橋臂AC與BC,AD與BD的電壓降相等,故橋臂阻抗關(guān)系為
式中:ZX、Z3、ZN、Z4為電橋各臂的復(fù)阻抗,當(dāng)把被試品用RX與CX并聯(lián)的等值電路代替時(shí),并依電橋平衡條件可得
化簡(jiǎn)上式,并使等式兩邊的實(shí)部與虛部分別相等,即可求得
(3-5)
因tan2δ <<1,可略去,則
(3-6)
在使用的頻率f=50Hz時(shí),ω=2Πf=100Π,為便于計(jì)算,在儀器制造時(shí),即將R4的數(shù)值定為10000/Π,那么tanδ=C4,C4的單位符號(hào)為μF。
CX的測(cè)量對(duì)判斷絕緣狀況也是有價(jià)值的,如電容式套管,CX明顯增加,表示內(nèi)部電容層間有短路或水分侵入。
1.試驗(yàn)接線(xiàn)方式
(1)止接線(xiàn)。下圖 (a)為高壓電橋的正接線(xiàn),被試品兩極對(duì)地均應(yīng)絕緣。在試驗(yàn)室中采用此法進(jìn)行絕緣材料的試驗(yàn)較準(zhǔn)確,試驗(yàn)時(shí)對(duì)操作人員無(wú)險(xiǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)如被試設(shè)備可以對(duì)地絕緣起來(lái),應(yīng)盡量使用此法以保證測(cè)量數(shù)值的可靠:
(2)反接線(xiàn)。下圖(b)為高壓電橋的反接線(xiàn),因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備往往一端固定地,故適宜用這種接線(xiàn)方式,此時(shí),R3、C4處于高電壓下,要保證安全操作,須使電橋和操作者一起處在絕緣板上(即對(duì)地絕緣起來(lái)),或置于法拉第籠里面,使操作者與R3、C4處于等電位;或由操作者使用絕緣桿來(lái)調(diào)節(jié)。國(guó)產(chǎn)ZJD-87型電橋即屬此類(lèi),其調(diào)節(jié)手柄能保證人身安全。
為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確,需要消除來(lái)自外界的干擾,tanδ測(cè)量過(guò)程中可能會(huì)受到兩種干擾,一種是電場(chǎng)干擾,是由周?chē)鷰щ姴糠滞ㄟ^(guò)與橋臂間的電容耦合產(chǎn)生干擾電流,干擾電流流入橋臂造成的干擾誤差;另一種為磁場(chǎng)干擾主要由附近的交變磁場(chǎng)作用于檢流計(jì)線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而引起測(cè)量誤差。
通??刹扇∠铝写胧┫驕p小電場(chǎng)的干擾:提高試驗(yàn)電壓以提高信噪比,相對(duì)降低干擾電流的影響;盡量用正接線(xiàn);加設(shè)屏蔽即在被試品高壓部分加屏蔽罩,并將屏蔽罩與電橋的屏蔽相連,以消除耦合電容的影響:采用移相法或倒相法即測(cè)量時(shí)在試驗(yàn)電源為正,反相位下各測(cè)量一次,電源反相時(shí)相當(dāng)于電源的相位不變而將干擾電流反相。
干擾磁場(chǎng)主要由大電流母線(xiàn)、電抗器、阻波器和其他漏磁較大的設(shè)備產(chǎn)生。在干擾磁場(chǎng)的作用下,組成電橋試驗(yàn)回路的各個(gè)環(huán)路都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這種外磁場(chǎng)還會(huì)直接作用于檢流計(jì)回路,產(chǎn)生測(cè)量誤差,為消除磁場(chǎng)對(duì)檢流計(jì)的影響,可移動(dòng)電橋位置使之遠(yuǎn)離干擾源,或?qū)蝮w就地轉(zhuǎn)動(dòng)改變角度,找到干擾最小的方位,再取檢流計(jì)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“接通Ⅰ"和“接通Ⅱ"兩位置測(cè)兩次取平均值。
試驗(yàn)時(shí),被試品的表面應(yīng)當(dāng)干燥、清潔,以消除表面電導(dǎo)電流的影響。
此外,被試品表面泄漏的影響也必須注意,勿使其影響到反映被試品內(nèi)部絕緣狀況的tanδ值。這點(diǎn)在被試品電容Cx小時(shí)更須注意,除被試品表面清潔外,可用加屏蔽法消除泄漏影響。
2.測(cè)量時(shí)的注意事項(xiàng)
(1)測(cè)量tanδ是一項(xiàng)高電壓試驗(yàn),無(wú)論采用何種接線(xiàn)方式,電橋橋體外殼應(yīng)用足夠截面的導(dǎo)線(xiàn)可靠接地。對(duì)橋體或標(biāo)準(zhǔn)電容器的絕緣應(yīng)保持良好狀態(tài)。
(2)反接線(xiàn)測(cè)量時(shí),橋體內(nèi)部及三根引出連線(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)電容器外殼均帶高壓,應(yīng)注意安全距離,導(dǎo)線(xiàn)對(duì)接地物的距離不小于100~150mm。
(3)為防止檢流計(jì)損壞,應(yīng)在檢流計(jì)靈敏度低時(shí)接道或斷開(kāi)電源。
(4)對(duì)能分開(kāi)的被試品應(yīng)盡量分開(kāi)測(cè)試。因?yàn)楫?dāng)休積較大的設(shè)備中存在局部缺陷時(shí),測(cè)量總體的tanδ值不易反映出這些局部缺陷:而對(duì)體積較小的設(shè)備,測(cè)tanδ值就容易發(fā)現(xiàn)局部缺陷。
(二)數(shù)字化測(cè)量方法
高壓電橋測(cè)量tanδ時(shí),由于受到現(xiàn)場(chǎng)電磁場(chǎng)的干擾,有時(shí)很難將電橋調(diào)節(jié)平衡,數(shù)字化測(cè)量tanδ是采用數(shù)字化技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電橋的平衡,實(shí)際的測(cè)景原理大多仍是用標(biāo)準(zhǔn)電容器和電阻與被試品進(jìn)行比較的模擬方法,不僅可以很容易地調(diào)節(jié)平衡,而且可以防止外界干擾,提高了測(cè)景的準(zhǔn)確度。
新型的介質(zhì)損耗測(cè)試儀型號(hào)較多,在此不能一一介紹,但與高壓電橋相比一般都具有如下特點(diǎn):
(1)操作簡(jiǎn)單,自動(dòng)測(cè)量,自動(dòng)打印測(cè)量結(jié)果。
(2)測(cè)量精度高,抗干擾能力強(qiáng)。
(3)采用多種安全防護(hù)措施,保障試驗(yàn)人員的安全和設(shè)備的完好性
(4)功能強(qiáng)大。
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