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1、摘 要电气试验的目的是对电气设备进行有效的试验，检查电气设备是否存在隐患，判断其能否投入运行，防止发生设备损坏事故，是确保电力系统稳定运行的重要环节。其中包括定期的预防性试验、带点检测和在线监测。预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。在这通过学习各种电气试验内容、规程及标准，分析各种电气设备的试验方法，研究其试验项目，思考其可能出现的问题及如何解决该问题，以此来检查和提高我们对基础理论和专业知识的理解、掌握程度及综合应用的实践能力。了解各种电气试验内容、规程及标准，分析各种电气设备的试验方法，研究其试验项目，思考其可能出现的问题及如何解决该问
2、题。关键词：电气试验；介质损耗因数；带电测试；绝缘电阻；吸收比。目 录1绪论12电气试验的基本知识与基本方法22.1电气试验的基本知识22.1.1电气试验的分类22.1.2预防性试验的意义22.2绝缘电阻和吸收比试验32.2.1测量绝缘电阻和吸收比的原理32.2.2绝缘电阻表的原理与接线52.2.3影响绝缘电阻的因素82.2.4绝缘电阻的测试及其注意事项92.3介质损耗因素tg试验112.3.1tg测量的原理和意义112.3.2测量tg的仪器152.3.3QS1电桥的使用182.3.4电磁场干扰下的tg试验212.3.5影响tg测量的因素223 各类电力设备的预防性试验243.1互感器试验24
3、3.1.1电压互感器绝缘试验243.1.2电流互感器绝缘试验253.1.3互感器特性试验253.2断路器试验273.2.1绝缘电阻和泄漏电流试验273.2.2 40.5kV及以上多油断路器介质损耗因数tg试验273.2.3交流耐压试验283.2.4断路器速度测量293.3 电力电缆试验293.3.1测量绝缘电阻303.3.2直流耐压和泄漏电流试验303.3.3电力电缆相位的检测334 绝缘在线监测方法344.1电容型设备带电测试344.1.1电容量的测量354.1.2介质损耗因数tg的测量354.2 电压互感器和少油断路器的绝缘在线监测364.2.1串级式电压互感器绝缘的带电测试364.2.2
4、少油断路器的带电测试375 电气设备交接试验标准395.1同步发电机及调相机标准395.1.1同步发电机及调相机的试验项目395.1.2同步发电机及调相机试验应符合的规定405.2直流电机标准435.2.1直流电机的试验项目435.2.2直流电机的试验应符合的规定446 总结456.1 预防性试验结果总结456.2 预防性试验的基本试验项目比较总结466.2.1测量绝缘电阻466.2.2测量吸收比466.2.3测量泄漏电流466.2.4测量介质损失角的正切值tg466.2.5工频交流耐压试验46谢 辞47参考文献48I电气试验及电气设备交接试验标准分析1绪论电是当今人类生活中不可缺少的能量形式
5、之一。为我们提供电能的电力系统包括众多的电气设备，这其中的一些设备在发生故障的情况下就会危及到整个系统的安全供电。据有关统计分析，电力系统中60%以上的停电事故是由设备绝缘缺陷引起的。为了防患于未然，保证电力系统安全、经济运行，就必须定期对电力设备按规定开展检测试验工作，电气试验工作的重要性由此可见一斑。高压试验作为电力系统运行维护的必要环节之一，经常在不同的地点、不同的时间进行，同时电气设备的电压等级不同又造成了进行此项工作时试验电压的不同，所以每一次的高压电气试验都具有其非凡性和不确定性，在这样的条件下很容易形成安全隐患，对人身和设备安全造成威胁。因此，确保高压试验工作的安全是十分必要的，
6、而正确进行各种电气设备试验是保护一线试验工作人员生命安全和电气设备安全、稳定运行的重要保证。预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。在这通过学习各种电气试验内容、规程及标准，分析各种电气设备的试验方法，研究其试验项目，思考其可能出现的问题及如何解决该问题，以此来检查和提高我们对基础理论和专业知识的理解、掌握程度及综合应用的实践能力。2电气试验的基本知识与基本方法2.1电气试验的基本知识2.1.1电气试验的分类电气试验一般可分为出厂试验、交接验收试验、大修试验、预防性试验等。出厂试验是电力设备生产厂家根据有关标准和产品技术条件规定的试验项目，对每
7、台产品所进行的检查试验。试验目的在于检查产品设计、制造、工艺的质量，防止不合格产品出厂。交接验收试验、大修试验是指安装部门、检修部门对新投设备、大修设备按照有关标准及产品技术条件或规程规定进行的试验。新设备在投入运行前的交接验收试验，用来检查产品有无缺陷，运输中有无损坏等；大修后设备的试验用来检查检修质量是否合格等。预防性试验是指设备投入运行后，按一定的周期有运行部门、试验部门检修的试验，目的在于检查运行中的设备有无绝缘缺陷和其她缺陷。按照试验的性质和要求，电气试验又分为绝缘试验和特性试验两大类。其中绝缘试验是指测量设备绝缘性能的试验。绝缘试验以外的试验统称特性试验。2.1.2预防性试验的意义
8、电力系统运行着众多的电力设备，而电力设备的安全运行是保证安全可靠发功点的前提。众所周知，由于电力设备在设计和制造过程中可能存在着一些质量问题，而且在安装运输过程中也可能出现损坏，由此将造成一些潜伏性故障。电力设备在运行中，由于电压、热、化学、机械振动以及其她因素的影响，其绝缘性能会出现劣化，甚至失去绝缘性能，造成事故。据有关统计分析，电力系统中60%以上的停电事故是由设备绝缘缺陷引起的。设备绝缘部分的劣化、缺陷的发展都有一定的发展期，在这个期间，绝缘材料会发出各种物理、化学信息，这些信息反应出绝缘状态的变化情况。这就需要运行部门的电气试验人员通过电气试验，在设备投入之前或运行中了解掌握设备的绝
9、缘情况，以便在故障发展的初期就能够准确及时地发现并处理。预防性试验由此而得名。电力设备的绝缘缺陷分为两大类：第一类是集中性缺陷，如局部放电，局部受潮、老化、局部机械损伤；第二类是分布性缺陷，如绝缘整体受潮、老化、变质等。绝缘缺陷的存在必然导致绝缘性能的变化。电气试验人员通过各种试验手段，测量表征其绝缘性能的有关数据参数，查出绝缘缺陷并及时处理，可使事故防患于未然。2.2绝缘电阻和吸收比试验2.2.1测量绝缘电阻和吸收比的原理电力设备中的绝缘材料（电解质）是不导电的物质，但并不是绝对的不导电。在直流电压作用下，电解质中有微弱的电流流过。根据电解质材料的性质、构成及结构等的不同，这部分电流可视为由
10、三部分电流构成，如图2.1所示：（a）试验接线图 (b)不均匀介质等值电路图 (c)吸收电流示意图图2.1 直流电压下不均匀介质中电流构成示意图图中i1为电容电流。直流电压作用到绝缘材料上，加压瞬间相当于给电容充电。这部分随时间较快衰减的电容电流与绝缘材料的电容量和外加电压有关，它对时间的变化曲线如图2.1(c)i1曲线所示。其电流回路在等值电路图2.1(b)中用一个纯电容C1表示，i2为吸收电流。不均匀介质中吸收电流由缓慢极化和夹层式极化产生，即在直流电压加上的瞬间，介质上的电压按电容分布，二电压稳定后介质上的电压按电阻分布；由于不同介质的电容与电阻不成比例，因此在加上直流电压瞬间到稳定这一
11、过程中，介质上电荷要重新分配，重新分配的电荷在回来中形成电流i2。其电流回路在等值电路图2.1(b)中用一个电容C和电阻r串联表示。吸收电流i2随时间衰减的快慢与介质电容量大小有很大关系，如图2.1(c) i2曲线所示。i3为泄漏电流。电解质中有极少数束缚很弱的或自由的离子，当介质在直流电压作用下，正负离子就分别向两极移动而形成电流，称为泄漏电流或传导电流。这部分电流是由介质的电导引起的，是一个恒定的电流，如图2.1(c) i3曲线所示。其电流回路在等值电路图2.1(b)中用一个纯电阻R表示。三个电流加起来，即i=i1+i2+i3，可得到在直流电压作用下流过绝缘介质的总电流i随时间变化的曲线，
12、通常称为吸收曲线，如图2.1(c) i曲线所示。从吸收曲线可以看出，电容电流i1和吸收电流i2经过一段时间后趋近于零，因此i趋近于i3。所谓绝缘电阻就是指加于试品上的直流电压与流过试品的泄漏电流之比，即 R=U/i3 （2.1） 式中 U加于试品两端的的电压，V； i3对应于电压U，试品中的泄漏电流，A； R试品的绝缘电阻，M。由于i3的大小取决于绝缘材料的状况，当介质受潮、老化、表面脏污或有其她缺陷（如有裂缝、灰化、气泡等）时，R降低，i3会增大。因此测量绝缘电阻是了解电力设备绝缘的最简便常用的手段之一。由于流过绝缘介质的电流有表面电流和体积电流之分，所以绝缘电阻也有体积绝缘电阻和表面绝缘电
13、阻之分。在试验中，我们真正关注的是体积绝缘电阻。当绝缘受潮或有其她贯通性缺陷时，体积绝缘电阻降低。因此，体积绝缘电阻的大小标志着绝缘介质内部绝缘的优劣。在现场测量中，当测量得到的试品绝缘电阻低时，应采取屏蔽措施，排除表面绝缘电阻的影响，以便测得真是准确的体积绝缘电阻值。对大容量试品（如变压器、发电机、电缆），规程除要求测量其绝缘电阻外，还要求测量其吸收比/和极化指数。大容量试品的吸收曲线i随时间衰减较慢，其中尤其是吸收比电流i2随时间衰减较慢，有的可达数十分钟。常把60s的绝缘电阻与15s的绝缘电阻之比称为吸收比K，即 K=R60sR15s=i15si60s=Ui60sUi15s) (2.2)
14、为便于分析理解，分解其极端情况。时间t=15s与t=时的绝缘电阻之比，即 RR15s=i1+i2+i315si3=1+i1+i215si3 (2.3)绝缘受潮劣化时，泄漏电流i3比15s时的电容电流和吸收电流之和( i1+i2)15s增加得快，R/R15S趋近于1；绝缘良好时，i3很小，i2相对较大，则R/R15S1。就是说，吸收比的数据与绝缘状况有很大关系。而且K是一个比值，与绝缘结构的几何尺寸无关，易于比较。由于无法测量R，只能根据经验测量吸收比K，一般认为当K=R60S/R15S1.31.5时绝缘良好的。这一数据分析35110kV变压器、大中型容量发电机是有效的。2.2.2绝缘电阻表的原
15、理与接线绝缘电阻表是测量绝缘电阻的专用仪表。常见的绝缘电阻表根据其电压等级有500，1000，2500，5000V等几种；从使用型式上又分为手摇式和电动式。高压电力设备预防性试验中，常用的绝缘电阻表是1000，2500，5000V。常用手摇式绝缘电阻表的原理接线如图2.2所示，从绝缘电阻表外观看有三个接线端子，它们是：“L”端子线路端子，输出负极性直流高压，测量时接于被试品的高压导体上。“E”端子接地端子，输出正极性直流高压，测量时一般接于被试品外壳或地上。“G”端子屏蔽端子，输出负极性直流高压，测量时接于被试品的屏蔽环上，以消除表面或其她不需测量的部分泄漏电流的影响。手摇式绝缘电阻表的直流电
16、源一般由内装手摇式发电机供给。电动式绝缘电阻表的直流电源则采用电池使晶体管振荡器产生交变电压，经变压器升压及倍压整流后输出的直流高压供给。图2.2中，L1、L2分别为绝缘电阻表的电流绕组与电压绕组，二者绕向相反，固定在同一转抽上，并可带动指针旋转；由于没有弹簧游丝，所以指针没有反作用力矩，当绕组中没有电流时，指针可停在任一偏转角位置。 图2.2 手摇式绝缘电阻表原理接线图Ru为分压电阻，R1为限流电阻，Rx为被试设备绝缘电阻。当测量某一试品Rx时，绕组L1、L2中分别流过电流I1和I2，产生的两个不同方向的转动力矩为： M1=I1f1aM2=I2f2a （2.4）在这两个力矩差的作用下，可动部
17、分旋转，一直旋转到力矩平衡时为止，即 M1=M2或 I1f1a=I2f2a I1I2=f2af1a=fa （2.5）或者说=f (I1/I2)由图2.2可见，I1的大小决定于回路电压U，以及R1和Rx之和，即I1=U/(R1+Rx)；I2的大小决定于U与Ru，即I2=U/RU，所以a=fUR1+RXURU=fRURI+RX （2.6）由于R1、RU为常数，所以a=fRX （2.7）即绝缘电阻表偏转角的大小是绝缘电阻Rx函数，有Rx决定。流过屏蔽端子“G”的电流I3不流过L1、L2绕组，故绝缘电阻电阻表偏转角无影响，起到了屏蔽作用。将“L”、“E”端子短接，流过电流绕组L1的电流最大，指针按逆时
18、针方向转到最大位置，此位置应是“0”值位置。当“L”、“E”端子的时间不宜很长。当“L”、“E”端子间接上被测电阻Rx时，其数值若在“0”与“”之间变化，则指针停留的位置有通过L1、L2两个绕组中的电流I1与IU的比值决定，由于RX是串在L1支路中，故I1的大小随RX的大小二变化，于是RX的大小就决定了指针的偏转角位置。用标准电阻作为被测件刻度绝缘电阻表表盘，然后用词绝缘电阻表测量被测电阻，根据表盘指示，就可以知道被测电阻的大小。绝缘电阻表测得的绝缘电阻与其端电压有关系。绝缘电阻表所测得的绝缘电阻同端电压的关系曲线角绝缘电阻表的负载特性，如图2.3所示。当被试品绝缘电阻过低时，表内电压降将使其
19、端电压显著下降。端电压剧烈下降时，测得的绝缘电阻值就不能反映绝缘的真实情况。一般绝缘电阻容量较小，测得的大容量设备的绝缘电阻一般准确性都较低。图2.3 绝缘电阻表的负载特性不同型号的绝缘电阻表，其负载特性不同，因此用不同型号的绝缘电阻表，测量结果有明显差异。实际测量当中，为便于纵向及横向比较，同类设备尽量采用同一型号兆欧表。2.2.3影响绝缘电阻的因素 影响绝缘屯阻的N亲主要有以下几个方面：（1）温度的影晌运行中的电力设备其温度随周围环境变化，其绝缘电阻也是随温度而变的。一般情况下，绝缘电阻随温度升高而降低。原因在于：温度升高时，绝缘介质内部离于、分广运动加剧，绝缘物内的水分及其中含有的杂质、
20、盐分等物质也呈扩散趋势，使电导增加，绝缘电阻降低。这与导体的电阻随温度的变化是不一样的。不同的电力设备及不向材料制成的电力设备，其绝缘电阻随温度的变化也不一样，场测量也很难保证在完全近似的温度厂进行。为了进行试验结果比较，有关单位曾给出一些设备的温度换算系数。们出十设备的陈旧程度、干燥程度，使用的测湿方法等影响因素很多，很难得出一个准确的换算系数。因此实际测旨绝缘电阻时，必须记录试验温度(环境温度及设备本体温度)，而且尽可能在相近温度下进行测量，以避免温度换算引起的误差。（2）湿度和电力设备表面脏污的影响电力设备周围环境湿度的变化及空气污染造成的表面脏污对绝缘电阻影响很大。空气相对湿度增大时，
21、绝缘物表面吸附许多水分，使表面电导率增加，绝缘电阻降低。肖绝缘物表面形成连通水膜时，绝缘电阻更低。如雨后测得组220kv磁吹避雷器的绝缘电阻仅为2000M当屏蔽掉其表面电流时，绝缘电阻为10000M以上；第二天下午晴天，在表面干燥状态下测量其绝缘电阻也在10000M髓以上。电力设备的表面脏污也使设备表面电阻大大降低，绝缘电阻显著下降。根据以k两种情况，现场测量绝缘电阻时都必须用屏蔽环消除表面泄漏电流的影响或烘干、清擦干净设备表面，以得到真实的测量值。（3）残余电荷的影响大容量设备运行中遗留的残余电荷或试验中形成的残余电荷末完全放尽，会造成绝缘电阻偏大或偏小，引起测得的绝缘电阻不真实。残余电荷的
22、极性与兆欧表的极性相同时，测得的绝缘电阻将比真实值增大；残余电荷的极性别K欧表的极性相反时，测得的绝缘电阻将比真实值减小。原因在于极性相同时，由于同性相斥，兆欧表输出较少电荷；极性相反时，兆欧表要输出更多电荷去中和残余电荷。为消除残余电荷的影响，测量绝缘电阻前必须充分接地放电，重复测量中也应充分放电，大容量设备应至少放电5min。如一大容量变压器，充分放电后第一次测得其一个绕组的绝缘电阻为4000M，第二次再测同一绕组(末允分放电)，绝缘电阻为5000M，充分放电10min后第三次测量，其绝缘电阻为4000M。（4）感应电压的影响 现场预防性试验中，出于带电设备与停电设备之间的电容藕合，使得停
23、电设备带有一定电压等级的感应电压。感应电压对绝缘电阻测量有很大影响。感应电压强烈时可能损坏兆欧表或造成指针乱摆，得不到真实的测量值。如一台由两节组成的220kv氧化锌避雷器，测量上节绝缘电阻为50000M，下节绝缘电阻为20000M，将上节端部接地，从中部加压测量(测量上、下节并联绝缘电阻值)，由于感应电压降低，测得绝缘电阻为100000M。又如一个220kv电流互感器某相，高压引线感应电压强烈，测量其一次对末屏绝缘电阻时，指针在500M左右摆动；将高压引线接地，用同一兆欧获测量末屏对次及地的绝缘电阻时，绝缘电阻为2000M。由此可见感应电压对绝缘电阻的影响之大。测绝缘电阻，必要时应采取电场屏
24、蔽等措施克服感应电压的影响。2.2.4绝缘电阻的测试及其注意事项（1）测试步骤 试验前先检查安全措施，被试品电源及一切对外连线应拆除。被试品接地放电，大容量设备至少放电5min。勿用手直接接触放电导线。根据表面脏污及潮湿情况决定是否采取表面屏蔽或需要烘干及清擦干净表面脏污以消除表面脏污对绝缘电阻的影响。放稳绝缘电阻表，检验绝缘电阻表是否指“0”或“”。短接“L”、“E”时应是瞬间、低速，以免损坏绝缘电阻表。将被试品测量部分接于“L”与“E”端子之间，“L”端子接高压测量部分，“E”端子接低压或外壳接地部分。驱动(摇) 绝缘电阻表达额定转速(120r/min)，渎取1mm时的绝缘电阻值。测量吸收
25、比时，先驱动(摇)绝缘电阻表达额定转速，待指示为“”时，将“L”端子接于被试品，同时开始计算时间，读取15s和60s时绝缘电阻值。读数后先断开“L”瑞于与被试品连线(用绝缘柄)，再停止摇功，防止反充电损坏绝缘电阻表。 试验完中或重复试验时，必须将被试品对地或两极间充分放电，以保证人身、仪器安全利提高测量准确度。记录被试品设备铭牌、运行编号、本体温度、环境温度及使用的绝缘电阻表型号。（2）测试注意事项测试时，“L”与“E”端子引线不要靠在一起，并用绝缘良好的导线。“L”与“E”端子不能接错，接错会影响测量结果。由于绝缘电阻表 “L”端子连接的部件有良好的屏蔽作用，绝缘电阻表本身的泄漏电流影响可以
26、排除。测得的绝缘电阻过低时应分析过低的原因，排除环境温度、湿度、表面脏污、感应电压等的影响。能分解试验的尽量分解试验，找出绝缘电阻最低的部分。为便于比较，每次测量同类设备最好用同型号绝缘电阻表。注意测量大容量设备的绝缘电阻时，应在摇转时间相同之下度数。对测得的绝缘电阻可以进行温度换算的，应将所测绝缘电阻值换算到标准温度下再进行综合分析比较；不能进行温度换算的，也要与同期试验的同类设备横向比较。发现异常应及时查明原因或辅之以其她测试手段综合判断。注意感应电压的影响。同杆双回架空线，当一回路带电时，不得测量另一回路的绝缘电阻，以防感应电压损坏绝缘电阻表及危及人身安全。对其她感应电压较高的线路及设备
27、进行测量时，耍采取防护措施，如加屏蔽等。测量电力电容器极间绝缘电阻时由于电力电容器电容量大，吸收电流衰减时间长，很难摇出其准确绝缘电阻值；由丁其充电电荷大，也很危险。因此一般现场测量常采用火花法即摇测两极间绝缘电阻时，兆欧表轻摇25r，用一短路线短路两极，有明显火花时认为电力电容器极间绝缘是合格的；无火花则可能是绝缘劣化或引线断开。2.3介质损耗因素tg试验2.3.1tg测量的原理和意义在电压作用下，电介质产生一定的能量损耗，这部分损耗称介质损耗或介质损失。产生介质损耗的原因主要是电介质电导、极化和局部放电。(1)电介质电导引起的损耗在电场作用下电介质电导(又称漏导)产生的泄漏电流会造成能量损
28、耗。这种损耗在交流与直流作用下都存在，且这种损耗与极化、局部放电引起的损耗比较是很小的。(2)极化引起的损耗在交流电压作用下，电介质由于周期性的极化过程，电介质中的带电质点要沿交变电场的方向作往复的有限位移并重新排列。这时，质点需要克服极化分子间的内摩擦力而造成能量损耗。极化损耗的大小与电解质的性能、结构、温度、交流电压频率等有关。(3)局部放电引起的损耗绝缘材料中，不可避免地会有些气隙或油隙。在交流电压厂，电场分布主要材料的介电系数成反比，气体的介电系数一般比固体绝缘材料的要低得多，因此承受的电场强度就大，当外加电压足够高时，气隙中首先发生局部放电。固体中气隙放电前后电场示意图，如图2.4示
29、。(a)气隙未放电之前；(b)气隙放电后图2.4 固体中气隙放电前后电场示意图气隙放电形成的电荷，在外施电场E0作用下移动到气隙壁上；这些电荷又形成反电场E，削弱了气隙中的电场，很可能使气隙中放电不再继续下去，如图2.4(b)所示。但是如外加的为交流电压，半周后外施电场E0就反向了，正好与前半周气隙中电荷形成的反电场E同向，加强了气隙中电场强度，使气隙中放电在更低电压下发生。所以交流电压下绝缘体里的局部放电及介质损耗比直流电压下强烈。在油浸电容器、电容套管等的设计制造及运行中都要注意这一点，要尽量避免内部气隙、毛刺等引起的局部放电。一般油浸纸绝缘交流电容器或电线用于直流时，长期工作电压能提高到
30、铭牌电压的45倍，原因就在于此。绝缘介质损耗的大小，实际上是绝缘性能优劣的一种表示。同一台设备，绝缘良好，介质损耗就小；绝缘受潮劣化，介质损耗就大。在交流电压U作用下电介质中流过电流I 。电介质的并联等值电路及相量图如图2.5所示： (a)并联等值电路；(b)并联等值电路相量图Cp-并联等值电容图2.5 电解质的并联等值电路与相量图电压U与电流I之间的夹角为，称为功率因数角；的余角，即为介质损耗角 根据图1.5可得tg=IRIC=1CPR (2.8)介质损耗 : P=UIR=UICtg=U2CPtg (2.9)由此可见，当电介质定，外加电压及频率定时，介质损耗P与tg成正比，即可以用tg来表示
31、介质损耗的大小。同类试品绝缘优劣，可直接由tg的大小来判断；而从同一试品tg的历次数据分析，可掌握设备绝缘性能的发展趋势。通过测量tg可以发现一系列绝缘缺陷，如绝缘整体受潮、老化，绝缘气隙放电等。 tg是反映绝缘介质损耗大小的特性参数，与绝缘的体积大小无关。但如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则tg有时反映就不灵敏。被试绝缘的体积越大，或集个性缺陷所占的体积越小，集中性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗的比重就越小，总体的tg就增加得也越少，这样tg测量就不灵敏。因此，测量各类电气设备tg时，能分解试验的尽量分解试验。如测量变压器整体tg时，由于变压器整体绝缘体积比变压器套管大很多，
32、套管的缺陷就不能灵敏反映出来，因此还须单独测量套管的tg。套管的体积小，测套管的tg不仅可以反映套管绝缘的全面情况，而且有时可以反映其中的集中性缺陷。有时为了处理问题方便，也可以将图2.5所示的并联等值电路变成串联等值电路，如图2.6所示：(a)串联等值电路；(b)串联等值电路相量图Cs-串联等值电容图2.6 电解质的串联等值电路与相量图由图2.6可得 tg=UrUc=IrICs=csr （2.10）P=I2r=U2rr2+1cs2=u2r1cs2rCs2+1 =U2CStg1+tg （2.11）即串联等值电路中P也与tg有关。两种等值电路都表示同一电介质的绝缘特性，因此两种等值电路情况下的电
33、介质能量损耗与tg，应当也是等值的。因此由式(2.8)一式(2.9)有1CpR=CsrU2CPtg=U2Cstg1+tg2联立解得 CP=CS1+tg2 R=r1+1tg2 （2.12）对于电介质来讲tg1，所以可得 CPCs=C ，Rr （2.13） 因此两种等值电路中的功率损耗可用一个共同的表达式表示，即 P=U2Ctg （2.14）大多数电气设备的绝缘是组合绝缘，是由不同电介质组成的，且具有不均匀结构，如油浸纸绝缘，含空气和水分的电介质等等。在对绝缘进行分析时，可把设备绝缘看成如图2.7所示的多个电介质串、并联等值电路所组成的电路，而所测得的tg值，实际上是由多个电介质串并联后电路的综合
34、tg值。 (a) n个电介质并联；(b)n个电介质串联；(c)两个电介质串联图2.7 多个电介质串、并联等值电路所组成的电路图图2.7(a)，是n个电介质并联的电路，总损耗pp1十p2十pn。 将PU2Ctg代人，得U2Ctg=U2C1tg1+U2C2tg2+U2CntgnCtg=C1tg1+C2tg2+Cntgn而C=C1+C2+Cn，所以推得综合tg tg=C1tg1+C2tg2+CntgnC1+C2+Cn (2.15)同理，推得图2.7(b)的综合tg为 tg=tg1C1+tg2C2+tgnCn1C1+1C2+1Cn （2.16）图2.7(c)的综合tg为 tg=C1tg21+tg21+
35、C1tg11+tg22C11+tg12+C2(1+tg22) （2.17）从式(2.15)-式(2.17)可以看出：多个电介质绝缘的综合tg值总是小于等值电路中个别tg的最大值，而大于最小值。这一结论表明：在测量多种及多层电介质绝缘时，当其中一种或一层tg偏大时并不能有效地在综合tg值中反映出来，或者说tg对局部缺陷反映不灵敏。通过测tg判断绝缘状况时，必须着重于与该设备历年的tg值相比较，并和处于同样运行条件下的同类设备相比较，即使tg值未超过标准，但和过去值比较及和同类设备比较，若tg突然明显增大时，就必须引起注意，查清原因。2.3.2测量tg的仪器 测量tg有平衡电桥法(QS1、QS3西
36、林电桥)、不平衡电桥法(M型介质试验器)、瓦特表法、相敏电路法等四种方法。最普遍应用的测tg的仪器是QSl型高压西林电桥。 QSl型高压西林电桥(以下简称QSl电桥)的原理接线如图2.8所示。 图2.8 QS1电桥的原理接线不管采用正接线、反接线，电桥平衡时检流计G中电流Ig=0，即 ICE=IAC=IXIDE=IA=INICE=UDEUAD=UAC=UX各桥臂复数阻抗值应满足Z3ZN=Z4ZX （2.18） 式中 Zx被试品绝缘的等值阻抗； Z4R4与C4并联的等值夏阻抗。 Z3=R3, ZN=1jCN, Z4=11R4+jC4 （2.19） ZX=11RX+jCX （2.20）带入式（2.
37、18）得 11RX+jCX11R4+jC4=R3jCN （2.21） 1RXR4-2CXC4+jC4RX+CXR4=jCXR3 （2.22） 令式（2.22）左右实部相等，得1RXR4-2CXC4=01RxCx=R4C4 则有 tg=1RxCx=R4C4 （2.23）在电桥中，取R4=1043184，当电源频率为50Hz时，2f100n，则有tg=2f104Cx tg=C4（C4单位为F） （2.24）C4是可调电容，当电桥调到平衡时，C4的微法数就等于被试品的tg值。由式2.22虚部相等可得C4RX+CXR4=CnR3 , Cx=CNR4R311+tg=CNR4R3，pF （2.25）为了扩
38、大可测的被试品电容值范围，也就是扩大允许的试品电流Ix的范围，在电阻R3旁并联可分档调节的分流电阻，可使最大可测试品电容由3000pF扩大到04F，如图2.9所示。 图2.9 分流电阻接线图图中电桥的电阻只；与分流电阻接成电阻三角形三角形三边全部电阻值为(100+ R3)，电桥平衡后，电桥的左下臂电阻R3为Rn与R3并联后的电阻，即R3=nR3+100+R3 （2.26）式个n为分流电阻值，可从表2.1查得：表2.1 分流电阻值分流位置0.010.0250.060.151.25分流电阻（）100+R36025104可测最大电容值（pF）30008000194004800040000所测得的C
39、x为 Cx=CNR4R3=CNR4100+R3nR3+ （2.27）测量电容量Cx对判断绝缘状况也有价值。如对耦合电容器，如果Cx明显增加，常表示电容层间有短路或水分浸入；Cx明显减小，常表示内部渗油严重或层间有断线。2.3.3QS1电桥的使用2.3.3.1QS1电桥接线方式QS1电桥接线方式有四种，即厂接线、反接线、侧接线(见图2.10)和低压法接线(见图2.11)。最常用的是正接线、反接线。（1）正接线。试品两端对地绝缘电桥处于低电位，试验电压不受电桥绝缘水平限制，易于排除高压端对地杂散电流对实际测量结果的影响，抗干扰性强。（2）反接线。该接线适用于被试品端接地。测量时电桥处于高电位，试验
40、电压受电桥绝缘水平限制，高压端对地杂散电容不易消除，抗干扰性差。反接线时应当注意电桥外壳必须妥善接地。桥体引出的Cx、Cn及E线均处于高电位，必须保证绝缘，要与接地外壳保持至少100150M的距离。（3）侧接线。该接线适用于试品一端接地，而电桥又没有足够绝缘强度进行反接线测量时，试验电压不受电桥绝缘水平限制。由于该接线电源两端都不接地，电源间干扰和几乎全部杂散电流均引进了测量回路，测量结果误差大，因而很少被采用。（4）低压法接线。在电桥内装有一套低压电源和标准电容器，接线图如图2.11所示。图2.10 QSl电桥的三种接线方式 (a)正接线；(b)反接线；(c)侧接线l一分流器开关S1；2tg调节旋钮；3一极性转换开关； 4一捡流计频率凋节；5一滑线电阻； 6一R3调节旋钮； 7一检流计灵敏度调节旋钮；8一电源开关；9检流计；10低压法测量接线柱；11一电源插头及接地端钮图2.11 QS1电桥低压法接线图（电桥组成部分说明同图2.10）标准电容由两只0001，001F云母电容器代替，用来测量低电压(100v)大容量电容器的特性。标准电容CN=0.00lF时，试品Cx范