《第五章 电气测量技术ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 电气测量技术ppt课件.ppt（99页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第五章 电气测量技术,2,交流电气参量的测量技术：5.1 交流高电压的测量方法5.2 交流大电流的测量方法5.3 频率、周期、相位、有效值（平均值） 及功率的常用测量方法5.4 电力设备绝缘参数的测量方法,本章主要内容,5.1 交流高压的测量方法,4,交流高电压的测量方法,电磁式电压互感器（PT）电容式互感器（CVT）光学电压传感器（OVT）,5,电磁式电压互感器（PT）,电压互感器接入电路原理图W1一次绕组匝数；W2二次绕组匝数,一、二次绕组上分别感应的电动势为：,理想电压互感器变比为：,电磁式电压互感器简称PT（Potential Transformer）或TV，其工作原理运用电磁感应原理
2、原副边磁耦合将交流高压变为低电压,6,电磁式电压互感器技术参数,绕组的额定电压及额定变比,一次绕组额定电压是指加于三相电压互感器或三相系统线间用的单相电压互感器的一次绕组上的线电压，是绕组能够长期工作的电压，是电网的额定电压 (如10kV，35kV ，110kV，220kV，330kV，500kV，1000kV等),二次绕组额定电压是指三相电压互感器和供三相系统线间用的单相电压互感器二次绕组的长期工作电压，二次电压U2n的输出范围统一为0-100 (或100/1.732，100/3)V,零序电压绕组的额定电压是指供大电流接地系统用的电压互感器的零序电压绕组能长期工作的电压，规定为0-l00V,
3、7,电磁式电压互感器技术参数,准确度等级,电压互感器容许误差的极限值,额定负载,额定负载也叫额定容量，是按照其准确度等级制造的容量，是当二次电压为额定值时，规定允许接人的负载，通常用视在功率单位VA数表示。在额定二次负载下，电压互感器的误差应符合其准确度等级的规定,8,电磁式电压互感器测量误差分析,电压互感器的等值电路图,9,电磁式电压互感器测量误差分析,电压互感器变比、相角误差相量图,与一次电压,大小不等，相位不重合，电压互感器存在比差与角差,比差fu以百分数来表示角差,10,电磁式电压互感器测量误差分析,当电压互感器空载时,当负载为Zb时,11,电磁式电压互感器测量误差分析,电压互感器在现
4、场实际运行时，只需测量出实际二次负载Zb及其功率因数角 ，即可计算出比差角差,12,电磁式电压互感器的安装及使用,电压互感器主要安装方式,图（a）用于单相电压的测量。图（b）用于三相电压的测量，图（c）用于线电压的测量,a) b) c),电压互感器在使用的时候要注意二次绕组不许短路,13,电容式互感器（CVT）,电容式电压互感器原理,电容式电压互感器简称CVT（Capacitor Voltage Transformers），主要利用电容器的分压作用将高电压按比例转换为低电压,14,电容式互感器（CVT）,实际应用CVT主要由电容分压器（包括主电容器C1，分压电容器C2）、中间变压器（T）、补偿
5、电抗器L、保护装置F及阻尼器D等元件组成,CVT组成示意图,CVT优点1.造价低（110 kV及以上产品）；2.可兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能；3.能可靠阻尼铁磁谐振；4.具备优良的瞬变响应特性等,15,电容式互感器（CVT）,电容式电压互感器实物图,16,分压原理测量高电压的其他方式,阻容分压,电阻分压,17,光学电压传感器（OVT）,光学电压互感器（Optical Voltage Transducer：OVT）又称为无源电子式电压传感器，采用的传感机理是晶体的线性电光效应（Pockels效应）。Pockels效应是指晶体在电场作用下，透过晶体的光发生双折
6、射，这一双折射快慢轴之间的相位差与被测电压呈正比关系，将Pockels元件直接连接到被测电压的两端，经光电变换及相应的信号处理便可求得被测电压。,OVT实现的技术关键是如何提高OVT的温度稳定性、长期运行的可靠性以及测量的精度。,影响OVT稳定性与可靠性的主要取决于传感晶体和工作光源的温度特性以及传感头的加工和传光光纤的振动。,5.2 交流大电流的测量方法,19,交流大电流的测量方法,电磁式电流互感器（CT）罗哥夫斯基（Rogowski）线圈光学电流传感（OCT）,20,电磁式电流互感器（CT）,电磁式电流互感器简称CT（Current Transformer）或TA，用于交流大电流变为小电流
7、，扩大交流电流表、功率表和电能表的量程,21,电磁式电流互感器（CT）,把电阻、漏抗、励磁电流和铁芯损耗移至绕组外面的电流互感器等值电路图,一次绕组阻抗,二次绕组阻抗,Z2换算到一次侧后的阻抗,22,电流互感器T形等值电路,电磁式电流互感器（CT）,换算到一次侧后的二次电流和电压分别为：,由等值电路图有,23,电磁式电流互感器（CT）,根据能量守恒定律,U1I1 = E2I2,U1 为加于一次绕组两端的电压，它等于反电动势E1,E1I1= E2I2,I1W1=I2W2,互感器的额定电流比(简称额定变比),被测电流I1等于接在二次绕组的电流表读数I2乘以电流互感器额定电流变比,而,故,24,电磁
8、式电流互感器主要技术参数,额定电流比指一次额定电流与二次额定电流之比,额定容量是额定二次电流I2N通过二次额定负载Z2N时所消耗的视在功率S2N,额定电压是指一次绕组长期对地能够承受的最大电压(有效值)，它应不低于所接线路的额定相电压,25,电磁式电流互感器主要技术参数,准确度等级：电流互感器变换电流总是存在着一定的误差，根据额定工作条件下所产生的变比误差规定了准确度等级,26,电磁式电流互感器误差分析,理想电流互感器的一次安匝和二次安匝在数值上相等，在相位上相差180,实际的电流互感器工作时有励磁电流,称为励磁安匝，是产生电流互感器误差的根源,27,电磁式电流互感器误差分析,电流互感器的相量
9、图,将折算后的二次电流旋转180后与一次电流相比较两者不但大小不等，而且相位不相重合，即存在两种误差，称为比值误差f1和相位误差,28,电磁式电流互感器误差分析,比值误差简称比差，用f1表示，它等于实际的二次电流与折算到二次侧的一次电流之间的差值，与折算到二次侧的一次电流的比值，以百分数表示,了计算上的方便，比差也可表示为,29,电磁式电流互感器误差分析,相角误差简称角差，它是旋转180后的二次电流相量与一次电流相量之间的相位差，用符号 表示,通过作图法求比差角差以O为圆心，OB为半径，作圆弧交横轴于D点，AD即为相量 与 之间的算术差，即是电流互感器的绝对误差。再从B点向横坐标引一垂线与横轴
10、交于C点，因 角通常很小，用AC就可以近似地代替AD，于是求得,由于OF=AC，比差还可以表示为,由于,比差,30,电磁式电流互感器误差分析,三角形OBC中有,通常 很小，,由于EF=BC，角差也可以表示为,上述表示式表明，电流互感器的比差与角差与励磁电流的两个分量Ia、Ir大小有关，且与角a和 角有关,角为损耗角,式中角a与负荷功率因数角,大小有关；,31,电磁式电流互感器的安装及使用,电流互感器变比相角误差测量图,图（a）用于单相电流的测量。图（b）用于三相电流的测量，图（c）用于不平衡电流的测量,电磁式电流互感器在使用时二次侧不允许开路,当运行中电流互感器二次侧开路后，一次侧电流仍然不变
11、，二次侧电流等于零，则二次电流产生的去磁磁通也消失了。这时，一次电流全部变成励磁电流，使互感器铁芯饱和，磁通也很高，将产生以下后果：（1）由于磁通饱和，其二次侧将产生数千伏高压，且波形改变，对人身和设备造成危害。（2）由于铁芯磁通饱和，使铁芯损耗增加，产生高热，会损坏绝缘。（3）将在铁芯中产生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去准确性,32,罗哥夫斯基(Rogowski)线圈,传统的电磁式电流互感器因其传感机理而出现不可克服的问题：1.绝缘结构日趋复杂，体积大，造价高；2.在故障电流下铁芯易饱和，使二次电流数值和波形失真，产 生不能容许的测量误差；3.充油易爆炸而导致突然失效；4.若输出端开路，
12、产生高电压对周围设备和人员存在潜在的威胁；5.易受电磁干扰等。,罗氏线圈又称Rogowski线圈、罗氏线圈、电流测量线圈、微分电流传感器，是均匀密绕在环形非磁性骨架上的空心螺线管，罗氏线圈可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。,33,罗哥夫斯基(Rogowski)线圈,Rogowskiski线圈有两种可能的工作状态：自积分状态和外积分状态前者是利用Rogowski线圈与取样电阻构成积分回路；后者是把测量回路本身作为纯电阻网络，另外加了一个积分回路。,自积分式工作方式,回路方程,线圈的互感,34,罗哥夫斯基(Rogowski)线圈,当,即,上式可略去最右边一项，变为,两边同时对t积分得,输出
13、电压与被测电流成比例关系,称为罗氏线圈的自积分条件,自积分法适用于高频电流的测量,35,罗哥夫斯基(Rogowski)线圈,外积分式工作方式,当,Rogowski线圈处于开路工作状态，且分布电容的等效阻抗较大，进一步简化得到,取样电阻上的电势即为Rogowski线圈的感应电势，其大小正比于被测电流对时间的微分，为了测得电流的实际大小，需要引入积分电路，因此这种应用方式称为外积分式Rogowski线圈电流互感器.适用于低频电流的测量,如工频电流.,外积分可分为有源积分和无源积分两种,36,罗哥夫斯基(Rogowski)线圈,与传统电磁式互感器相比，应用Rogowskiski线圈测量大电流的电子式
14、电流互感器主要特点包括：1）线性度好。线圈不含磁饱和元件，在量程范围内，系统的输出信号与待测电流信号一直是线性的，线性度好使得罗氏线圈非常容易标定；2）测量范围大。系统的量程大小不是由线性度决定的，而是取决于最大击穿电压。测量交流电流量程从几毫安到几百千安；3）响应速度快，频响范围宽，适用频率可从从0.1Hz到1MHz；4）一次侧和二次侧电流无相角差；5）互感器二次开路不会产生高电压，无二次开路危险。,37,光学电流传感（OCT）,光学电流传感（Optical Current Transducer：OCT）为无源型电子传感器，其高压部分均为光学器件而不采用任何有源器件。,OCT的基本原理是利用
15、法拉第磁光效应：一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时，线偏振光的偏振面会随着平行于光线方向的磁场的大小发生旋转。,无源的OCT目前已经达到实用化的程度，但是要完全取代传统的电流互感器它还存在一些需要解决的技术难点，如双折射效应对OCT的灵敏度和测量精度的影响以及磁场的干扰、温度的变化引起的测量误差,5.3 交流电气量的测量方法,39,交流电气量的测量,频率和周期的测量 相位的测量有效值的测量功率的测量,40,频率和周期的测量,周期和频率是交流电气量的基本特征量。同时各种传感器和测量电路常将被测量变换成周期或频率信号来进行检测，因为频率测量是目前测量精度最高的参量之一，它能达到10-13的精确
16、度。频率和周期是从不同的侧面来描述周期现象的，二者互为倒数关系，只要测得一个量就可以换算出另一个量。,频率的测量,频率是指单位时间内被测信号重复出现的次数,式中，f被测信号的频率； N电振动次数或脉冲个数； t产生N次电振动或N个电脉冲所需的时间,41,频率和周期的测量,传统的频率测量方法主要是基于电磁原理的电动系频率表和变换式频率表等，目前最常用的是采用计数法测量频率的数字频率计，也是本书主要介绍的方法,计数法测信号频率原理图,计数法测信号频率各点波形图,42,频率和周期的测量,频率是每秒内信号变化的次数，欲准确地测量频率，必须要确定一个准确的时间间隔。由于稳定度良好的石英晶体振荡器产生的信
17、号的频率稳定度可达10-9量级，所以利用石英晶体振荡器产生周期为T0的脉冲，经过一系列分频可得到几种标准的时间基准，例如，10ms，0.01s，1s，10s等几种,计数法测量频率时相对误差,极限情况下最大相对误差,43,频率和周期的测量,频率测量的相对误差主要由两部分组成 1.计数器计数时的量化误差,2.主闸门开启时间的相对误差,设标准频率为f0，闸门开启时间T=NT0=N/f0,式中，G为晶体振荡器的稳定度,计数法测量频率的最大相对误差,44,频率和周期的测量,周期的测量,周期指电信号一个循环所需要的时间，它与频率的关系,计数法测周期原理图,计数法测周期各点波形图,45,频率和周期的测量,根
18、据获得的计数值N，时标信号周期T0，以及被测信号倍乘系数n，得到周期,计数法测量周期的的测量误差,最大相对误差,46,频率和周期的测量,中介频率,对于同一信号用直接测量频率和直接测量周期的误差相等时，那么此时信号的输入频率被称为中介频率fc,为了获得较高的测量准确度，如果被测频率高于或低于中介频率时，采用直接测量频率的方法,假设,可得,47,相位的测量,相位和时间也是密切相关的，二者也可以互相转换，例如50HZ交流电源，一个周期为20ms，对应相位为360，如果测出时间间隔为5ms，则知相位为90。可见，与频率计测量时间的原理类似，可以利用计数法来测量相位的变化,48,相位的测量,被测相位差值
19、,式中，T0为时标脉冲周期， Nx为时间 内的计数值，T为被测信号周期,由于T也是未知数，所以需要经过两次测量，并经过计算得到相位差值，,假设测量信号的周期计数值为NT,该测量方法的准确度与时标脉冲的频率相关,准确度要求为0.1,即,指针式电工仪表,磁电系仪表电磁系仪表电动系仪表功率表,磁电系测量机构,1. 结构,游丝,(1) 固定部分 马蹄形永久磁铁、极掌NS及圆柱形铁心等。,(2) 可动部分 铝框及线圈，两根半轴O和O，指针与游丝。,极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中产生均匀的辐射方向的磁场。,一、是用来产生反作用力矩；二、是把被测电流导入和导出可动线圈；注意：游丝是用直径较细的弹
20、性金属材料制成，不能通过大电流，否则容易过载熔断。,磁电系测量机构中游丝的作用,2. 工作原理（结构图）,(1) 转动力矩M 的产生,(2) 反作用力矩MF的产生,在线圈和指针转动时，游丝被扭紧而产生阻转矩MF。,线圈受到的转矩 M= k1I,游丝的MF与指针的偏转角成正比，即 MF= k2,当弹簧的阻转矩MF与线圈受到的转动力矩M达到平衡时，可动部分停止转动，此时有,M = MF,线圈通入电流 I 电磁力 F 线圈受到转动力矩矩 M 线圈和指针转动,当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即MF= M时，可转动部分便停止转动， M = k1I ， MF= k2 。,3. 阻尼力矩的产生,当线圈通入电流
21、而发生偏转时，铝框切割磁通，在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。,即指针的偏转角,结论: 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。,磁电系仪表 电流的恒定分量 I0,4.用途 测量直流电压、直流电流及电阻。5.优点： 1.刻度均匀； 2.灵敏度和准确度高； 3.阻尼强； 4.消耗电能量小； 5.受外界磁场影响小。 6.缺点： 1.只能测量直流； 2.价格较高； 3.不能承受较大过载。,二 磁电系电流表,电流表的内阻要很小。,若要扩大电流表的量程，可在测量机构上并联一个分流电阻 RA 。,电流表应串联在电路中，,R0 测
22、量机构的电阻 RA 分流器的电阻,电磁式仪表,1.电磁式仪表结构,2. 排斥型电磁式仪表的工作原理,被测参数的电流流过固定线圈时，产生的磁场使固定铁片和可动铁片磁化，磁场相互作用使可动部分转动。带动指针旋转。,优点：结构简单、价格低、能进行交、直流测量。缺点：刻度不均匀、准确度较差。,固定部分：,1-定线圈,2-定铁片,3-转轴,活动部分：,4-动铁片,6-指针,7-阻尼器,5-游丝,8-平衡锤,电动系仪表,电动系仪表结构,电动仪表电磁力示意图,电磁转矩 T=K1I1I2; 弹簧的反作用力矩 TC=K2。当力矩平衡（T = TC）时，可动部分停止转动，指针的偏转角 =KI1I2。电动系电流表：
23、 I=I1=I2 则指针的偏转角为 =KI2。,功率和电能的测量方法,功率测量方法 1.直接法：测量功率可直接用电动系功率表、数字功率表或三相功率表，测量三相功率还可以用单相功率表接成两表法或三表法。 2.间接法：直流可通过测量电压、电流间接求得功率。交流则需要通过电压、电流和功率因数求得功率。电能测量方法 1.直接法：直接测量电能，直流可使用电动系电能表，交流用感应系或电子电能表。 2.间接法：电能测量一般不用间接法，只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。,电动系功率表,工作原理 测量功率时，电动系仪表的固定线圈与负载串联，反映负载电流 I ，仪表的可动线圈与负载并联，反映负
24、载电压 U 。按电动系仪表工作原理，可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率P。,如果U、I 为交流同样可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率P。,功率表正确接线应遵守“电源端”守则，即接线时将“电源端”接在电源的同一极性上。,*号表示“电源端”,功率表的正确接线,功率表的错误接线,（a）和（b) 电流线圈与电压线圈电源端*不接同一极性，功率表转反,（b） 和（c）可动线圈与固定线圈间存在电位差的错误,a) b) c),单相交流功率的测量,1 用电压表，电流表，相位表间接测交流功率,有功功率,无功功率,视在功率,单相交流功率的测量,2 用功率表测有功（无功）功率,(a)直接接入 (b)经互感器接入U
25、电压； W功率表；*电流、电压同名端；U1一次电压；U2二次电压用功率表测量单相有功功率,三相交流功率的测量,1 用单相功率表测三相功率 一表法： 适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功率，等于功率表读数的三倍。,a)负载为星形联结法 b)负载为三角形联结法,三相交流功率的测量,2 在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量三相功率。 通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。,两功率表测量三相功率,工作原理：,三相瞬时功率：,所以， p = uA iA + uB iB + uC(iA iB) iC = (uA uC ) iA + ( uB uC )
26、 iB = uAC iA + uBC iB = p1+ p2,p = pA+ pB+ pC = uA iA + uB iB + uC iC,因为，iA+ iB+ iC= 0,可见，三相功率可用两个功率表来测量。,式中 为uAC和iA之间的相位差。,式中 为uBC和iB之间的相位差。,两功率表读数之和为 P = P1+ P2 = UAC IA cos + UBC IB cos ,三相交流功率的测量,P1 = UAC IA cos,= Ul Il cos (30 ),P2 = UBC IB cos ,= Ul Il cos (30+ ),由相量图可知，两功率表的读数为：,两功率表读数之和为 P =
27、 P1+ P2 = Ul Il cos (30 )+ Ul Il cos (30+ ),可见，采用两表法可测量三相功率。,当 60时，P1和P2 均为正值，P = P1读数+P2读数,当 60时，P1为正值，P2为负值，反转，P = P1读数 P2读数,三相功率应是两个功率表读数的代数和，其中任意一个功率表的读数是无意义的。,三相交流功率的测量,P = P1+P2=UAC IA cos + UBC IB cos ,3 三表法： 适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即,三相交流功率的测量,4 有功表跨相90度联接测无功功率和电能：一表,三相交流功率的测量,二表
28、,三表,5 测量有功二表法线路测无功功率,三相交流功率的测量,两有功功率表读数之差 ：Q = P1 P2 = Ul Il cos (30 ) Ul Il cos (30+ ),基本电气绝缘预防性试验,一绝缘电阻和吸收比的测量,绝缘电阻的测试是电气设备绝缘测试中应用最广泛，试验最方便的项目。绝缘电阻值的大小，能有效地反映绝缘的整体受潮、污秽以及严重过热老化等缺陷。绝缘电阻的测试最常用的仪表是绝缘电阻表（俗称兆欧表），绝缘电阻最大可达105106M左右。绝缘电阻表的输出电压通常有100V、250V、500V、1000V、2500V、5000V、10000V等规格，输出电流随输出电压的升高而减少，5
29、kV高压时一般输出电流只有几个mA， 对于一般的绝缘材料是足够的，但对于大电容量的试品，如电力电缆、大型发电机定子绕组、电力电容器，则需要大功率的测量仪表。,测量原理,1、电气设备中的绝缘介质并非绝对不导电。图1中左侧方框代表一绝缘试品，合上开关K，在绝缘介质的两端施加一定的直流电压V，微安表指针首先会发生较大偏转，随后指针偏转角度逐步减小并会稳定在一定的角度，微安表所指示的电流变化如图1中右侧的电流曲线i所示。,图1 直流电压下流过不均匀介质的电流构成,2、总电流i可以分解成三种电流分量：由绝缘电阻R决定的漏电流i1：不随时间而改变的纯阻性电流介质内部电压重新分配过程中产生的吸收电流i2 ：
30、按指数规律衰减的阻容性电流由快速极化产生的电容电流i3：按指数规律衰减的纯容性电流，衰减时间常数比i2时间常数小，衰减速度较快。3、吸收电流与吸收曲线：吸收电流与绝缘介质内部绝缘老化程度有关，如受潮、局部绝缘缺陷等会使吸收变快，吸收电流与时间的曲线叫吸收曲线。不同绝缘介质的吸收曲线不同，对同一绝缘介质而言，绝缘状况不同，吸收曲线也不相同。4、吸收比K：测量绝缘电阻及吸收比就是利用吸收现象来检查绝缘是否整体受潮，有无贯通性的集中性缺陷，规程规定加压后60s和15s时测得的绝缘电阻之比为吸收比。即 KR60R15 当K1.3时，认为绝缘干燥，而以60s时的电阻为该设备的绝缘电阻。,测量原理,绝缘介
31、质的吸收现象,下面以双层介质为例定性分析吸收现象，如图2，在双层介质上施加直流电压，。1、当K刚合上瞬间，电压突变，这时层间电压分配取决于电容即：,2、而在稳态(t)时，层间电压取决于电阻，即：,3、若被测介质均匀，C1C2，r1r2，则 在介质分界面上不会出现电荷重新分配的过程。4、若被测介质均匀C1C2，r1r2。这表明K合闸后，两层介质上的电压要重新分配。若C1 C2，r1r2，则合闸瞬间U2U1；稳态时，U1 U2，即U2逐渐下降，U1逐渐增大。C2已充上的一部分电荷要通过r2放掉，而C1则要经R和r2从电源再吸收一部分电荷。这一过程称为吸收过程。因此，直流电压加在介质上，回路中电流随
32、时间的变化，如图3所示。,图2,图3,绝缘介质的吸收现象解释,1、初始瞬间由于各种极化过程的存在，介质中流过的电流很大。2、随时间增加，电流逐渐减小，最后趋于一稳定值Ig，Ig就是由介质电导决定的泄漏电流。与之相应的电阻就是介质的绝缘电阻。3、图3中阴影部分面积就表示了吸收过程中的吸收电荷，相应的电流称为吸收电流。它随时间增长而衰减，其衰减速度取决于介质的电容和电阻(时间常数为 )。干燥绝缘体，r很大，故 很大，吸收过程明显，吸收电流衰减缓慢，吸收比K大；而绝缘受潮后，电导增大，r减小，Ig也增大，吸收过程不明显 。因此，可根据绝缘电阻和吸收比K来判断绝缘是否受潮。,绝缘电阻测量仪表,1、测量
33、绝缘电阻的仪表常称作摇表，由于绝缘电阻数值至少在兆欧级以上，所以又称为兆欧表。 2、兆欧表三个接线端子：Line端子L：接于被试设备的高压导体上；Earth端子E：接于被试设备的外壳或地上；Guard端子G：接于被试设备的高压屏蔽环/罩上，以消除表面泄漏电流的影响。,手摇式兆欧表的内部结构和测量原理,由电源和两个线圈回路组成。电源是手摇发电机，处于磁场中的两个线圈（电流线圈和电压线圈）相互垂直，组成磁电式流比计机构。当摇动兆欧表时，发电机产生的直流电压施加试品上，这时在电压线圈和电流线圈中就分别有电流I1和Ix流过，将会产生两个不同方向的转矩T1和T2：,T1 = k1 I1 B1 () T2
34、 = k2 Ix B2 () 当两个反向转矩平衡时:k1 I1 B1 () = k2 Ix B2 (),已知R为标准电阻，R1和R2分别为电压线圈和电流线圈的电阻。,因为：,结论：偏转角与被测电阻Rx有一定的函数关系，通过标定，角就能反映被测电阻的大小。而且偏转角与电源电压U无关，所以手摇发电机转动的快慢不影响读数,绝缘电阻表的使用,兆欧表在工作时,自身产生高电压,而测量对象又是电气设备,所以必须正确使用,否则就会造成人身或设备事故。（1）测量前必须将被测设备电源切断,并对地短路放电,决不允许设备带电进行测量,以保证人身和设备的安全。（2）对可能感应出高压电的设备,必须消除这种可能性后,才能进
35、行测量。（3）被测物表面要清洁,减少接触电阻,确保测量结果的正确性。（4）测量前要检查兆欧表是否处于正常工作状态,主要检查其“0”和“”两点。即摇动手柄,使电机达到额定转速,兆欧表在短路时应指在“0”位置,开路时应指在“”位置。（5）兆欧表使用时应放在平稳、牢固的地方,且远离大的外电流导体和外磁场。 做好上述准备工作后就可以进行测量了,在测量时,还要注意兆欧表的正确接线,否则将引起不必要的误差甚至错误。,绝缘电阻的局限,绝缘电阻值的大小，能有效地反映绝缘的整体受潮、污秽以及严重过热老化等缺陷，并且用兆欧表测量绝缘电阻操作简单、安全、概念清晰以及兆欧表价格便宜等，所以在高压电气设备的绝缘测试中兆
36、欧表的使用最广泛。但是用兆欧表测试绝缘时，存在下列明显缺点：（1）一般直流兆欧表的电压2.5KV以下，比某些电气设备的工作电压要低得多，当设备存在某些缺陷时，高压下的泄漏电流要比低压下的大得多，亦即高压下的绝缘电阻要比低压下的电阻小得多。（2）一般直流兆欧表的输出电流在2mA以下，当被测试设备的等效电容较大（例如电力变压器、发电机定子绕组）时，充电速度慢，难以测得准确数据。,二、介质损耗因数 的测量,介质损耗因数 是反映绝缘性能的基本指标之一。它可以很灵敏地发现电气设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积设备贯通和未贯通的局部缺陷。介质损耗因数 与绝缘电阻和泄漏电流的测试相比具有明显的优点，它与试
37、验电压、试品尺寸等因素无关，更便于判断电气设备绝缘变化情况。,介质损耗及介质损耗角,1、介质损耗：是指绝缘材料在一定强度的交变电场的作用下，由于介质电导、介质极化效应和局部放电，在其内部引起的有功损耗，常简称介损。如图6(a)所示，电介质可以近视等效为电阻R和电容C的并联，对电介质施加交流电压 ，流过电介质的电流就包含阻性分量 和容性分量 ，它们与参考相量 的相位关系如图6(b)所示。2、介质损耗角：在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量 和电压相量 之间的夹角为该绝缘试品的功率因数角，而的余角就是介质损耗角，也简称介损角。,(a)电介质的RC并联等效电路 (b)相量图图6 电介质RC并联等
38、效电路和相量图,3、介质损耗因数,4、介质损耗因数和介质损耗角正切,，,根据图6.6(b)可知，,电介质的介质损耗因数就等于该电介质的介质损耗角正切 ，它是一个与无量常数。而介质的有功损耗 P：,所以介质损耗角正切 可以用来衡量电介质损耗大小。电介质损耗发热并可能引起电介质的热击穿,因此在电绝缘技术中,特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合,应尽可能采tg较低的材料。但也有利用高频电流（一般为0.3300兆赫）使介质发热以达到干燥材料(木材、纸、陶瓷等)的目的。,QS1电桥测量介质损耗角正切 原理,电气设备绝缘能力的下降，如绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等，直接反映为介损增大。测量 的大
39、小及变化趋势，可以帮助我们判断电气设备的绝缘状况。传统测量方法是采用QS1型电桥，也称高压西林电桥，同时也能得到试品的电容量。,当电桥平衡时，IG=0，应满足：,Zx：为被试品的等效阻抗Cn ：为标准电容器R3 ：可调无感电阻C4 ：可调无感电容器图7 图7 QS1电桥原理图,整理得：,左边实部显然等于零，整理可得：,故有：,一般取 欧姆，f=50Hz，R43184（），得到：,同理可得：,三、接地阻抗的测量,1、电力设备的接地: 将设备的某一部位通过接地线与接地网进行可靠的金属连接。为保证接地阻抗在一定范围内（不同接地类型有不同的要求），一般需要埋设接地网。接地网由角钢、圆钢等构成一定的几何
40、形状，设备、接地线和接地网要可靠连接。2、电力设备的接地种类：按照接地目的的不同，可以分为工作接地：指电力系统利用大地作为地线回路的接地，正确的工作接地是电力设备正常工作的基本条件，如三相四线制中变压器中性点的接地。保护接地：指为防止电力设备的外壳和不带电的金属部分因绝缘泄漏或感应带电所进行的接地。正确的保护接地是防止触电、保护人身安全的重要措施。防雷接地：指过电压保护装置或户外设备的金属结构的接地，如避雷器的接地、光伏电池组串的金属框架的接地等。,接地阻抗,接地阻抗： 指电力设备的接地极与电位为零的远处间的阻抗，可以用两点间的电压与通过接地装置流向大地的电流的比值来测量。它反映的是接地装置对
41、入地电流的阻碍作用的大小。由于接地阻抗的大小对电力系统的正常运行和人身安全有重大影响，所以接地阻抗的测量属于国家标准强制要求测量项目。影响接地阻抗大小的因数：接地体附近土壤电阻率的大小接地网的几何参数和埋入深度接地线与接地网的金属连接,伏安法测量接地阻抗的基本原理,在接地极E和电流极C之间施加工频交流电压U,就会有电流通过接地极、大地和辅助电流电极构成的回路。电流通过接地极向大地四周扩散，在接地极附近形成电压降。 由于电流从接地体向四周发散，所以距离接地极越近，电流密度越大，电压降落也最显著，形成图8（b）所示的电位分布。如果辅助电流极离接地极的距离足够远，就会在它们的中间出现电压降近视为零的
42、区域，该区域的电位分布对应图8（b）中电位分布曲线中间平坦的部分。假设辅助电压极P正好位于该区域，电压表和电流的读数分别为V、I，则接地体E的工频接地阻抗Z为：,图8 (a)接线原理图 (b)接地体附近电位分布图,伏安法准确测量接地阻抗的关键,辅助电压电极P必须准确找到电位为零的区域。 具体方法是： 在E、C足够远（通常大于接地网对角线长度的4-5倍）的情况下，将辅助电压极逐步远离E极向C极方向移动，当电压表读数基本不变时，该位置就是近视的零电位点。有时为了测准，则采用变电所的出线，达到E、C两极距离足够大。,接地阻抗的测量方法,1、试验接线图：见图9 由于一般低压220V由一条相线和一条中性
43、线（一火一地）构成，若没有升压变压器隔离，则相线端直接接到被测接地装置上，可能造成电源短路。,图9 电压-电流表法接地阻抗测量试验接线图,2、接地阻抗计算,Z接地阻抗，单位;V电压表测得被测接地电极与电压辅助电极间电压，单位V; I流过被测接地电极的电流，单位A。,接地阻抗测量试验的电极布置,电极直线布置：一般选电流线dGC等于(45)D，D为接地网最大对角线长度，电压线dGP为0.618dGC左右。测量时还应将电压极沿接地网与电流极连线方向前后移动dGC的5%，各测一次。若3次测得的阻抗值接近，可以认为电压极位置选择合适。若3次测量值不接近，应查明原因（如电流极、电压极引线是否太短等）。当远
44、距离放线有困难时，在土壤电阻率均匀地区，dGC可取2D;当土壤电阻率不均匀时，dGP可取3D左右。电极三角形布置，一般选dGP=dGC=(45)D，夹角30。测量时也应将电压极前后移动再测2次，共测3次。,接地阻抗测量注意事项,(1)测量应选择在干燥季节和土壤未冻结进行。(2)采用电极直线布置测量时，电流线与电压线应尽可能分开，不应缠绕交错。(3)在变电站进行现场测量时，由于引线较长，应多人进行，转移地点时，不得甩扔引线。(4)测量时接地阻抗表无指示，可能是电流线断；指示很大，可能是电压线断或接地体与接地线未连接；接地阻抗表指示摆动严重，可能是电流线、电压线与电极或接地阻抗表端子接触不良，也可
45、能是电极与土壤接触不良造成的。(5)对于运行10年以上接地网，应部分开挖检查，看是否有接地体焊点断开、松脱、严重锈蚀现象。曾发生过变电站接地电阻测量合格而开挖检查时发现接地体严重锈蚀的情况。,四、电力设备局部放电的测量,1、定义：按照GB/T7354-2003(等同IEC60270-2000) 局部放电测量中的定义,局部放电是指导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，这种放电可以在导体附近发生，也可以不在导体附件发生。2、局放产生的原因：主要是由于绝缘体内部或绝缘表面局部电场特别集中而引起的，例如固体绝缘体中的小气泡或其它杂质、导体和绝缘体界面上的小金属毛刺等都会导致局部的电场集中。3、危害：早期局
46、放放电水平低，对整体绝缘尚不构成严重影响。但长期在工作电压下的局部放电会伴随着热、光和化学反应，逐步侵蚀周围的绝缘,最终产生严重的绝缘缺陷。局部放电量是评估电力设备绝缘性能的重要质量指标，局部放电测量试验是电力设备绝缘的非常重要的预防性试验项目。国标GB/T7354-2003及部标DL/T 417-2006均对局部放电测量试验的试验对象、测量参数、测量回路等给出具体说明。,局部放电的机理分析,局部放电的基本模型：见图11 绝缘体内含一小空气泡，气泡与固体介质的上下S区形成串联，再与左右P区并联，等效电路如图11(b)所示。定性分析：设A为S区截面积，、为固体介质和气泡的介电常数,图11 含气泡
47、的绝缘试品及其等效电路(a) 含一个气泡的固体绝缘试品(b)等效电路。,，,气泡的等效电容,S区固体介质的等效电容,局部放电的机理分析,在绝缘试品两端施加一交流电压UAC,电容Cs和C串联分压，两个电容上的电压比为：,气泡内的电场强度E与S区的电场强度ES之比为：,结论：气泡内的电场强度就是周围固体介质中的电场强度的 倍，由于常用固体绝缘材料的介电常数是空气的介电常数的2-20倍，小气泡很可能在工作电压下就会出现局部放电。,气泡内发生局部放电的过程分析,给试品施加工频交流电压，气泡两端的电压如图12所示： 虚线正弦电压曲线 表示不出现局部放电气泡两端的电压变化 曲线 表示出现稳定的周期性局部放
48、电时气泡两端的电压变化情况,图12 气泡内发生局部放电的过程,随后再重复上升、击穿后快速下降的循环，半周期局放循环次数取决于气泡的击穿电压UB和外加试验电压UAC的大小。气泡电压下降幅度U反应了局部气体放电电离过程的剧烈程度。因为气体放电的电离过程会产生正负离子，这些带电离子在外电场的作用下分别定向移动到气泡的上下壁从而形成了一个内部反向电场。气泡内的电场是外加电场和这个反向电场叠加的结果。在半个周波内的每一次新的放电，都会在气泡壁上积累更多的电荷，反向电场也不断加强，所以就需要更高的外部电压才能产生新的放电。,U 随外电压UAC上升并达到气泡的击穿电压UB时，气泡内发生放电，UB迅速下降到U
49、m，气泡放电停止，气泡电压的下降幅度为U。,局部放电的复杂性,上述对局部放电放生过程的分析只是基于单气泡一个定性的分析，而实际的局部放电过程要复杂得多。 绝缘材料中的气泡可能会有多个，局部放电点可能会有多个 每个气泡的起始放电电压也不一样，所以放电脉冲不会如图12那样整齐。但局部放电基本都发生在工频电压上升途中，并靠近正负峰值附近。 剧烈的局部放电也可能在2、4象限出现，这主要是由于剧烈放电产生大量正负离子，这些带点离子在两气泡壁间形成过高的内部反向电压足以在外部电压下降到一定程度后就将气泡击穿。,局部放电的主要参数,(1).放电起始电压Ui 指局放脉冲参量幅值等于或超过某一规定的最低值时的施
50、加在绝缘试品上的最低电压。从以上定义不难看出，绝缘材料内微弱的局放是允许的，但为了保证电力设备安全运行，必须对局部放电水平进行定期检查。(2).放电熄灭电压Ue 当所选的局放脉冲参量幅值等于或小于某一规定的最低值时的最低施加电压。(3).视在放电量q： 在试品两端瞬时注入一定电荷量，使试品端电压的变化和由局部放电本身引起的端电压的变化相同，此注入量即为局部放电的视在电荷量,单位为皮库（pC）。 由于局部放电发生在绝缘试品的内部，其实际放电量无法测量，但视在放电电荷量q可以证明与实际放电量之间基本成正比的关系,并且视在放电电荷量总是小于实际放电量。,脉冲电流法局部放电测量的基本回路,DL/T41
