高电压技术实验报告
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实验二.介质损耗角正切值的测量
一.实验目的:
学习使用QS1型西林电桥测量介质损耗正切值的方法。
二.预习要点:
概念:介质损耗、损耗角、交流电桥
判断:介质损耗是表征介质交流损耗的参数(直流损耗用电导就可表征),包括电导损耗和电偶损耗;测量tgδ值对检测大面积分布性绝缘缺陷或贯穿性绝缘缺陷较灵敏和有效,但对局部性非贯穿性绝缘缺陷却不灵敏和不太有效。
推理:中性介质的介质损耗主要是电导损耗,极性介质的介质损耗则由电导损耗和电偶损耗两部分组成。
相关知识点:介质极化、偶极子、漏导。
三.实验项目:
1.正接线测试
2.反接线测试
四.实验说明:
绝缘介质中的介质损耗(P=ωC u2tgδ)以介质损耗角δ的正切值(tgδ)来表征,介质损耗角正切值等于介质有功电流和电容电流之比。用测量tgδ值来评价绝缘的好坏的方法是很有效的,因而被广泛采用,它能发现下述的一些绝缘缺陷:
绝缘介质的整体受潮;
绝缘介质中含有气体等杂质;
浸渍物及油等的不均匀或脏污。
测量介质损耗正切值的方法较多,主要有平衡电桥法(QS1),不平衡电桥法及瓦特表法。目前,我国多采用平衡电桥法,特别是工业现场广泛采用QS1型西林电桥。这种电桥工作电
压为10Kv,电桥面板如图2-1所示,其工作原理及操作方法简
介如下:
⑴.检流计调谐钮⑵.检流计调零钮
⑶.C4电容箱(tgδ)⑷.R3电阻箱
⑸.微调电阻ρ(R3桥臂)⑹.灵敏度调节钮
⑺.检流计电源开关⑻.检流计标尺框
⑼.+tgδ/-tgδ及接通Ⅰ/断开/接通Ⅱ切换钮
⑽.检流计电源插座⑾.接地
⑿.低压电容测量⒀.分流器选择钮⒁.桥体引出线
图2-1 QS1西林电桥面板图
1.工作原理:
原理接线图如图2-2所示,桥臂BC接入标准电容C N(一般
C N=50pf),桥臂BD由固定的无感电阻R4和可调电容C4并联组成,
桥臂AD接入可调电阻R3,对角线AB上接入检流计G,剩下一个桥
臂AC就接被试品C X。
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高压试验电压加在CD 之间,测量时只要调节R 3和C 4就可使G 中的电流为零,此时电桥达到平衡。由电桥平衡原理有: 图2-1 QS1西林电桥面板图
BD
CB AD CA U U U U =
即: BD CB AD CA Z Z Z Z = (式2-1)
各桥臂阻抗分别为:
X
X X
X CA R C j R Z Z ⋅+=
=ϖ1 44441R C j R Z Z BD ⋅+==ϖ
33R Z Z AD == N
N CB C j Z Z ϖ1=
= 将各桥臂阻抗代入式2-?,并使等式两边的实部和虚部分别相等,可得:
3
4
R R C C N X ⋅
= 44R C tg ⋅⋅=ϖδ (式2-2) 在电桥中,R 4的数值取为=10000/π=3184(Ω),电源频率ω=100π,因此: tg δ= C 4(μf ) (式2-3)
即在C 4电容箱的刻度盘上完全可以将C 4的电容值直接刻度成tg δ值(实际上是刻度成tg δ(%)值),便于直读。
2.接线方式:
QS1电桥在使用中有多种接线方式,即图2-3(b )所示的正接线,图2-3(c )所示的反接线,图2-3(d )所示的对角接线,另外还有低压测量接线等。
正接线适用于所测设备两端都对地绝缘的情况,此时电桥的D 点接地,试验高电压在被试品及标准电容上形成压降后,作用于电桥本体的电压很低,测试操作很安全也很方便,而且电桥的三根引出线(C X 、C N 、E )也都是低压,不需要与地绝缘。
反接线适用于所测设备有一端接地的情况,这时是C 点接地,试验高电压通过电桥加在被试品及标准电容上,电桥本体处于高电位,在测试操作时应注意安全,电桥调节手柄应保证具有15kv 以上的交流耐压能力,电桥外壳应保证可靠接地。电桥的三根引出线为高压线,应对地绝缘。
对角接线使用于所测设备有一端接地而电桥耐压又不够,不能使用反接线的情况,但这种接线的测量误差较大,测量结果需进行校正。
低压接线可用来测量低压电容器的电容量及tg δ值,标准电容可选配0.001μf (可测C X 范围为300pf ~10μf )或0.01μf (可测C X 范围为3000pf ~100μf ) 3.分流电阻的选择及tg δ值的修正:
QS1电桥可测试品范围很广,试品电容电流变化范围也很广,但电桥中R 3的最大允许工作电流为0.01A ,如果试品电容电流超过此值,则必须投入分流器,以保证R 3的安全工作,分流器挡位的选择可按表2-1所列数据进行。
在投入分流器后所测tg δ值很小的情况下,测量值应进行校正,其校正式如下: δδδtg tg tg X ∆-=
()ρ
ρωδ+--⋅=
∆34100R n R C tg N
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tgδ为实测值,Δtgδ为校正量,tgδX为校正后的值。
表2-1 分流器挡位选择表
试品电容量(pf)3000 8000 19400 48000 400000
分流开关刻度(A)0.01 0.025 0.06 0.15 1.25 分流系数n 100+R360 25 10 4
五.仪器设备:
50/5试验装置一套
水阻一只
电压表一只
QS1电桥一套
220Kv脉冲电容器(被试品)一只
六.实验接线:
(a)高压试验源(b)正接线(c)反接线(d)对角接线
图2-3 QS1西林电桥试验接线图
七.实验步骤:
⑴.首先按图2-3所示的正接线法接好试验线路;
⑵.将R3、C4以及灵敏度旋钮旋至零位,极性切换开关放在中间断开位置;
⑶.根据被试品电容量确定分流器挡位;
⑷.检查接线无误后,合上光偏式检流计的光照电源,这时刻度板上应出现一条窄光带,调节零位旋钮,使窄光带处在刻度板零位上;
⑸.合上试验电源,升至所需试验电压;
⑹.把极性切换开关转至“+ tgδ”位置的“接通Ⅰ”上;
⑺.把灵敏度旋钮旋至1或2位置,调节检流计的合频旋钮,找到检流计的谐振点,光带达到最宽度,即检流计单挡灵敏度达到最大;
⑻.调节检流计灵敏度旋钮,使光带达到满刻度的1/3~2/3为止;
⑼.先调节R3使光带收缩至最窄,然后调节C4使光带再缩至最窄,当观察不便时,应增大灵敏度旋钮挡(注意在整个调节过程中,光带不能超过满刻度),最后,反复调节ρ和C4并在灵敏度旋钮增至10挡(最大挡)时,将光带收缩至最窄(一般不超过4mm),这时电桥达到平衡;
⑽.电桥平衡后,记录tgδ、R3、ρ值,以及分流器挡位和所对应的分流器电阻n,还有所用标准电容的容量C N;
⑾.将检流计灵敏度降至零,把极性旋钮旋至关断,把试验电压降至零并关断试验电源,