工頻介電常數(shù)及介損自動測量儀

一、概述

本儀器采用變頻電源技術，利用單片機和電子技術進行自動頻率變換、模/數(shù)轉換和數(shù)據(jù)運算，達到抗干擾能力強、測試速度快、精度高、操作簡便的功能。

變頻電源采用大功率開關電源，輸出45Hz和55Hz純正弦波，自動加壓，可提供*高10kV的電壓；自動濾除50Hz干擾，適用于變電站等電磁干擾大的現(xiàn)場測試。

二、性能特點

1、儀器測量準確度高，可滿足油介損測量要求，因此只需配備標準油杯，和專用測試線即可實現(xiàn)油介損測量。

2、采用變頻技術來消除現(xiàn)場50Hz工頻干擾，即使在強電磁干擾的環(huán)境下也能測得可靠的數(shù)據(jù)。

3、過流保護功能，在試品短路或擊穿時儀器不受損壞。

4、內附標準電容和高壓電源，便于現(xiàn)場測試，減少現(xiàn)場接線。

5、儀器采用大屏幕液晶顯示器，測試過程通過漢字菜單提示既直觀又便于操作。

三、技術指標

1、測量范圍：電容值：3pF ～ 60000 pF/10kV     60pF ~ 1μF/0.5kV   

介損范圍： 0 ～ 100%不限，分辨率：0.001% ，電容、電感、電阻試品自動識別。

2、*大誤差：電容精度：±（1.0%×讀數(shù)±1 pF）

介損精度：±（1.0%×讀數(shù)±0.04%）

3、分辨率：電容分辨率：*小可分辨0.001 pF

           介損分辨率：*小可分辨0.001%

4、試驗電流范圍：10μA～5A

5、內施高壓：設定電壓范圍：0.5～10kV

*大輸出電流：200mA

試驗頻率：50Hz單頻，45/55Hz自動雙變頻

6、供電電源：  180V ~ 270VAC ，50Hz / 60Hz  ±  1% （市電或發(fā)電機供電）

7、工作環(huán)境：環(huán)境溫度：0 ～ 40℃；   環(huán)境濕度：≤ 90%RH，不結露

8、外形尺寸：465×350×360mm²   

9、重    量：27.6 kg

四、儀器介紹

圖1 儀器面板和側面

1．C_X插座：是試品信號的測量輸入端，正接線時由專用低壓電纜連接，此電纜單層屏蔽帶特制鱷魚夾，接試品低端。反接線時此端空置。

2．C_N插座：是外標準電容信號的測量輸入端，使用內標準時此端空置。

3．接地樁：實驗時，必須通過接地線接地。

4. 電源開關：整機電源的開啟和關閉。

5. 電源座：供電電源輸入口，交流220V±10%，50Hz，帶保險倉。

6. 按鍵區(qū)：“增大”、“減小”、“功能”、“確定”

7．接線示意圖

8．打印機：打印測量數(shù)據(jù)。

9．顯示器：128×64液晶顯示器，顯示菜單和各種提示信息及測量結果。

10．升級調試接口。

11．HV插座：高壓引出端子，由高壓電纜連接，接試品高壓端。輸出10kV高壓。

五、測量原理

1、儀器結構

圖2 儀器結構圖

測量電路：傅立葉變換、復數(shù)運算等全部計算和量程切換、變頻電源控制等。

控制面板：打印機、鍵盤、顯示和通訊中轉。

變頻電源：采用SPWM開關電路產生大功率正弦波穩(wěn)壓輸出。

升壓變壓器：將變頻電源輸出升壓到測量電壓，*大無功輸出2KVA/1分鐘。

標準電容器：內Cn，測量基準。

C_N電流檢測：用于檢測內標準電容器電流，10μA～1A。輸入電阻＜2Ω。

Cx正接線電流檢測：只用于正接線測量，10μA～1A。輸入電阻＜2Ω。

Cx反接線電流檢測：只用于反接線測量，10μA～1A。輸入電阻＜2Ω。

反接線數(shù)字隔離通訊：采用精密MPPM數(shù)字調制解調器，將反接線電流信號送到低壓側。隔離電壓20kV。

2、工作原理

啟動測量后高壓設定值送到變頻電源，變頻電源用PID算法將輸出緩速調整到設定值，測量電路將實測高壓送到變頻電源，微調低壓，實現(xiàn)準確高壓輸出。根據(jù)正/反接線設置，測量電路根據(jù)試驗電流自動選擇輸入并切換量程，測量電路采用傅立葉變換濾掉干擾，分離出信號基波，對標準電流和試品電流進行矢量運算，幅值計算電容量，角差計算tgδ。反復進行多次測量，經(jīng)過排序選擇一個中間結果。測量結束，測量電路發(fā)出降壓指令變頻電源緩速降壓到0V。

按被測試品是否接地分兩種測量方式，即正接線測量方式和反接線測量方式。兩種測量方式的原理如圖3所示：

a 正接線測量                  b反接線測量

圖3 測量原理圖

在高壓電源的10kV側，高壓分兩路，一路給機內標準電容C_N，此電容介損非常小，可以認為介損為零，即為純容性電流，此電流I_CN 可做為容性電流基準。在Cx試品一側，試品電流Icx通過采樣電阻R采入機內，此Icx可分解成水平分量和垂直分量見圖二所示，通過計算水平分量與垂直分量的比值即可得到tgδ值。

在圖3（a）中Cx為非接地試品，試品電流Icx從試品末端進入采樣電阻R，得到全電流值，在圖3（b）中Cx為接地試品，機內Cx端直接接地，電流Icx從試品高壓端到機內采樣電阻取得全電流值。

         a 電流矢量法             b 試品等效電路

圖4 試品等效電路

六、接線方法

儀器引出端子說明：

HV --- 儀器的測量引線高壓端（帶危險電壓）。

CX --- 正接線時試品電流輸入端。

   --- 儀器的接地端，使用時與大地可靠相接。

1、正接法（見圖5）

當被測試設備的低壓測量端對地絕緣時，可以采用該接線法測量。

下面以標準電容器BR16正接法測量為例。

（1）高壓線的屏蔽線接標準電容器的高壓端;

（2）將黑色專用低壓電纜從儀器面板上的Cx端引出 ，低壓芯線接標準電容器的低壓端L（見圖11）；低壓屏蔽線接被標準電容器屏蔽端E。（如試品無屏蔽端則懸空）

圖5 標準電容BR16正接線（非接地試品）接線法

特別注意：HVx及Cx的芯線與屏蔽線之間嚴禁短接,否則無法取樣，無法測量；

2、反接法（見圖6）

（1）高壓線的芯線接標準電容器的低壓L端;高壓線的屏蔽端接標準電容器的E端。

（2）標準電容器的高壓端接地。

圖6  標準電容器BR16反接線（接地試品）接線法

注意：HV插口輸出10kV危險電壓，將高壓絕緣電纜插在HV插口上

3、串級式電壓互感器：

1）常規(guī)法：采用正接法測量，見圖7所示：

圖7  常規(guī)接線法

X接地點打開，使A，X相連后接儀器HV端，低壓端所有繞組短接后接Cx端。

注 意： 此試驗電壓為2～3kV，并且高壓A、X短路時要注意X端引線與端子盒保持距離。

2）末端屏蔽法（正接線方式），見圖8，可施加10kV電壓，由于電壓在AX繞組的不等壓分布，電容量值比常規(guī)法要小很多。

圖8  末端屏蔽法接線

3）末端加壓法（正接線方式）見圖9所示，此方法受X點耐壓限制，只能施加2.5～3kV電壓，同樣，電容值誤差較大。

圖9  末端加壓法接線

工頻介電常數(shù)及介損自動測量儀

4、套管試驗：

1） 對于單獨的套管（未安裝到變壓器）測量導電桿對測屏的電容和介損值，高壓端HV加導電桿，C_X 接測屏，用正接線法進行測量。

2） 對于安裝到變壓器上的套管由于導電桿與繞組連接的關系，必須將A、B、C、O套管的導電桿短路接HV高壓端，Cx端接不同套管的測屏，用正接線法測量電容和介損值。

5、變壓器器身的介質損耗測量：

變壓器的外殼因直接接地，所以儀器用反接線方式測量。測量部位按下表進行。

注意：高壓由HV插口引出，將高壓電纜一端插入HV插口，另一端接被測線圈高壓端。Cx插口不用。

測量線圈和接地部位

6、斷路器斷口電容試驗：

斷口電容的介損及電容測量時，將高壓電纜和Cx測量電纜加到斷口電容兩端，用正接線方式測量。如圖10所示：

圖10  斷路器斷口電容試驗接線

7、電流互感器：

1） 鏈式或串級式結構的電流互感器：這類電流互感器現(xiàn)場測量可按一次對二次繞組用正接線方式測量，或將二次繞組全部接地用反接線方式進行測量。

2） 電容型電流互感器：*外層有末屏引出端，試驗時，可采用正接線進行一次繞組相對末屏的tgδ及電容的測量。

8、測量時注意事項：

1）在試驗現(xiàn)場發(fā)生刮風天氣時，要人扶絕緣桿、避免高壓端接觸**造成測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)、不對或儀器復位等現(xiàn)現(xiàn)象。

2）高壓電纜HV插口的金屬體帶10kV危險高電壓。

七、操作步驟

1、測量前準備：

1）用接地線一端接儀器的接地柱，另一端接可靠的大地，保證儀器外殼處在地電位上。

2）正接線時：將高壓電纜插頭插入后門HV插座中，將另一端的黑色鱷魚夾夾到被測試品的**引線上,也可以把紅色鱷魚夾與黑色鱷魚夾并聯(lián)使用。將C_X低壓電纜插入C_X插座中，另一端的紅色夾子夾試品的低端或末屏等，黑色夾子接地或懸空或接屏蔽裝置。

3）反接線時：將高壓電纜插頭插入后門HV插座中，將另一端的紅色鱷魚夾夾到被測試品的**引線上，黑色夾子懸空或接屏蔽裝置。Cx插座不用。

2、打開電源開關，計算機進行自檢，液晶屏顯示中文主菜單如圖11所示。

3、菜單選擇：

1）按“功能”鍵可移動光標至各菜單項，并循環(huán)指示。被選中項反白字體顯示。選擇鍵的流程見圖12所示。

2）在光標當前所示項目，按“增大”、“減小”鍵可進行該項菜單的變更，并循環(huán)指示，流程見圖13所示。

3）將菜單變更至與測試要求相對應后即可按選擇鍵進行下個項目的選擇。

4、測試：打開開關，當光標在測試項目上時，按確認鍵大約5秒鐘開始測試。測試過程中顯示的畫面如圖14（正接線，變頻）所示，當下面的進程到100%時候測試完畢，然后顯示測量結果見圖15所示，此時光標指示打印機圖標，按確認鍵打印報告。

測量結果的意義如下：

tgδ：試品的損耗因數(shù)tgδ值

CX：測量的電容值

V：施加電壓值

I：試品流過的電流

F1，F2：試驗頻率

打印結束后，關閉電源開關，測試完畢。

工頻介電常數(shù)及介損自動測量儀

八、注意事項

1、遵守本單位的高壓試驗**工作規(guī)程。

2、高壓試驗必須由2名以上工作人員參加，1人操作，1人監(jiān)護。

3、接線完畢后，由1人負責檢查。

4、測試結束后，關閉電源開關。嚴禁帶電拆裝高壓電纜！

5、儀器出現(xiàn)不正常現(xiàn)象，關閉電源開關，等待一分鐘左右再檢查。

6、反接線校驗標準介損器時，將標準介損器放在絕緣物體上，離地60-100cm，將高壓電纜接頭懸空吊起遠離地面，避免高壓線夾對地的分布參數(shù)影響數(shù)據(jù)。

7、高壓電纜損壞時，可以用低壓CX線懸空使用，本產品高低壓電纜接線方式相同，可以互換使用。。

8、測量完畢必須關閉電源開關，等待一分鐘左右再拆線。

九、配套清單

工頻介電常數(shù)及介損自動測量儀