高电压实验报告
高电压技术
实验报告
实验名称：介质损耗角正切值的测量学校：四川大学
学院：电气信息学院
姓名：
学号：
实验二介质损耗角正切值的测量
一．实验目的：
学习使用QS1型西林电桥测量介质损耗正切值的方法。
二．预习要点：
概念：介质损耗、损耗角、交流电桥
判断：介质损耗是表征介质交流损耗的参数（直流损耗用电导就可表征），包括电导损耗和电偶损耗；测量tgδ值对检测大面积分布性绝缘缺陷或贯穿性绝缘缺陷较灵敏和有效，但对局部性非贯穿性绝缘缺陷却不灵敏和不太有效。
推理：中性介质的介质损耗主要是电导损耗，极性介质的介质损耗则由电导损耗和电偶损耗两部分组成。
相关知识点：介质极化、偶极子、漏导。
三．实验项目：
1．正接线测试
2．反接线测试
四．仪器设备：
50/5试验装置一套
水阻一只
电压表一只
QS1电桥一套
220Kv脉冲电容器（被试品）一只
五．实验接线：
（a）高压试验源（b）正接线（c）反接线（d）对角接线
图2-3 QS1西林电桥试验接线图
六．实验说明：
绝缘介质中的介质损耗（P=ωCu 2 tg δ）以介质
损耗角δ的正切值(tg δ)来表征,介质损耗角正切值等于介质有功电流和电容电流之比。用测量tg δ值来评价绝缘的好坏的方法是很有效的，因而被广泛采用，它能发现下述的一些绝缘缺陷：
绝缘介质的整体受潮；
绝缘介质中含有气体等杂质； 浸渍物及油等的不均匀或脏污。 测量介质损耗正切值的方法较多，主要有平衡电桥法（QS1），不平衡电桥法及瓦特表法。目前，我国多采用平衡电桥法，特别是工业现场广泛采用QS1型西林电桥。这种电桥工作电压为10Kv ，电桥面板如图2-1所示，其工作原理及操作方法简介如下：
⑴．检流计调谐钮⑵．检流计调零钮 ⑶．C4电容箱（tg δ）⑷．R3电阻箱
⑸．微调电阻ρ（R3桥臂）⑹．灵敏度调节钮 ⑺．检流计电源开关⑻．检流计标尺框
⑼．+tg δ/-tg δ及接通Ⅰ/断开/接通Ⅱ切换钮 ⑽．检流计电源插座⑾．接地
⑿．低压电容测量⒀．分流器选择钮 ⒁．桥体引出线
图2-1 QS1西林电桥面板图
1． 工作原理：
原理接线图如图2-2所示，桥臂BC 接入标准电容C N
（一般C N =50pf ），桥臂BD 由固定的无感电阻R 4和可调电容C 4并联组成，桥臂AD 接入可调电阻R 3，对角线AB 上接入检流计G ，剩下一个桥臂AC 就接被试品C X 。
高压试验电压加在CD 之间，测量时只要调节R 3和C 4
就可使G 中的电流为零，此时电桥达到平衡。由电桥平衡原理有：图2-1 QS1西林电桥面板图
BD
CB AD CA U U U U =
即：BD CB AD CA Z Z Z Z =（式2-1）
各桥臂阻抗分别为：
X
X X
X CA R C j R Z Z ?+=
=?144441R C j R Z Z BD ?+=
=? 33R Z Z AD ==N
N CB C j Z Z ?1=
=
将各桥臂阻抗代入式2-？，并使等式两边的实部和虚部分别相等，可得：
3
4
R R C C N X ?
=44R C tg ??=?δ（式2-2）
在电桥中，R 4的数值取为=10000/π=3184（Ω），电源频率ω=100π，因此： tg δ= C 4（μf ）（式2-3）
即在C 4电容箱的刻度盘上完全可以将C 4的电容值直接刻度成tg δ值（实际上是刻度成tg δ（%）值），便于直读。
2．接线方式：
QS1电桥在使用中有多种接线方式，即图2-3（b ）所示的正接线，图2-3（c ）所示的反接线，图2-3（d ）所示的对角接线，另外还有低压测量接线等。
正接线适用于所测设备两端都对地绝缘的情况，此时电桥的D 点接地，试验高电压在被试品及标准电容上形成压降后，作用于电桥本体的电压很低，测试操作很安全也很方便，而且电桥的三根引出线（C X 、C N 、E ）也都是低压，不需要与地绝缘。
反接线适用于所测设备有一端接地的情况，这时是C 点接地，试验高电压通过电桥加在被试品及标准电容上，电桥本体处于高电位，在测试操作时应注意安全，电桥调节手柄应保证具有15kv 以上的交流耐压能力，电桥外壳应保证可靠接地。电桥的三根引出线为高压线，应对地绝缘。
对角接线使用于所测设备有一端接地而电桥耐压又不够，不能使用反接线的情况，但这种接线的测量误差较大，测量结果需进行校正。
低压接线可用来测量低压电容器的电容量及tg δ值，标准电容可选配0.001μf （可测C X 范围为300pf ～10μf ）或0.01μf （可测C X 范围为3000pf ～100μf ） 3．分流电阻的选择及tg δ值的修正：
QS1电桥可测试品范围很广，试品电容电流变化范围也很广，但电桥中R 3的最大允许工作电流为0.01A ，如果试品电容电流超过此值，则必须投入分流器，以保证R 3的安全工作，分流器挡位的选择可按表2-1所列数据进行。
在投入分流器后所测tg δ值很小的情况下，测量值应进行校正，其校正式如下：
δδδtg tg tg X ?-=
()ρ
ρωδ+--?=
?34100R n R C tg N
tg δ为实测值，Δtg δ为校正量，tg δX 为校正后的值。
表2-1 分流器挡位选择表
七．实验步骤：
⑴．首先按图2-3所示的正接线法接好试验线路；
⑵．将R 3、C 4以及灵敏度旋钮旋至零位，极性切换开关放在中间断开位置； ⑶．根据被试品电容量确定分流器挡位；
⑷．检查接线无误后，合上光偏式检流计的光照电源，这时刻度板上应出现一条窄光带，调节零位旋钮，使窄光带处在刻度板零位上；
⑸．合上试验电源，升至所需试验电压；
⑹．把极性切换开关转至“+ tg δ”位置的“接通Ⅰ”上；
⑺．把灵敏度旋钮旋至1或2位置，调节检流计的合频旋钮，找到检流计的谐振点，光带达到最宽度，即检流计单挡灵敏度达到最大；
⑻．调节检流计灵敏度旋钮，使光带达到满刻度的1/3～2/3为止；
⑼．先调节R 3使光带收缩至最窄，然后调节C 4使光带再缩至最窄，当观察不便时，应增大灵敏度旋钮挡（注意在整个调节过程中，光带不能超过满刻度），最后，反复调节ρ和C 4并在灵敏度旋钮增至10挡（最大挡）时，将光带收缩至最窄（一般不超过4mm ），这时电桥达到平衡；
⑽．电桥平衡后，记录tg δ、R 3、ρ值，以及分流器挡位和所对应的分流器电阻n ，还有所用标准电容的容量C N ；
⑾．将检流计灵敏度降至零，把极性旋钮旋至关断，把试验电压降至零并关断试验电源，关断灯光电源开关，最后将试验变压器及被试品高压端接地。
⑿．计算被试品电容量：
n
R R R C C N x 3
34100+?+?
=ρ
式中，C N ------标准电容的容量（50pf 或100pf ）
n ------分流器电阻值（对应于分流器挡位，如表2-1所列） ⒀．按图2-4所示的反接线法接好试验线路（选做）；并按⑵～⑿操作步骤调节电桥，测出被试品的tg δ值和C X 值。
注意：反接线法桥体内为高压，电桥箱体必须良好接地，电桥引出线应架空与地绝缘。操作时注意安全。
八．实验数据分析
1）、实验图：
1
2）实验结果：
计算平均值得电容Cx=15431.67pF
实验测得：tgδ=0.1117%
绝缘电阻R=tgδ/wCx=0.001117/[2*50*3.14*1.543167*10^(-5)]=0.23Ω
计算被试品的C x =15431.67pF.
实验分析：利用西林电桥测量tgδ的结果会受到一系列外界因素的影响，主要有：外界电磁场的干扰、温度的影响、测试电压的影响、试品电容量的影响、试品表面泄露的影响。