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(shù)，利用單片機(jī)和電子技術(shù)進(jìn)行自動頻率變換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)運(yùn)算，達(dá)到抗干擾能力強(qiáng)、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(guān)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(zhǔn)確度高，可滿足油介損測量要求，因此只需配備標(biāo)準(zhǔn)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(shù)來消除現(xiàn)場50Hz工頻干擾，即使在強(qiáng)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(hù)功能，在試品短路或擊穿時儀器不受損壞。

4、內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)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(shù)指標(biāo)

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(nèi)施高壓：設(shè)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(jī)供電）

7、工作環(huán)境：環(huán)境溫度：0 ～ 40℃；   環(huán)境濕度：≤ 90%RH，不結(jié)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)電容信號的測量輸入端，使用內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(guān)：整機(jī)電源的開啟和關(guān)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(jī)：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(jié)果。

10．升級調(diào)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(jié)構(gòu)

圖2 儀器結(jié)構(gòu)圖

測量電路：傅立葉變換、復(fù)數(shù)運(yùn)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(jī)、鍵盤、顯示和通訊中轉(zhuǎn)。

變頻電源：采用SPWM開關(guān)電路產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)電容器：內(nèi)Cn，測量基準(zhǔn)。

C_N電流檢測：用于檢測內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(diào)制解調(diào)器，將反接線電流信號送到低壓側(cè)。隔離電壓20kV。

2、工作原理

啟動測量后高壓設(shè)定值送到變頻電源，變頻電源用PID算法將輸出緩速調(diào)整到設(shè)定值，測量電路將實測高壓送到變頻電源，微調(diào)低壓，實現(xiàn)準(zhǔn)確高壓輸出。根據(jù)正/反接線設(shè)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(biāo)準(zhǔn)電流和試品電流進(jìn)行矢量運(yùn)算，幅值計算電容量，角差計算tgδ。反復(fù)進(jìn)行多次測量，經(jīng)過排序選擇一個中間結(jié)果。測量結(jié)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(cè)，高壓分兩路，一路給機(jī)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電容C_N，此電容介損非常小，可以認(rèn)為介損為零，即為純?nèi)菪噪娏?，此電?/span>I_CN 可做為容性電流基準(zhǔn)。在Cx試品一側(cè)，試品電流Icx通過采樣電阻R采入機(jī)內(nèi)，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(jìn)入采樣電阻R，得到全電流值，在圖3（b）中Cx為接地試品，機(jī)內(nèi)Cx端直接接地，電流Icx從試品高壓端到機(jī)內(nèi)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(dāng)被測試設(shè)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(biāo)準(zhǔn)電容器BR16正接法測量為例。

（1）高壓線的屏蔽線接標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電容器的低壓端L（見圖11）；低壓屏蔽線接被標(biāo)準(zhǔn)電容器屏蔽端E。（如試品無屏蔽端則懸空）

圖5 標(biāo)準(zhǔn)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(yán)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(biāo)準(zhǔn)電容器的低壓L端;高壓線的屏蔽端接標(biāo)準(zhǔn)電容器的E端。

（2）標(biāo)準(zhǔn)電容器的高壓端接地。

圖6  標(biāo)準(zhǔn)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(dú)的套管（未安裝到變壓器）測量導(dǎo)電桿對測屏的電容和介損值，高壓端HV加導(dǎo)電桿，C_X 接測屏，用正接線法進(jìn)行測量。

2） 對于安裝到變壓器上的套管由于導(dǎo)電桿與繞組連接的關(guān)系，必須將A、B、C、O套管的導(dǎo)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(zhì)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(jìn)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?zhǔn)交虼壥浇Y(jié)構(gòu)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?qū)⒍卫@組全部接地用反接線方式進(jìn)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(jìn)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(fēng)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(fù)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(zhǔn)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(guān)，計算機(jī)進(jìn)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(biāo)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(biāo)當(dāng)前所示項目，按“增大”、“減小”鍵可進(jìn)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(yīng)后即可按選擇鍵進(jìn)行下個項目的選擇。

4、測試：打開開關(guān)，當(dāng)光標(biāo)在測試項目上時，按確認(rèn)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(dāng)下面的進(jìn)程到100%時候測試完畢，然后顯示測量結(jié)果見圖15所示，此時光標(biāo)指示打印機(jī)圖標(biāo)，按確認(rèn)鍵打印報告。

測量結(jié)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(jié)束后，關(guān)閉電源開關(guān)，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(hù)。

3、接線完畢后，由1人負(fù)責(zé)檢查。

4、測試結(jié)束后，關(guān)閉電源開關(guān)。嚴(yán)禁帶電拆裝高壓電纜！

5、儀器出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，關(guān)閉電源開關(guān)，等待一分鐘左右再檢查。

6、反接線校驗標(biāo)準(zhǔn)介損器時，將標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)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(chǎn)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(guān)閉電源開關(guān)，等待一分鐘左右再拆線。

九、配套清單

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