《电桥测量介损的原理.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电桥测量介损的原理.ppt(31页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、电 桥 测 量 介 损 的 原 理,-简述AI-6000介质损耗测量仪的原理和用法 济南泛华佳业微电子技术有限公司,一、变频测量的等效性 1、介质的两种模型及与频率的关系 含有介损的电容器都可以模拟成RC串联和并联两种理想模型进行分析: 并联模型: 认为损耗是与电容并连的电阻产生的。这种情况RC两端电压相等: 有功功率 ,无功功率 , 因此 其中2f,f为电源频率。可见,如果真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话,它与频率成反比。当R=时,没有有功功率,介损为0。 这种方法常用于试验室模拟10以上的大介损,或用于制做标准介损器。,串联模型: 认为损耗是与电容串连的电阻产生的。这种情况电路的电
2、流相等: 有功功率 ,无功功率 , 因此 可见,如果用真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话,它与频率成正比。当R=0时,没有有功功率,介损为0。 这种方法常用于试验室模拟10以下的介损,或用于制做标准介损器。,实际试品: a、固定频率下测量 实际试品在一个固定频率下,即可以用串连模型也可以用并联模型表示。例如50Hz下,下面两个电路对外呈现的特性完全一样: 不同的电桥测量这两个试品,其介损都是31.4,但西林电桥(2801或QS1)测量的电容量是10000pF,电流比较仪电桥(如QS30)测量的电容量是9101.7pF。这是因为2801电桥认为试品损耗是串连模型,QS30认为试品是并联模型
3、。,通常认为并联模型更接近实际情况,这是因为有功电流穿过电极之间的绝缘层,更象是损耗电阻并联在电极之间,而电极本身电阻为零,没有损耗。 实际上当介损在10以下时,这种电容量的差别是很小的。 从事现场试验的专家都有这样的经验:使用传统仪器,如QS1,在干扰严重的现场环境下测量介损,采用移相、倒相方法反复测量,仍无法使电桥平衡。 随着电压等级提高,干扰越来越严重。这种情况下变频测量是一个很好的、甚至是唯一的选择。变频测量的抗干扰能力比移相、倒相法提高一个数量级以上。这好比两个电台在同一个频率上,很难将另一个信号抑制掉,但如果两个电台的频率不同,则很容易区分。,变频测量 变频测量受到的唯一怀疑是频率
4、的等效性。按串联或者并联模型,介损是随频率变化的。例如50Hz下1的介损,采用55Hz测量。串联模型的测量结果变成1.1(正比),并联模型测量结果变成0.91%(反比)。虽然这样的误差可能满足现场测量的要求,但误差还是偏大。 为了解决这个问题,我们首先提出了双变频测量原理:在50Hz对称位置45Hz和55Hz各测量一次,然后将测量数据平均,使误差大大减小。理论分析结果如下表所示: 直接平均法:,当然如果试品介损不随频率变化,则这几种平均方法都没有误差。 以上分析表明,采用双变频测量,即发挥了变频测量的高抗干扰能力,理论上的最大相对误差也小于1,可以满足现场测量需要。 实际测量显示,变频测量的数
5、据十分稳定,重复性特别好。试验室校验也显示了很好的精度指标。目前变频测量的原理已经得到普遍认可。 2005年4月21日,我们在济南500kV变电站强干扰下测量断口电容(2400pF)和灭弧室(15pF),AI-6000读数十分稳定,而2816电桥只作出了电容量,因抗干扰不行,没有测到介损数据。估计原因是移相抗干扰能力不行,而AI-6000则采用变频抗干扰,其优势十分明显。,二、AI-6000介损仪的原理及性能 1、仪器工作原理简介 AI-6000电桥都是通过电流来取信号,根据电流的幅度大小和相位变化,通过计算得出试品的电容量Cx和介损tg。 I1=V1/R1 I2=V2/R2 通过傅立叶变换到
6、频域, 求出I1与I2 的相位差, tg即为介损。 AI-6000电桥原理 如左下图 同时,I=*C*V, 所以 Cx*I1=Cn*I2. Cx= I2*Cn/I1 电流电压矢量图,仪器结构 仪器结构框图,测量电路:傅立叶变换、复数运算等全部计算和量程切换、变频电源控制等。 控制面板:打印机、键盘、显示和通讯中转。 变频电源:采用SPWM开关电路产生大功率正弦波稳压输出。 升压变压器:将变频电源输出升压到测量电压,最大无功输出2kVA / 1分钟。 标准电容器:内Cn,测量基准。 Cn电流检测:用于检测内/外标准电容器电流,10A5A。输入电阻2。 Cx正接线电流检测:只用于正接线测量,10A
7、5A。输入电阻2。 Cx反接线电流检测:只用于反接线测量,10A5A。输入电阻2。 反接线数字隔离通讯:采用精密MPPM数字调制解调器,将反接线电流信号送到低压侧。隔离电压20kV。,工作原理: 启动测量后高压设定值送到变频电源,变频电源用PID算法将输出缓速调整到设定值,测量电路将实测高压送到变频电源,微调低压,实现准确高压输出。根据正/反接线和内/外标准电容的设置,测量电路根据试验电流自动选择输入并切换量程,测量电路采用傅立叶变换滤掉干扰,分离出信号基波,对标准电流和试品电流进行矢量运算,幅值计算电容量,角差计算tg。反复进行多次测量,经过排序选择一个中间结果。测量结束,测量电路发出降压指
8、令变频电源缓速降压到0。 CVT测量:CVT隔离开关断开,低压隔离开关接通输出低压。测量C2时,CVT倒线开关接通,C2接入试品通道,用C1作标准电容测量C2。,2、AI-6000介损仪的技术性能 电容量范围: 内置电压 3pF60000pF/10kV 60pF1uF/0.5kV 外加高压 3pF1.5uF/10kV 分辨率:最高0.001pF,4位有效数字 tg范围: 不限,分辨率0.001%,电容、电感、电阻三种试品自动识别。 试验频率: 45、50 、 55 、 60 、 65Hz 单频 45/55 、 55/65 、 47.5/52.5Hz 自动双变频 精度:0.01Hz 试验电流:1
9、0uA5A 内施高压:设定范围:0.5kV10kV 最大输出电流:200mA 升降压方式:连续平滑调节 变压器最大输出功率:2000VA/min 精度(1.5% 读数+10V) 分辨率:1V,准确度 Cx : (读数1%+1pF) tg: (读数1%+0.00040) 例如介损读数1.000,按上式计算,误差为(1%1.000+0.00040) 0.05%,即实际介损可能在0.9501.050%之间。通常介损的数值都比较小,因此这个零点误差起主要作用。AI-6000无干扰时控制零点误差为0.00005,2:1干扰下控制介损波动量小于0.0002。 抗干扰指标 抗干扰指标:在200%干扰(即I干
10、扰 / I试品2)下仍能达到上述准确度 用于现场测量的介损仪,必须具备良好的抗干扰能力。抗干扰能力应当定量描述,例如只说“抗22万电场干扰或50万电场干扰”,或者拿试验室精度当作现场测量精度,或者随意提高精度指标都是不可取的。实际上仪器的测量重复性也能够反映抗干扰能力,如果重复性很好,必然说明抗干扰能力强。由于A/D位数限制,干扰进一步增大时,会导致有用信号的有效数字位数降低,引起A/D的量化效应,使测量数据产生波动。我们目前已经掌握了抵抗20倍以上干扰的方法。由于还没有发现超过2倍的干扰,因此暂时没有启用这个功能。,安全性能 多种安全保护措施,确保人身和试验设备安全 高压保护:试品短路、击穿
11、或高压电流波动,能以短路方式高速切断输出。 低压保护:误接380V,电源波动或突然断电,启动保护,不会引起过电压。 接地保护:仪器接地失灵使外壳带危险电压时,启动接地保护。 C V T:高压电压和电流、低压电压和电流四个保护限,不会损坏设备;误选菜单不会输出激磁电压。 防误操作:两级电源开关;电压、电流实时显示;多次按键确认;接线端子高/低压分明;声光报警。 防“容升”:测量大容量试品时会出现电压抬高的“容升”效应,仪器能自动跟踪输出电压,保持试验电压恒定。 抗震性能:仪器采用独特抗震设计,可耐受强烈长途运输震动、颠簸而不会损坏。 高压电缆:为耐高压绝缘导线,可拖地使用。,实际上,安全性应当成
12、为仪器选型的首要因素。 例如意外接触高压,靠跳闸烧保险肯定是危险的。仪器应当在数毫秒内切断输出。当然开路式切断与短路式切断又有不同,短路式切断不会产生过电压,更加安全。 另外,仪器开关、端子、安全警示、操作是否能尽可能防止误操作,仪器是否带有接地保护等,也是十分重要的。设计者和生产厂有责任尽最大努力提高仪器安全性,减少误操作的可能性。即便发生误操作,也必须将损失降到最低限度。例如“一按启动即测量”肯定不安全。输出端子一会这个带高压,一会另一个带高压也是不安全的。 除对试验人员的保护外,还要求仪器能对被测设备进行保护。例如测量过程中,过高的电压引起试品电流异常增大,直至击穿放电,仪器能否提前察觉
13、到电流异常增大而停止测量。或者进行CVT自激法测量时能否缓慢地、试探性升压,提前发现接线错误而停止测量等。 除对试验人员的保护外、被测设备进行保护外,仪器还应能对自身保护。因为即便用户使用原因引起仪器损坏,也会耽误用户的工作。例如现场测量拉电源线时,会将380V线电压当作相电压给仪器供电,如果没有这个保护,必然造成仪器返修。,功能 用户还关心的问题是仪器的性价比,同样价格仪器功能应尽量完备。同时多功能也不能增加仪器操作的复杂性,仪器操作要人性化,界面要简单明了。 故障率低,售后服务及时 目前生产厂家已非常注重产品服务了,剩下的差别就在于仪器返修率。一个好的产品应当结实耐用,性能稳定可靠。 通过
14、技术监督部门质量认证和检定 生产厂家应当具备合法的生产手续,可靠的质量保证体系。目前介损仪的生产厂家较多,粗劣技术多家转让、盗版、过度降低成本的情况已有发生。如果使用一些低劣、不安全、故障率高的仪器,必然会给用户利益造成损害。,三、AI6000介损仪的现场接线方式及注意事项 1. 常用测量接线 正接线(UST) a、常规正接线,b、高电压介损,反接线(GST) a、常规反接线,b、反接线高压屏蔽,c、反接线低压屏蔽,CVT的设置与测量,CVT的设置: 将光标移到高压位置,轻按启停键可以依次出现以下界面,这四个分别是高压电压、高压电流、低压电压和低压电流的设定值,当然也可以根据需要自己设定。,C
15、VT的测量: 下面以母线接地CVT为例介绍各个电容的测量方法(A未引出)。 如果是母线CVT测量之前应确认结合滤波器已断开,以消除载波信号影响。 a、C1由多节电容组成时,测C11可用高压屏蔽其它电容 C12、C13电容可用一般正接线测量。 C14和C2用CVT自激法测量,C1由两节电容组成时,用低压屏蔽其它电容:,b、用自激法测量C12、C2: 低压激励线,可接任何一组二次线圈。二次线圈应解开,防止将仪器低压短路。低压激励线电流大,应良好接触。,使用带接地屏蔽的高压线可以拖地(参见仪器操作说明)。使用其它导线不应拖地,必须吊起,否则高压线对地会有一个附加电阻,这样会导致电压产生相移从而引起测
16、量误差。,测量CVT时建议高压线接CVT的下端(N)点。,2. 现场试验注意事项,搭钩接触不良 现场测量使用搭钩连接试品时,搭钩务必与试品接触良好,否则接触点放电会引起数据严重波动!如高压挂在引流线上时,因引流线氧化层太厚,或风吹线摆动,易造成接触不良。 接地接触不良 接地不良会引起仪器保护或数据严重波动。应刮净接地点上的油漆和锈蚀,务必保证0电阻接地!如果测量接地试品,试品地和仪器地应共地连接,保持地电位一致。 直接测量CVT或末端屏蔽法测量电磁式PT 直接测量CVT的下节耦合电容会出现负介损,应改用自激法。 用末端屏蔽法测量电磁式PT时由于受潮引起“T形网络干扰”出现负介损,吹干下面三裙瓷
17、套和接线端子盘即可。也可改用常规法或末端加压法测量。 空气湿度过大 空气湿度大使介损测量值异常增大(或减小甚至为负)且不稳定,必要时可加屏蔽环。因人为加屏蔽环改变了试品电场分布,此法有争议,可参照有关规程。,发电机供电 发电机供电时输入频率不稳定,可采用定频50Hz模式工作。 测试线 由于长期使用和连接,易造成测试线芯线和屏蔽短路或插座接触不良,用户应经常维护测试线; 测试标准电容试品时,应使用全屏蔽插头连接,以消除附加杂散电容影响,否则不能反映出仪器精度; 自激法测量CVT时,高压线应吊起悬空,否则对地附加杂散电容和介损会引起测量误差。 工作模式选择 接好线后请选择正确的测量工作模式(正、反
18、和CVT),不可选错。干扰环境下应选用变频抗干扰模式。 试验方法影响 由于介损测量受试验方法影响较大,应区分是试验方法误差还是仪器误差。出现问题时可首先检查接线,然后检查是否仪器故障。,仪器故出现故障及处理方法 仪器测试时升压出现ER-PS a. 仪器工作电源问题:是否为发电机供电,电源插排是否良好。 b. 仪器问题:检查仪器,空升是否保护。 c. 测试线问题:检查接线,内部是否有短路情况。 d. 试品方面的原因: 试品是否对地短路。 ER-ZX 这也是在测试过程中常出现的情况 a. 设置问题:在进行测试时是否设置为外标准电容。 b. 检查仪器,空升是否出现ER-Zx,排除仪器内部线接触不良的
19、问题。 c. 测试线是否接触牢靠,对测试线的连接点是否进行过除锈处理。用万用表测量一下测试线的芯线和屏蔽是否短路;输入电源220V过高或过低;接地是否良好。 ER-cw CVT自激发测试时出现的保护信息 a. 设置问题:在测试时对低压电压、低压电流、高压电压和高压电流进行设置,否则会出现ER-cv、ER-ci、ER-cV和ER-cI保护信息。 b. 接线问题:有时一次尾段X点不接地,电压升不起来会出现ER-cw。 c. 仪器问题:用电压表检测仪器低压输出端是否有电压输出,大约25V左右(启动CVT测量瞬间)。,仪器不显示 a. 仪器通电后,打开开关,开关灯不亮,仪器不显示,开关坏。 b. 仪器通电后,打开开关,开关灯亮,但是仪器不显示,有可能误接380V电源。 测试结果不稳定,重复性不好 a. 仪器是否使用变频方式测量 b. 接线是否牢靠,由于长期使用和连接,易造成测试线芯线和屏蔽短路或插座接触不良,用户应经常维护测试线。 仪器死机,光标不移动,有可能打印机按键问题,
链接地址:https://www.31doc.com/p-3408254.html