第三节
测量介质损耗因数的设备

在介质损耗因数测量中，高压西林电桥一度占据了主导地位，2500V介质损耗试验器（简称M型电桥）在我国东北也曾得到过广泛应用。但是近年来，高压西林电桥和M型电桥已逐步淡出了人们的视野，取而代之的是操作简便、抗干扰能力强的自动介损电桥。

交流电压作用下的被试设备绝缘可被等效为有介质损失的电容，根据等效电容对地是否能够隔离，绝缘介质损耗测试因数测量的接线方式主要可分为正接线、反接线两类。其中正接线适用于被试设备等效电容可完全对地隔离的情况，如末屏外引接地的电容型套管、电容型电流互感器等设备的介质损耗因数测量即可采用正接线方式。而对于诸如发电机、变压器等设备绕组对外壳的介质损耗因数测量，由于外壳难以与地隔离，因此只能采取反接线方式。相对于正接线，如图3-6所示，反接线方式更易受到被试设备及测试引线对地杂散电容的影响而产生测量误差，被试设备电容量越小，则测量误差越大。由于工作原理不同，不同类型介质损耗因数测量仪器还具有一些特殊的接线方式。

一、QS1型西林电桥

（一）测量原理

QS1型西林电桥是电力设备绝缘tanδ和电容量C _x 的经典测量仪器，它属于平衡电桥，具有灵敏、准确等优点。电桥工作电压为10kV，在预防性试验中，对6kV及以下的电力设备，其试验电压通常取设备额定电压；对于10kV及以上电力设备，其试验电压为10kV。

图3-6所示为正接线原理图，下面以正接线方式为例来分析QS ₁ 型电桥的工作原理。在图3-6中，C _N 是标准空气电容器，其介质损失角是非常小的（tanδ _N →0）；电桥可调部分由电阻R ₃ 和无损电容器C ₄ 组成；Z _x 为被试设备，分析时其等值电路可采用串联或并联型电路（见图3-3与图3-4），测量时，调整R ₃ 和C ₄ 使电桥平衡即可，所谓平衡就是使检流计G的指示数为零。这时电桥的顶点A、B两点的电位必然相等。因而有U _CA =U _CB ，U _DA =U _DB ，或

两式相除得

故

如将图3-6中各桥臂阻抗 ， ， ， ，代入式（3-12）可得

整理等式两端，并使其实部与实部相等，虚部与虚部相等，则得

由图3-7所示的相量图可知

对于50Hz的电源，ω=100π，所以为计算方便，在制造电桥时，取

将这些数值代入式（3-15）可得

式中的C ₄ 的单位为F。

C ₄ 的数值在电桥平衡时，可由电桥上读出，可见tanδ的数值等于C ₄ 的法拉数乘上10 ⁶ 。如果C ₄ 用μF作单位，则C ₄ 的数值就是tanδ的数值，即在数值上有

式中的C ₄ 的单位为μF。

在同一条件下，设被试设备为并联回路，经过运算也会得到同样的结果。因为同一被试设备的介质损失数值是一定的，不管用什么等值电路来代表它，都不会改变。在用并联回路代表被试设备时，被试设备电容的数值为

因为tanδ很小，所以 ，则

由上述可知：

（1）QS ₁ 型西林电桥要达到平衡，需要满足两个方面（即电压降的相角和电压降的幅值）的条件。这两方面的要求在电桥中是用两个可调元件来满足的，其一是调节可变电阻R ₃ ，以改变电压降的幅值；其二是调可变电容C ₄ ，以改变桥臂电压降的相角。

（2）QS ₁ 型电桥可以测量绝缘的tanδ和绝缘阻容等值电路的参数C _x 和r _x 。

正接线适用于两极对地绝缘的被试设备。其优点如下：

（1）对操作者安全。QS ₁ 型电桥工作时，由于上面两个臂的阻抗很大，电压主要降在上臂，因而下臂对地电位很小，所以操作人员在平衡电桥时所接触的R ₃ 、R ₄ 等测量部分的元件均处于低电位，没有触及高压的危险。

（2）对外来的影响有良好的屏蔽系统，准确度高。

由于这种接线要求被试设备的两极均是绝缘的，而在现场试验中常遇到的又是一极已接地的设备，如测量发电机绕组对外壳（与地相连）的tanδ就是这种情况，所以正接线往往用于实验室或用来测量绕组间的介质损耗因数。

图3-8所示为QS ₁ 型西林电桥反接线原理图。反接线适用于现场被试设备一极接地的情况，故应用较多。与图3-6所示的正接线相比，D点不是接地而是接高压，C点不是接高压而是接地，故称为反接线。在反接线中，电桥各臂和部件都处于高电压，因此一切必要的操作都是通过绝缘柄来进行的，或者采用法拉第笼进行等电位带电操作。并且电桥的支持物和调节连接杆对外壳都应有足够的绝缘强度。QS ₁ 型电桥的桥臂固定绝缘柱及调节传动的绝缘柱都具有15kV的耐压水平，因此，可置于10kV试验电压的反接线下工作。

反接线时电桥的导线应对地绝缘，并且对接地物品的距离应大于100～150mm，标准电容器高压极板接线端引出的接地导线对电容器外壳（带有高压）的距离也不得小于100～150mm。

在反接线电路中，线路中外来电场的影响是依靠全部电桥的屏蔽来消除的。屏蔽做成金属盒，接到电桥的D点，屏蔽上的感应电荷经过变压器绕组而入地，连接变压器与电桥导线上的电荷不通过电桥而直接入地，所以导线不需要屏蔽。

应当指出，在反接线中，被试设备高压电极及引线对地的杂散电容C _Z 恰巧与被试设备C _x 并联，这样会产生测量误差，尤其是被试设备容量较小时，这个误差更大。

当被试设备为一极接地，而电桥又没有足够绝缘，因而不能采用反接线法测量时，可采用对角线接线法进行测量，其原理接线图如图3-9所示。

（二）消除干扰的基本方法

在现场实际测量中，特别是在110kV及以上变电所内进行测量时，往往会出现由于周围带电部分造成的干扰，给测量带来误差。例如，在某330kV变电站测110kV多油断路器的介质损耗因数时，由于其5m上空有110kV母线干扰，测得的tanδ自0.6%增高到3.5%。

干扰有两种：一种是电场干扰；另一种是磁场干扰。

电场干扰主要是由于干扰电源通过带电设备与被试设备之间的电容耦合造成的。图3-10所示为电场干扰的示意图。干扰电流 通过耦合电容 流过被试设备电容 ，于是在电桥平衡时所测得的被试设备支路的电流 ，由于加上 而变成了 。若干扰电路 大小不变，则干扰电流 的轨迹是以被试设备电流 的末端为圆心，以 为半径的一个圆，如图3-11所示。 在0°～360°内变动， 与 合成 ，故tanδ的测量结果如图3-12所示。

为避免干扰，最根本的办法是尽量离开干扰源，或者加电场屏蔽。对于同频率的干扰，还可以采用移相法或倒相法来消除或减小对tanδ的测量误差。

移相法是现场常用的消除干扰的有效方法，允许电场干扰电流通过被试设备和测量回路，利用干扰电流和试验电流之间的关系，通过计算而得出真实的tanδ值。其简要原理是：利用移相器改变试验电源的相位，使被试设备中的电流 与 同相或反相，如图3-12（e）所示，此时δ _x =δ′ _x ，因此测出的是真实的tanδ值，即 。

通常在试验电源和干扰方向相同和相反两种情况下分别测两次，然后取其平均值，即

应指出，电桥两次测量的电容值分别为

它们分别正比于 和 的无功分量 和 。

被试设备的实际电容值（它正比于I _x 的无功分量I _Cx ）为

移相法的准确度较高。例如有一台110kV的电流互感器，在无干扰时测得tanδ=4.4%；有干扰时，测得tanδ＞6%，而采用移相法后，测出的tanδ仍有4.4%。但是移相法的接线复杂一些，测量时间也较长，又需要移相器，都是美中不足之处。

倒相法是移相法中的特例，比较简便。测量时正、反相各测一次，于是得到两组测量结果： 、tanδ ₁ 与C″ _x 和tanδ ₂ 。然后根据这两组数据计算出电容C _x 和tanδ。

为分析方便，可假定电源的相位不变，而干扰的相位改变180°，这样得到的结果与干扰相位不变，电源相位改变180°是完全一致的。

图3-13示出了用倒相法消除干扰的相量图。由图可知，正、反相两次测得的介质损耗因数各为

则被试设备的实际tanδ为

则被试设备的实际电容为

两次测量所得的被试设备的电容值为

由式（3-22）可知，当C′ _x 与C″ _x 相差不大或tanδ ₁ 与tanδ ₂ 相差不大时，可以得到

应当指出，当干扰较强烈时，δ′ _x 会变为负角，如图3-12（d）所示。在进行tanδ ₁ 测量时，上述电桥线路将无法平衡。为了测出负角δ′ _x ，可应用电桥的“-tanδ”切换装置，把C ₄ （原与R ₄ 并联）切换到与R ₃ 并联，然后再使电桥平衡。当G指零时，根据电桥平衡条件可以得出

式（3-26）中的tanδ _d %是从电桥盘面上直接读出的介质损耗因数值。

关于电场的干扰，可用下述的简便方法判断。

用QS ₁ 电桥测量绝缘的tanδ，其试验电压一般为10kV。当在10kV电压下电桥平衡时，先不减小检流计（平衡指示器）的灵敏度，而缓缓降低试验电压，观察电桥检流计光带是否展宽。如果展宽，一般认为有明显的电场干扰。

如图3-14所示，10kV电压 下流过试品的工作电流为 ，设干扰电流为 ，则流过电桥的测量电流 。测得的试品电容量和介质损耗因数分别为 、tanδ ₁ 。当试验电压降为 时，流过试品的工作电流有 ，而干扰电流仍为 ，则此时流过电桥的测量电流 ，测得的试品电容量和介质损耗因数分别为C ₂ 、tanδ ₂ 。现场测量时，在不同电压下，只要 或 且 时，电桥光带都将有明显的变化。故当降低试验电压发现光带明显展宽时，则可认为有电场干扰，应使用倒相法或移相法进行电场干扰下的介质损失测量，并通过计算求出试品的真实介质损耗因数tanδ。此时计算得到的不同试验电压下的电容量和介质损耗因数值应基本一致。

当然，如果电力设备内部有绝缘缺陷，当试验电压变化时，光带也会发生明显变化。但此时在不同电压下用倒相法或移相法测量和计算出的试品电容量和介质损耗因数将是不同的，由此可以方便地鉴别出是电场干扰还是绝缘内部存在缺陷。

磁场干扰一般较小，电桥本体都有磁屏蔽，C _x 、C _N 的引线虽较长，但其阻抗较大，磁场干扰较弱时不会引起大的干扰电流。磁场干扰主要影响检流计回路。先将检流计调谐，然后自桥体断开，并将灵敏度调到最大，即可观察到检流计中是否有磁感应干扰电流存在。为避免这种干扰造成测量误差，最好远离干扰源。为减小测量误差，也可在正、反两种极性下进行两次测量，取平均值，其原理与倒相法相似。

（三）电桥测试中的几个问题

1.分流器的使用

QS ₁ 交流电桥的原理接线如图3-15所示。因为测量时R ₃ 中允许流过的电流为0.01A，所以在10kV试验电压下被试品电容量C _x 的上限应不超过

当被试品的电容量大于此值时，就应使用分流器，以使流过R ₃ 中的电流不超过0.01A，保证R ₃ 桥臂不致烧坏。

当接入分流器时，图3-15中的S ₂ 与点2接通，同时S ₁ 放到合适的抽头上。此时I _x 经转换开关S ₁ 进入分流器N后分成I ₁ 和I ₂ 两部分，I ₁ 、I ₂ 都与I _x 同相。为了清晰起见，I ₁ 和I ₂ 的两个并联支路重新画成图3-16所示的形式。

由于通过两个并联电阻中的电流与电阻成反比，所以当电桥平衡时，I ₂ 与I ₁ 之比为

因I _x =I ₁ +I ₂ ，所以，上式可写成

或

式中 n——分流电阻，其值决定于抽头的位置；

N——分流器的总电阻，N=98.8Ω；

R ₃ ——电桥桥臂电阻值；

1.2——微调电阻的欧姆值。

由于电桥平衡时

将式（3-30）代入式（3-31），则有

因为 ，由式（3-33）和式（3-34）得

式中ρ——微调滑线电阻，ρ=0～1.2Ω。

使用分流器时，电桥平衡的相量图如图3-17所示。此时U _AB 和U _AD 不再同相，而相差一个θ角度。电桥平衡时有

由于δ和θ都很小，所以

因为

故将式（3-38）和式（3-39）代入式（3-37）得

由式（3-40）可见，R ₃ 和n愈小，tanθ就愈大，现以最小的n=4Ω及（R ₃ +ρ）=11.1Ω代入式（3-40），并略去分母中的ρ，得

由此可见，tanθ比tanδ小1～2个数量级，可以忽略，因此使用分流器时，被试品绝缘的tanδ值仍可以从电桥上按C ₄ 值直接读数，即

当试验电压为10kV时，I _N 为

则

因I ₂ 的上限应不超过0.01A，则R ₃ +ρ不应小于

因为ρ很小，可以简化为R ₃ 不应小于50Ω，以对R ₃ 的这个要求值代入式（3-30）可得表3-1所示的结果。

显然，分流器在0.01位置时，由式（3-35）得： 。

2.在R ₄ 旁并联 后的C _x 与tanδ _x

由于电桥平衡时有

因为 ，C _N =50pF，R ₃ 的最大调节范围为R ₃ =11111.2Ω；所以当测量小电容量试品时，由于 过小，难以满足式（3-42）的要求。

当电桥用于在线监测时，因为原配在QS ₁ 电桥中的C _N 不能耐受高于10kV的试验电压，所以往往用其他电容器（如JY-65-750、SOW-180-334电容等）来代替C _N ，由于这些电容器的电容量较大，也难以满足式（3-42）的要求。为此，往往采用减小R ₄ 的方法进行解决，即在R ₄ 两端再并联一只 ，这样则有

由式（3-42）得 （分流器在0.01挡）

3.负值现象及其原因

在电桥测量中，将C ₄ 调至零，检流计振幅虽最小，但仍不平衡，称为负值现象。这并非介质损失本身为负值，只是一种假象。造成这类现象的主要原因如下：

（1）标准电容器C _N 有损耗，且tanδ _N ＞tanδ _x 。通常所说的“标准电容”C _N ，是指忽略其损耗而将它看作无损电容而言的。既然被试品的介质损耗比标准电容的还要小，因而相比之下表征标准电容的漏导损耗的电阻R _N 支路已不容忽略。

由于tanδ _x ＜tanδ _N （被试品介质损耗＜标准电容介质损耗）则有

即:R _x C _x ＞R _N C _N 。

又由已知条件C _x ＜C _N （被试品电容＜标准电容），可见R _x ＞R _N 。

1）按正常的C ₄ 与R ₄ 并联法去测量该被试品时，如图3-18所示，则各桥臂阻抗为

要使电桥平衡，则应有Z ₁ Z ₄ =Z ₂ Z ₃ ，即要有

即

对照实、虚部，应有

从式（3-44）得

故

由前面分析已知R _x C _x ＞R _N C _N ，因此R _N C _N -R _x C _x ＜0，即C ₄ ＜0。这就是说，要使电桥平衡，必须有C ₄ ＜0，而事实上这是不可能的。所以C ₄ 与R ₄ 并联时测量该被试品，调节电桥总不可能平衡。

2）将C ₄ 与R ₃ 并联（即把开关S倒向“-tanδ”一方）测量该被试品时，则如图3-19所示，各桥臂阻抗为

要使电桥平衡，必须Z ₁ Z ₄ =Z ₂ Z ₃ ，即有

对照实、虚部，有

将式（3-45）代入式（3-46）得

故有

既然由已知可得R _x C _x ＞R _N C _N ，所以C ₄ ＞0能成立。

因此将R ₃ 与C ₄ 并联后可以通常调节C ₄ 使电桥平衡。此时测出该被试品的结果由式（3-45）和式（3-46）得

则

可见采用将R ₃ 与C ₄ 并联的方法能够测量出电容和介质损耗都极小的被试品的电容量C _x 及tanδ。

（2）电场干扰。由图3-12（d）可知，此时流过被试品的电流为 ，电场干扰电流为 ，则流过桥臂R ₃ 的电流为 ^·· ，则此时介质损耗因数测量值tanδ就变为负介质损耗因数测量值（-tanδ _C ）。显而易见，此时流过电桥第三臂的电流 超前于第四臂的电流 。

（3）空间干扰。所谓空间干扰主要是指在试品周围的构架、杂物或试品内部绝缘构成的干扰网络。对于这些干扰网络，由理论分析可知，既可能使实测的介质损耗因数增大，也可能使之减小。这里主要研究使其减小并出现负介质损耗因数（-tanδ）测量结果的情况。

如图3-20所示，空间干扰网络为C ₁ g ₁ 、C ₂ g ₂ 、C ₃ g ₃ ，其中C ₁ g ₁ 相当于空间构架（杂物、墙壁、梯子等）对高压电极的杂散阻抗，C ₂ g ₂ 相当于空间构架对测量电极的杂散阻抗；C ₃ g ₃ 相当于空间构架本身对地阻抗。由星形阻抗ABC可以等值变换为三角形阻抗。我们最感兴趣的是与试品（C _x 、R _x ）并联的阻抗，也就是由于空间干扰经杂散阻抗所带来的影响，使被试品电容量和介质损耗因数发生的变化。

由图3-20可以求得杂散阻抗与试品并联的等效导纳为

式中的虚部等效电纳b _AC 代表测量时因空间干扰网络的影响，使试品电容发生的变化；而实部等效电导g _AC 代表空间干扰网络所引起的介质损耗因数的变化。

现场测量时，空间干扰一般为电容耦合，即g ₁ ≈g ₃ ≈0，而g ₂ ＞0，则电容的增量为

式中的 ；C'的物理意义是当g ₁ 、g ₂ 、g ₃ 均为零时的电容增量，有

当g ₁ 、g ₃ 值大时，Δtanδ为正值，这就是现场测量中发生正误差的情况，如果在电容耦合的情况下， ， ，则 ，Δtanδ出现负值。当g ₁ ≈g ₂ ≈0，g ₂ ＞0时，有

一般情况下，ΔC _x ≪C _x ，则有

进一步推导可得

在出现|-Δtanδ| _max 时的电容增量为

在现场测量时，典型化的空间干扰网络除了认为g ₁ ≈g ₂ ≈0外，还认为C ₂ =0，仅有g ₂ ＞0，则此时对测量介质损耗因数的影响如图3-21所示。

图3-21由空间干扰网络（C ₁ 、R ₂ 、C ₃ ）与试品（C _x 、R _x ）及QS ₁ 西林电桥臂R ₃ 构成。C ₁ -C ₃ 支路的电容电流使测量到的电流中电容分量增大（即流过桥臂R ₃ 的电流中电容分量增大），因而使实测tanδ降低。再从C ₃ -R ₂ 支路上看，当试验电压处于正半周上升段时，i ₁ +i ₂ 向C ₁ 充电，i ₁ 向C ₃ 充电（达U _C ），i ₂ 经R ₂ 产生压降U _g 。当U上升到峰值时，du/dt→0；i ₁ 及i ₂ 随之消失，U _g →0。则U _C 经R ₂ 及R ₃ 放电，放电电流i′与流经试品的电流方向相反，当i′相当大而i _x 相当小时就能出现负损耗。

现场测量tanδ时由于空间干扰的影响，出现偏小的测量误差，甚至出现-tanδ测量值也是常见的。只要测量回路中构成了上述的C ₁ R ₂ C ₃ 这样的典型干扰网络，就会出现上述情况。

理论分析表明，上述干扰网络的影响与试品的电容量有关。当C _x 较小时，|Δtanδ|值较大，因此在进行电容套管、电流互感器、串级式电压互感器支架等小电容试品的介质损耗因数tanδ测量时，尤其要注意空间干扰网络的影响。

应该指出，空间干扰的形成还与接地、接线方式有很大关系，因此现场测量时要认真分析空间干扰网络的影响，以防止介质损耗因数的测量误差，保证测量的准确性。

总之，现场测量出现负介质损耗因数测量值时，只要从上述三个方面分析是可以找出原因的，并可求得正确的测量结果。

例如，在华东某110kV变电所对1号主变压器110kV侧套管进行测试。当时该套管未安装在变压器上，将套管由螺丝紧固在套管铁支架上，再将铁支架接地，进行套管的tanδ测试时，tanδ测量值A相为-10%，B相为-8.3%，C相为-9.6%。查找各方面原因，最后用接地线直接将法兰接地，负值消除，测得套管的tanδ值A相为0.5%，B相为0.5%，C相为0.6%。显然，套管tanδ出现负值是由于法兰没有很好接地引起的。

现作如下分析。

图3-22所示为电容型套管结构图和等值电路图。当瓷套表面干燥、清洁时，R ₁ 、R ₂ 值极大，且C ₅ 、C ₆ 、C ₇ 接近于零，故可再将图3-22（b）简化成图3-22（c）。在图3-22（c）中，高电压 施加于C ₁ 和C ₂ 串联的电路上。C ₁ 、C ₂ 上电压分别是U ₁ 、U ₂ ， 。假定C ₁ 、C ₂ 介损很小，其介质损耗因数tanδ≈0，如果不存在R ₀ ， 与 、 同相，均近似为纯容性电流。但由于R ₀ 的存在，使 与U ₂ 的夹角φ小于90°，如图3-23（a）所示，这样 的相位角为90°+δ，所以电桥测得结果为负值，如图3-23（b）所示。因此，实测和理论分析都证明，套管法兰与地接触不好，形成法兰经一电阻R ₀ 接地，是造成绝缘试品测tanδ出现负误差，甚至出现负值的原因之一。在一般现场测量中当R ₀ 越大时，|tanδ|就越大，出现的负值也越大。因此在试验中，特别对没有安装的套管类试品进行tanδ测试时，套管法兰应可靠接地。

4.强电场干扰下介质损耗因数的测量

（1）电场干扰强弱的判断。现场大量试验表明，测量小电容量（70～100pF）试品的介质损耗因数tanδ时，若存在电场干扰，无论采用倒相法还是移相法都难以获得准确的结果。这是目前现场在电场干扰下测量tanδ急待解决的问题。

电场干扰下的测量误差主要取决于干扰电流I _g 与试验电流I _S 之比，即干扰系数（信噪比的倒数）。设倒相（或移相后倒相）前后两次测量值分别为:R ₃₁ 、tanδ ₁ （正相），R ₃₂ 、tanδ ₂ （反相），则干扰电流为

式中C _N ——标准电容，取50pF；

R ₄ ——桥臂常数，QS ₁ 电桥为3184Ω，P5026电桥为318.3Ω；

U _S ——试验电压，取10kV。

试验电流为

式中的C _x 为试品电容，其计算公式为

则干扰系数为

现场可利用上式计算干扰系数以判断电场干扰的强弱。表3-2给出现场测量的干扰系数的统计结果与分析。

由表中数据可知，不同测量接线的干扰系数差别很大。反接线测量时干扰系数最大值较大，因此，为准确测量小电容试品（如电流互感器等）的tanδ时，宜选用电桥正接线。

表3-3和表3-4分别列出了用P5026M型电桥（见后述）对同一试品LCWD ₂ -110采用正接线和反接线进行测量的结果。

由表3-3和表3-4测量值可知，一般反接线测量值小于正接线测量值。此时引入一次绕组对地小介质损耗因数的影响。现场测试表明，一次绕组对地介质损耗因数主要是外部空气、瓷套表面和油。在表面干燥清洁状态下，一次绕组对地的介质损耗因数一般不大于0.2%。基于此，宜选用电桥正接线测量一次对二次绕组的tanδ，而不宜按常规反接线测量一次对二次绕组及地的tanδ值作为绝缘状况的判据。

为简化试验方法，可以不拆一次绕组引线，选择任一组二次绕组，用电桥正接线测量一次对二次绕组的tanδ。非被试二次绕组，此时应短路接地。

（2）强电场干扰下测量介质损耗因数的新方法。目前现场正在研究和采用的新方法如下：

1）分级加压法。这种方法的思路源于倒相法，所以下面以倒相法为基础加以说明。用QS ₁ 型西林电桥测量tanδ时，在外界电场干扰下的等值电路（以常用的反接线方式为例）如图3-24所示。

在现场测量tanδ时，由于安全距离的要求，故Z _g ≫Z _z ，由此可以用叠加原理得出在电场干扰下的电桥平衡方程式为

由式（3-53）可知，在电场干扰下的电桥平衡方程式中出现了 项。如果干扰源电压 或干扰源距离试品相当远，即Z _g =∞时， ，此时式（3-53）变成

即为无干扰的电桥平衡方程式。

倒相法是在试验电源电压为 时调整电桥使其平衡（此时调整臂参数为Z ₄₁ 、Z ₃₁ ），由式（3-53）得

倒换试验电源极性后，再一次调整电桥使其平衡（此时调整臂参数为Z ₄₂ 、Z ₂₃ ），由式（353）又得

式（3-54）与式（3-55）相加后，消去 ，可得出

常用的计算公式

是由式（3-56）在略去二次微量tan ² δ项（当测得的tanδ ₁ 和tanδ ₂ 不大于20%时是可以的）后得出的。（3-57）式也可以写成下面常见的形式。

式中 tanδ _x ——被试品的介质损耗因数；

C ₁ 、tanδ ₁ ——倒相前（即第一次测量）所测得的被试品的电容值和tanδ值；

C ₂ 、tanδ ₂ ——倒相后（即把单相电源的两线互调位置）所测得的被试品的电容值和tanδ值。

式（3-59）中的C ₁ 、C ₂ 为

式中 R ₃₁ ——倒相前电桥平衡时盘面上的R ₃ 值；

R ₃₂ ——倒相后电桥平衡时盘面上的R ₃ 值。

利用式（3-59）进行计算时，应注意：当倒相前后两次测量结果均为正值时，分子的符号取加号，即C ₁ tanδ ₁ +C ₂ tanδ ₂ 。当两次测量出现一正一负时，分子的运算符号应取减号，即对电桥盘面上的-tanδ必须经过换算，然后才能按式（3-59）进行计算，-tanδ的换算公式按下式进行：

式中 tanδ——换算后的试品真实-tanδ值；

-C ₄ ——当实现-tanδ测量时，电桥平衡后，电桥盘面上的-tanδ值。

将-C ₄ （盘面上的-tanδ值）经式（3-60）进行换算，然后将换算后的值代入式（359）（取减号）进行计算，使可求出试品真实的tanδ值。

例如在电场干扰下测量某220kV电流互感器的tanδ，其测量结果为:R ₃₁ =175.2Ω，tanδ ₁ =1.5%；R ₃₂ =174.8Ω、tanδ ₂ =-9.9%。按式（3-60）先对-tanδ进行换算，即

此值为换算后的试品实际负介质损耗因数值。

将-0.54%代入式（3-59）得

即被试品真正的介质损耗因数为0.478%。

在进行-tanδ测量时，电桥灵敏度较低，因此当出现较大的-tanδ时，应利用选相倒相法进行测量，以谋求较小的-tanδ值，同时必须仔细测量。

电场干扰下测量tanδ，在相同的干扰下采用不同的试验接线，干扰电流在桥路中的分配也不相同，正接线受到的影响小，反接线受到的影响大，所以凡能采用正接线测量的设备均应用正接线测量，以减小误差。

由上述分析可知，倒相法测量的基本思路是通过两次测量消除平衡方程式（3-53）中的 和 。而用改变试验电压数值的方法也可以消除式（3-53）中的 和 。分级加压法就是在这种思想指导下产生的。其测量方法是：

先在试验电压为 时（对 型电桥为10kV）第一次将电桥调至平衡，由式（3-53）有

再将试验电压降至 （对 型电桥为5kV），第二次调整平衡，由式（3-53）又有

由式（3-61）、式（3-62）消去 得

与由式（3-56）解出式（3-57）、式（3-58）一样解式（3-63）得

在现场同时使用分级加压法和倒相法的测试实践表明，所得出的结果是一致的。例如在某变电站部分停电时测得某110kV电流互感器的数据为

加压10kV时，tanδ%（桥指示）=2.2，R ₃ =1390Ω；

加压5kV时，tanδ%（桥指示）=4.0，R ₃ =1354Ω；

倒相后加压10kV时，tanδ%（桥指示）=-3.5，R ₃ =1464Ω，tanδ%（计算值）=-1.61；

加压5kV时，tanδ%（桥指示）=-7.7，R ₃ =1503Ω，tanδ%（计算值）=-3.63。

当用倒相法计算时，代入式（3-57）、式（3-58）得tanδ _x =0.34%，C _x =111.6pF。

当用分级加压法计算时，代入式（3-64）、式（3-65），用tanδ ₁ =2.2%、R ₃₁ =1390Ω和tanδ ₂ =4.0%、R ₃₂ =1354Ω计算得：

tanδ _x =0.31%、C _x =111.5pF。用tanδ ₁ = -1.61%、R ₃₁ =1464Ω和tanδ ₂ =-3.63%、R ₃₂ =1503Ω计算得tanδ _x =0.31%、C _x =111.6pF。

由以上计算可见，假定在5kV、10kV下该试品本身的C及tanδ是不变的话，用分级加压法和用倒相法的效果是等价的。但现场使用情况表明：用分级加压法比用倒相法操作简便，只需在10kV下调整电桥平衡，然后将试验电压降至5kV，如果电桥仍然平衡，说明无电场干扰；如果不平衡，顺手调至平衡，并记下数据，再用这两组数据按式（3-64）和式（3-65）进行计算即可。

2）选相倒相法。利用选相倒相法可以通过计算的方法消除干扰电流对被试品从高压端、中间电容屏或末屏电容耦合的影响。一般情况下，测量时将电源正、反倒相各一次即可。若作反接线测量，且测得的tanδ≥15%时，应将电源另选一相测试，使tanδ≤15%为止。

当tanδ＜10%时，实际tanδ _x 、C _x 可通过下式计算

式中 tanδ ₁ ——倒换试验电源前测得的介质损耗因数；

tanδ ₂ ——倒换试验电源后测得的介质损耗因数。

通常tanδ _x 不大，而tanδ ₁ 、tanδ ₂ 可能很大，所以C _x 的计算式可简化为

该方法不需要采用任何抗干扰措施和移相器等设备，而且适用于各种试验接线。表3-5列出了干扰下的计算值和无干扰下的实测值3组数据。由表中数据可见，两种情况下得到的tanδ _x 和电容值非常相近，证明该方法是可行的。

应用公式时需注意的是，当介质损耗因数为正值时，记为tanδ ₁ ，相应的R ₃ 记为R ₃₁ ；介质损耗因数为负值时，记为tanδ ₂ ，R ₃ 记为R ₃₂ ，tanδ ₂ 要换算成真实的负介质损耗因数值后再用绝对值代入。真实的负介质损耗因数为

式中 tanδ _d ——读得的介质损耗因数。

桥体加反干扰源法。分析研究表明，无论在正、反接线中，干扰电流 均从电桥B点流入，分布在C _x 、C _N 、R ₃ 及Z ₄ 臂中。通常C _x ≤1000pF， 约为3MΩ；C _N =50～1000pF， 达数+兆欧。而R ₃ 、Z ₄ 小于数千欧，试验变压器短路阻抗不超过15kΩ，因此有

其中 为流入C _x 臂的干扰电流， 为流入 臂的干扰电流， 为流入 臂的干扰电流； 为流入Z臂的干扰电流。这样，干扰电流 可近似表达为 ，如图3-25所示。

如果不采取措施消除干扰的影响，而是借助R ₃ 及Z ₄ 的调节来使电桥平衡，电桥读数tanδ′不是试品真实的tanδ，随着干扰电流 的大小及相位的不同，实测值tanδ′可能比真实值tanδ大，也可能比它小，甚至会出现负值。而且当干扰特别强，使得tanδ′超过60%值时，电桥根本不能平衡。

既然造成tanδ′≠tanδ或电桥根本不能平衡的原因是干扰源从电桥B点注入干扰电流 ，而 又主要是流过R ₃ 及Z ₄ 臂，那么如果在电桥R ₃ 及Z ₄ 臂参数处于试品真实tanδ位置下，不加试验电源时，往电桥臂上施加一个特制的可调电源，用以补偿干扰电流 造成的影响，再施加电源电压，电桥就能在消除了干扰源的影响下测出试品真实tanδ。这个可调电源可加于R ₃ 臂、Z ₄ 臂上，也可施加于检流计之间。实践表明，可以完全消除干扰对电桥平衡和对测量的影响，这就是桥体加反干扰源测量tanδ的新方法。

下面以R ₃ 臂加反干扰源为例进行分析。

在QS ₁ 型西林电桥的R ₃ 臂上并联一个特制可调电源——反干扰电源，其等值电路如图3-25所示。可调反干扰电源电势为 ，内阻为Z _S ，首先要求 ，因此，反干扰源的并联不影响干扰电流 、 、 的分布。又因为ω ， ，所以反干扰源电流 主要是流过R ₃ 和Z ₄ 臂，即 。

如果电桥R ₃ 和Z ₄ 臂值正好置于试品真实tanδ对应的位置，调节 ，使之满足下式

则

而

式中的 为检流计的阻抗，因为 ；所以 。这就表示流过检流计的干扰电流 与反干扰电流 之和为零，电桥处于平衡。这时再加试验电压，电桥仍能处于平衡，即能得到真实的tanδ值。

以上是以反接线为例进行分析的，其他接线方法的分析完全相同。

对于Z ₄ 臂加反干扰源、检流计之间加反干扰源的情况，其效果和方法完全相同，都能达到消除外电场干扰的影响。但是不管采用哪种方法都需要一套反干扰电源装置，它包括升流，移相等部分。目前湖南省电力试验研究所已经研制成FG-1型反干扰装置，并在现场和实验室进行过多次测量。表3-6列出了部分测量结果。

4）QS ₁ -GK抗干扰交流电桥。近些年来，人们在桥体上采取了许多措施，试图解决在强电场干扰下的测量难题。除上述外，常州电力设备厂在QS ₁ 型电桥的基础上生产的QS ₁ -GK、QS111型抗干扰交流电桥也是一例。QS ₁ -GK抗干扰交流电桥的原理接线如图3-26所示。

由图3-26可见，该电桥的主要特点是：①在分流器处加装抗干扰电路，使电桥能在强电场环境条件下，准确测量；②加装光电隔离的指针式指零仪，使读数清晰、稳定，视野变宽，大大提高了测量速度；③在R ₄ 旁加装 的小电阻，可以测量小电容、小介质损耗的试品。

5）改变频率法。这种方法是采用与本地区电网频率不同的另一种频率的电源作为试验电源，测量强电场干扰下电力设备的介质损耗因数，此时只需要添一套变频电源。由于采用工频时的测量结果为

所以采用变频电源后测得的介质损耗因数为

原国家电力公司武汉高压研究所根据上述思路研制出WG-25A微电脑异频介质损耗测量仪，测量时采用50Hz±5%的频率，使仪器具有很强的抗干扰能力，所以深受用户欢迎。

5.电桥测试中容易被忽视的问题

在电桥测试中，有些问题往往容易被忽视，使测量数据不能反映被试设备的真实情况，常被忽视的问题主要有：

（1）外界电场干扰的影响。在电压等级较低（例如35kV电压等级）的电气设备tanδ测试中，容易忽视电场干扰的影响。某单位曾测试过一台35kV电流互感器的tanδ，第一年为0.4%，第二年为2.7%，第三年为3.4%，第四年为0.6%。四年的测试数据变化很大，且无规律，分析判断很困难，经过分析主要是忽视了电场干扰的影响。35kV电压等级的电流互感器、电压互感器，断路器套管等由于电容量小，受外界的电场干扰比较大，如果一旦忽视，不采取措施消除，测试数据就不能反映试品质量的真实情况。

（2）高压标准电容器的影响。现场经常使用的BR-16型标准电容器，电容量为50pF，要求tanδ＜0.1%。由于标准电容器经过一段时间存放、应用和运输后，本身的质量在不断变化，会受潮、生锈，如忽视了这些质量问题，同样会影响测试的数据。例如，某变电所测试一只110kV电容式变压器套管，第一天测得tanδ值为0.4%，第二天测得的tanδ值却变成0.8%，而两天测得的电容相近。经过分析比较，天气、温度、湿度、安放的位置和环境都一样，主要是使用了两只不同的标准电容器，经测试，第一天用的标准电容器本身的tanδ值为0.6%，第二天用的标准电容器本身的tanδ值为0.1%。

（3）试品电容量变化的影响。在用QS ₁ 型西林电桥测量电气设备绝缘状况时，往往重视tanδ值，而容易忽视试品电容量的变化，从而由此而产生一些事故。例如，某变电所测试一台套管为充胶型的35kV多油断路器，测试结果A ₁ 套管tanδ值为2.3%，电容量为180pF，A ₂ 套管tanδ值为2.4%，电容量为240pF，其他两相四只套管的测试数据同A ₂ 相近，测试结果tanδ值都符合标准要求。同历年数据比较发现A ₁ 套管的电容量减少了60pF左右，这是个异常现象。马上对该套管重新测试，并对断路器进行解体分析，发现A ₁ 套管下部严重漏胶，断路器里的油表面已经发黑，这样可以及时消除隐患，否则后果不堪设想。因此，为了检出设备缺陷，在重视tanδ值变化的同时，也应重视电容量的变化。

（4）消除表面泄漏的方法。当测量电气设备绝缘的tanδ时，空气相对湿度对其测量结果影响很大，当绝缘表面脏污，且又处于湿度较大的环境中时，表面泄漏电流增加，对其测量结果影响更大，表3-7列出了不同湿度下的测量结果。

为了克服这种影响，有的文献提出采用屏蔽环的方法，正接线时屏蔽环装设在靠近法兰的裙边处，反接线时则装设在靠近导电杆的裙边处，均与电桥屏蔽点相连。表3-8列出了浙江某电力局采用QS ₁ 电桥反接线对一台110kV变压器套管进行tanδ测量的结果。

由表3-8可见，加装屏蔽环比未装设屏蔽环的tanδ小，而且随着屏蔽环从导杆向法兰方向移动，tanδ值逐渐减小。这是因为套管加装蔽屏环后，改变了原来的电场分布，导致相角发生变化之故。图3-27所示为QS ₁ 电桥反接线加装屏蔽环的测量等值电路图，图中C ₁₁ 为套管电容层与瓷套表面的等效电容，R ₁ 、R ₂ 是瓷套表面的等值分布电阻，因为瓷套下部裙边直径较大，相当于并联支路较多，所以R ₂ ＜R ₁ 。由图可见，此时仅能屏蔽掉R ₁ 的影响，而R ₂ 和C ₁₁ 的影响依然存在，I ₁₁ 必然流过C ₁₁ ，结果使流过电桥测量臂R ₃ 的电流不一定是流过被试品的实际电流I _x ，由图3-27（b）可以看出，比不加屏蔽时测量结果要小。但是，此时既有消除表面影响的减小作用，同时又引入了由于I ₁₁ 使测量值减小的影响。因此测量值tanδ。要比被试品的实际tanδ值小。综合起来，就会出现比被试品实际介质损失偏小的测量误差，甚至出现负值现象。现场的测试结果已证明了这一点。

对于正接线，也可作类似的分析，因为屏蔽环接地，所以反而使产生负tanδ的表面泄漏电阻减小，也就是使测得的tanδ值减少得更明显，这样，它不仅不能消除表面泄漏的影响，反而引起了相反的效果。表3-9列出了原苏联采用正接线QS ₁ 电桥的测量结果。测量时屏蔽环装在第六裙。

由表中数据可见，电容量变化很小，但测得的tanδ却变化很大。

表3-10列出了我国某电力局采用P5026M型电桥正接线对110kV电容式套管介质损耗因数的实测结果，加装屏蔽环测量时，屏蔽环装设在不同裙处，靠近法兰的为第一裙。

现加装屏蔽环也出现了与实际的介质损耗因数值相差甚远的测量结果。所以在采用正接线测试时，由于法兰已经接地，再加装消除瓷裙表面泄漏的屏蔽环不仅是不必要的，而且也是不正确的。

基于上述原因，目前国内外都不采用屏蔽环法消除表面泄漏的影响，而采用其他的有效方法，如电热风法、瓷套表面瓷裙涂擦化、化学去湿法等，表3-11列出了涂擦的效果。

现场测试表明，对表3-11中所示的瓷套管用电热风吹干四个瓷裙进行测试，吹干5min内进行测量，其结果基本上与涂有机硅油或涂石蜡的测试结果相同。所以，将试品表面擦干净，再采用电热风吹干后，应尽量快地进行测量，超过10min就明显出现偏小的测试误差。

（5）测试电源的选择。在现场测试中，有时会遇到试验电源与干扰电源不同步，用移相等方法也难以使电桥平衡的情况。某变电所在测量1号主变压器的110kV电流互感器时就遇到了这种情况。当时变电所内的两条110kV的线路、母线和35kV母线处于带电状态，只有1号主变压器和10kV系统处于停电检修状态。试验电源由某水电站的35kV线路供给。由于两个电源不是一个系统，它们中间存在一个频率差，它直接影响了电桥检流计的稳定，使电桥无法平衡。后来利用110kV母线电压互感器的二次电压作为测试电源，测出了电流互感器的tanδ值，排除了干扰。另外，利用110kV线路电压互感器的二次电压作为测试电源，也可排除干扰。这是因为对该变电所而言，干扰主要来自110kV系统。当试验电源取自110kV系统时，试验电源与干扰电源同步，干扰容易消除。

（6）电桥引线的影响。

1）引线长度的影响。分析研究表明，在一般情况下，C _x 引线长度为5～10m，其电容为1500～3000pF；而C _N 引线为1～1.5m，其电容为300～500pF。当R ₄ =3184Ω和R ₃ 较小时，对测量结果影响很小，但若进行小容量试品测试时，就会产生偏大的测量误差。

图3-28给出了C _x 的引线电容C _Z 对测量结果影响的分析用图。

图3-28（a）为正接线测量时C _x 引线的示意图，此时与电桥第三臂R ₃ 并联的电容C _x 包括C _x 的引线电容与试品测量电极对地间电容之和。

图3-28（b）为反接线测量时C _x 引线的示意图。此时C _Z 仅为C _x 引线的电容。当电桥平衡时

式中 tanδ _c ——电桥测量值；

tanδ _x ——试品真实介质损耗因数。

可见，由于C _Z 的存在，使试品介质损耗因数有增大的测量误差。

消除C _Z 引起的测量误差的方法有：

a）测量C _Z ，计算tanδ _x 值。可用电容表测出C _Z 值，再根据tanδ _x =tanδ _c -ωC _Z R ₃ 计算出真实的介质损耗因数。

由于C _x 的引线电容实测值为100～300pF/m，设试品的引线为10m，则C _Z =1000～3000pF。当R ₃ =3184Ω时，ωC _Z R ₃ ≈（0.1～0.3）%。

b）根据两次测量结果计算tanδ _x 值。第一次测量结果tanδ ₁ 为

第二次测量时，将电桥第四臂并入一电阻，使R ₄ 值变为KR ₄ ，则因C _x 未变，据C _x = ，则R ₃ 值也将相应变为KR ₃ ，此时测得的介质损耗因数为tanδ ₂ ，即

由两次测得结果可得

若取K=0.5，即R ₄ 臂并联一个3184Ω的电阻，则上式变为

应当指出，C _x 的引线引起的测量误差偏大，不仅与C _x 的引线长短有关，而且与试品电容C _x 的大小有关。对小电容量试品（如LCWD ₂ 电流互感器等），由于C _x 很小，R ₃ 值大，因此测量误差也大，易于造成误判断；而当试品电容量C _x 较大时，且C _x ＞3000pF，QS ₁ 电桥接入分流电阻，则与C _Z 并联的电阻一般小于50Ω，因此此时ωC _Z R ₃ 值很小，所以C _x 引线的影响可忽略不计。当试品电容C _x ≥10000pF时，QS ₁ 型电桥说明书上对C _x 引线长度可不作规定，因此时与C _Z 并联的电阻很小，ωC _Z R ₃ 影响可以忽略。

2）高压引线与被试品夹角的影响。测量小电容量试品时，高压引线与试品的杂散电容对测量的影响不可忽视。图3-29为测量互感器介质损耗因数的接线图。高压引线与试品（端绝缘和支架）间存在杂散电容C ₀ ，当瓷套表面存在脏污并受潮时，该杂散电流存在有功分量，使介质损耗因数的测量结果出现正误差。某单位曾对一台电压互感器在高压引线角度α为10°、45°和90°下进行测量，测得的介质损耗因数tanδ ₁₀ ∶tanδ ₄₅ ∶tanδ ₉₀ =4∶2∶1。显然，为了测量准确，应尽量减小高压引线与试品间的杂散电容，在气候条件较差的情况下尤为重要。由上述实测结果表明，当高压引线与试品夹角90°时，杂散电容最小，测量结果最接近实际介质损耗因数tanδ。

3）引线电晕的影响。高压引线的直径较细时，当试验电压超过一定数时，就可能产生电晕。例如若用一般的导线做高压引线，当电压超过50kV后，就会出现电晕现象。电晕损耗通过杂散电容将被计入被试品的tanδ内。严重影响测量结果，并可能导致误判断。表3-12列出了某台110kV电流互感器采用不同高压引线测得的介质损耗因数tanδ。

由表3-12可知，当高压引线过细时，测得的tanδ数值甚大，当高压引线外径足够大时，测得的tanδ值很稳定，且与制造厂的测量数据基本吻合，说明此时的测量结果正确。由此可以得出消除电晕对测量tanδ影响的主要措施是：增大高压引线的直径。实测表明，当高压引线的直径取为50～100mm时可以获得正确的测量结果。若现场无大直径的高压引线时，为消除电晕的影响，宜将高压引线垂直下落接至被试品，尽量减小高压引线对被试品的杂散电容。

4）引线接触不良的影响。当QS ₁ 电桥高压线或测量线C _x 引出线与被试品接触不良时，相当于被试支路串联一个附加电阻R _f ，如图3-30（a）所示。该电阻在交流电压作用下会产生有功损耗并与被试品自身有功损耗叠加，使测量的介质损耗因数tanδ′增大，如图3-30（b）所示。当影响严重时可能使测得的介质损耗因数超过《规程》的限值，导致误判断。表3-13给出了某110kV多油断路器上油纸电容式套管采用QS ₁ 型电桥正接线的测量结果。由表中数据可见，引线接触不良，对介质损耗因数测量结果的影响是显著的。所以测量中务必使引线接触良好。

（7）接线的影响。小电容（小于500pF）试品主要有电容型套管、3～110kV电容式电流互感器等。对这些试品采用QS ₁ 型电桥的正、反接线进行测量时，其介质损耗因数的测量结果是不同的，见表3-14。其原因分析如下。

按正接线测量一次对二次或一次对二次及外壳（垫绝缘）的介质损耗因数，测量结果是实际被试品一次对二次及外壳绝缘的介质损耗因数。而一次和顶部周围接地部分的电容和介质损耗因数均被屏蔽掉（电桥正接线测量时，接地点是电桥的屏蔽点）。由表3-14可见，一次对二次的电容量为50pF，而一次对二次及外壳（垫绝缘）的电容量为56.6pF，一次对外壳的电容量约为6.6pF，约为一次对二次及外壳总电容的 ，这主要是油及瓷质绝缘的电容。由于电容很小，所以在与一次对二次电容成并联等值电路测量时，一次对外壳的影响很小。因此为了在现场测试方便，可直接测量一次对二次的绝缘介质损耗因数便可以灵敏地发现其进水受潮等绝缘缺陷，而按反接线测量的是一次对二次及地的介质损耗因数值。此时一次和顶部对周围接地部分的电容为81-56.6=24.4（pF），为反接线测量时总试品电容的30%。而这部分的介质损失主要是空气、绝缘油、瓷套等，在干燥及表面清洁的条件下，这部分的介质损耗因数一般小于10%。由于试品本身电容小，而一次和顶部对周围接地部分的电容所占的比例相对就比较大，也就对测量结果（反接线测量的综合介质损耗因数）有较大的影响。

由于正接线具有良好的抗电场干扰，测量误差较小的特点，一般应以正接线测量结果作为分析判断绝缘状况的依据。

二、2500V介质损失角试验器（M型试验器）

2500V介质损失角试验器是一种不平衡交流电桥，由美国引进，具有携带方便、操作简捷等优点，准确度也能满足现场实用要求。在东北电力系统获得广泛应用。

2500V介质损失角试验器由标准支路（C _S 、R _a ）、被试支路（被试设备的R _x 、C _x 及无感电阻R _b ）、极性判断支路（R _c ）、电源（变压器及调压器）和测量回路（放大器及表头）等五部分组成，其原理接线如图3-31所示。这种仪器是利用介质损失角δ在很小时tanδ≈cosφ的关系制造的。

其中功率因数角φ=90°-δ，当δ＜15°时，误差小于4%，故

式中 δ——损失角；

P——绝缘吸收的有功功率；

S——绝缘的视在功率；

U——加于绝缘上的电压，在使用M型试验器时，此电压固定为2500V；

I——通过绝缘的总电流；

I _xR ——通过绝缘的电流的有功分量。

由式（3-66）可见，若能设法测出输送给绝缘的有功功率和视在功率，则两者相除就可以求得绝缘的损耗因数。由于试验时，一般流过绝缘的电流多在毫安级，故有功功率以毫瓦（mW）、视在功率以毫伏安（mVA）为单位。

在使用2500V介质损失角试验器时，变压器二次侧的电压要保持在2500V。

下面介绍2500V介质损失角试验器是如何简便地测出有功功率和视在功率的。

（1）测量视在功率（mVA）。如果在被试支路中串联一个已知阻值的小电阻R _b 并使

则R _b 的串入不影响流过绝缘的电流。根据量出的已知电阻R _b 上的压降就可计算出视在功率，即

（2）测量有功功率（mW）。电阻R _b 上的电压有两个分量，即

在测量时只要测出有功功率分量I _xR R _b ，即消去无功分量I _C R _b ，将测量的结果乘以 ，就是有功功率。即

在标准支路中，C _S 为标准空气电容器，并且 ，故R _a 的接入并不影响标准支路的电流，在R _a 上的压降和标准支路中的电流I _S 相同，即领先于电压90°，如图3-32所示。

由图3-32可见，电压I _S R _a 与I _C R _b 是同相的，故当用电压表跨接在位置C上测量电压时，这两个电压就相抵消了。如果滑动R _a 的可动触点，电压表的读数将变更，当其读数最小时，两电压就完全抵消了。这时电压表就只读出I _R R _b ，因而就能测量出有功功率。这样就可以算出介质损耗因数，即

式中 mW——测出的有功功率；

mVA——测出的视在功率。

在实际测量时，首先将真空管电压表跨接于位置A，即调整位置，调整放大器灵敏度使表头指示100格，因为电源电压U是固定的2500V，而标准支路中的C _S =255pF，故流过其中的电容电流为

所以

也就是说真空管电压表在满刻度时电压是1V，而整个刻度又为100格，这样测量回路的灵敏度就固定了。其次将真空管电压表跨接于位置B，显然这时测出的是R _b 上的电压U _b ，即mVA。最后将真空管电压表跨接于位置C，调R _a 的值，使指示值最小，则这时所测得的值就是I _xR R _b ，即mW。不过在后二次测量时要注意倍率开关的位置，应将所得读数乘以倍数后再相除。

最后分析极性判断支路的作用。

极性支路的作用是判断外界干扰方向。实践表明，在高压变电所中测量介质损失角时，常因外界电磁场的干扰而引起测量上的误差，严重时试验无法进行。这些干扰来自高压母线、电抗器、阻波器以及其他没有铁壳屏蔽的电器。试验经验表明，电场干扰在干扰中占主要成分。电场干扰的示意图如图3-33所示。由图可见，被试品C _x 与母线Q经过空气介质对试验回路构成的电容C ₁ 形成电容分压器，分压的结果使C′ _x 分担一个电压E′，由于E′的作用产生了干扰电流I _g ，显然I _g 是流过被试回路的。因此，在有干扰的情况下，流过R _b 上的电流将是 ，由于干扰电源和试验电源同步，所以干扰电流I _g 和被试品电流I _x 可以画在同一相量图中，干扰电流可以有任意相位和大小，但归纳起来可以分为两类，如图3-34所示。

（1）I _xR ＜I _gR ［见图3-34（a）、（b）］。这时流过R _b 的电流为I _x +I _g 。而所测得的毫瓦数应为

电源反相后，所测得的毫瓦数应为

故真实的毫瓦数应为

（2）I _xR ＞I _gR ［见图3-34（c）、（d）］。在这种情况下，反相前的毫瓦数应为

反相后，所测得的毫瓦数应为

故真实的毫瓦数应为

显然，反相前、后都可以测出mW的数值来，现在的问题是所测得的数值应该相加除以2，还是相减除以2，换言之，就是如何判断I _xR 和I _gR 谁大谁小，这就要用到极性判断支路。极性判断支路由高电阻R _c （50MΩ）和极性指示器（WTH-1-10kΩ电位器，它包含在R _a 中）组成。下面分析它是如何判断干扰电流与被试品中电流的有功分量之间的大小的。

（1）无干扰时，R _c 引入有功电流后所产生的后果。要弄清这个问题，还得从有功功率的测量说起。由上述可知，反相前，当电压表跨接在A、B两点之间时，其读数应为

电源反相后，显然，电压表的读数应为

由此可见，电源反相前后，在标准支路中流过的I _S 在R _a 上产生的压降，总是要抵消被试支路中的无功电流I _C 在R _b 上产生的压降，当上、下滑动触头1，使 时，则I _C R _b 被完全抵消，这时电压表的指示数只有有功分量，即 。因为有功功率P=I _xR ×2500，它可以改写为 ，即有功功率等于电压表读数乘以常数 ，若把电压表刻度改一下，就可以直接读出有功功率，即试验中测得的毫瓦数mW。

R _c 支路只有一个电阻，所以其中流过的电流为纯有功电流，当R _c 中流入这个有功电流后，又会出现什么情况呢？

由图3-31很容易写出电压表在电源反相前后的读数：

式中 I ₁ R ₁ ——有功电流I ₁ 在R _a 中极性指示器上的压降。

由此分析可见，R _c 引入的有功电流I ₁ 所产生的压降I ₁ R ₁ 在电源反相前后，总是使电压表读数下降，即它使I _xR R _b 减小。因为R _b 是固定的，I _xR R _b 减小，就意味着I _xR 减小，而I _xR 的减小又是由于R _c 中流入I ₁ 造成的。这就给我们一个清晰的概念：在电源反相前后，R _c 中流入的I ₁ ，其作用相当于抵消被试品电流I _x 中的有功电流I _xR 的一部分，即使I _xR 减小。

（2）有干扰时，R _c 引入有功电流后所产生的后果。当I _xR ＜I _gR 时，由于I _xR 与I _gR 都是流过被试品中的有功分量，所以可以把它们画在同一条直线上，如图3-35所示。由图3-35（a）可知，反相前流过被试品的有功电流为I _gR +I _gR ，所以测得的有功功率应为

由图3-35（b）可知，反相后流过被试品的有功电流应为I _gR -I _xR ，所以此时测得的有功功率应为

显然，真实的有功功率可由式（3-74）和式（3-75）求得，即

即

当I _xR ＞I _gR 时，同理，由图3-36（a）可知，反相前流过被试品的有功电流为I _xR +I _gR ，所以测得的有功功率应为

由图3-36（b）可知，反相后流过被试品的有功电流应为-（I _gR -I _xR ）=（I _xR -I _gR ），所以此时测得的有功功率应为

真实的有功功率可由式（3-74）和式（3-75）式求得，即

即

由上分析，R _c 引入的I ₁ 的作用是使I _xR 减小。应用这个概念，就很容易得出在各种条件下，毫瓦数的变化情况。对于式（3-74），I _xR 减小，就意味着总的有功电流减小，从而导致mW ₁ 减小。对于式（3-75），I _xR 减少会导致mW ₂ 增大，由于式（3-74）、式（3-75）是在I _xR ＜I _gR 的条件下得到的，而在这个条件下，得到的计算真实有功功率的公式又是式（3-76）。换言之，电源反相前后，引入I ₁ 时，若测得的毫瓦数一次增加，一次减少，则说明是属于I _xR ＜I _gR 的情况，此时就应当用式（3-76）计算真实的有功功率。

对于式（3-77），I _xR 减小，就意味着总的有功电流减小，从而导致mW ₁ 也减小；对于式（3-78）I _xR 减小，也意味着总的有功电流减小，也导致mW ₂ 减小。由于式（3-77）、式（3-78）是在I _xR ＞I _gR 的条件下得到的，而在这个条件下，得到的计算真实有功功率的公式又是式（3-79）。换言之，电源反相前后，引入I ₁ 时，若测得的毫瓦数二次均减小，则说明是属于I _xR ＞I _gR 的情况，此时就应当用式（3-79）计算真实的有功功率。

最后，可把上述的分析归纳如下：

2500V介质试验器极性判断支路中的R _c 引入的有功电流I ₁ ，要抵消I _x 中的有功电流I _xR 的一部分，使得在有干扰的情况下，电源反相前后两次测得的结果一次增大，一次减小或两次均减小；若一次增大，一次减小，说明是被试品中的有功分量小于干扰电流的有功分量，计算真实有功功率时，应采用式（3-76），即mW ₂ 前取负号，若两次均减小，说明是被试品中的有功分量大于干扰电流的有功分量，计算真实有功功率时应采用式（379），即mW ₂ 前取正号。

应当指出，对于mVA值，反相前后若相差不大时，可取其平均值；若相差很大，就应采取具体措施，消除干扰后进行测量。目前消除干扰的有效方法是屏蔽法。

用2500V介质损失角试验器还可以测量被试品的电容量C _x 和绝缘电阻R _x 。从视在功率的定义出发，可以得到

故

或

当被试品的tanδ＜10%时，其误差在1%以内。

又从有功功率的定义出发，可以得到

故

或

三、GWS-1型光导微机介质损耗测试仪

GWS-1型光导微机介质损耗测试仪是一种新型的绝缘介质损耗测试仪，它也是从介质损耗因数tanδ的基本定义出发，将电气设备绝缘的tanδ测量问题转化为直接测量电压与电流之间的相位角，然后通过微机的运算处理直接显示介质损耗因数tanδ和电容值C _x 。该仪器的基本特点如下：

（1）完全摆脱常用电桥的测量原理，用光纤传递高低压端信号，并采用微机进行数据处理，还引入抗干扰系统，测试准确。

（2）采用数码管直接显示tanδ和C _x ，使用方便；

（3）根据需要可采用正接、反接、在线监测和外施高压等方法进行测量，测试灵活。

中外合资迪奥克电器设备有限公司给出的不同方法的接线图如图3-37所示。测试时先调整好电流挡，然后合上电源，施加试验电压5kV、10kV，即自动测试，此时蜂鸣器响，响声停止即表示测量完毕，自动显示读数。

四、P5026M型交流电桥

P5026M型交流电桥是近年来由安徽省电力试验研究所引进的原苏联基辅精密仪器厂生产的一种交流电桥，这种电桥是原苏联的MД-16型电桥（国产QS ₁ ）的改型。仍用于测量高压电力设备绝缘的电容量和介质损耗。此电桥主要由电桥本体P5026M、标准电容器P5023、防护电位装置Φ5122和滤波器单元P5069等部分组成。其接线采用西林电桥电路，可以组成5种接线方式进行测量，包括高压正接线、反接线和低压正接线测量等。带防护电位补偿的高压正接线测量的原理接线如图3-38所示。此电桥的主要特点如下：

（1）抗干扰能力强。为防止干扰，电桥本体的外壳作外层屏蔽；防护电位装置保证电桥内屏蔽以及C _x 和C ₀ 电缆的屏蔽与Φ5122和平衡指示器的对角线等电位。

（2）测量范围广。它既能用于测量电力设备绝缘的介质损耗因数，也能用于测量绝缘油的介质损耗因数。其主要技术参数如表3-15所示。

（3）接线灵活。既可以在高压下采用正接线，也可以在低压下采用正接线，还可以在现场条件下直接测量。其测量结果可根据量程开关和R ₄ 开关所置的位置，按说明书给定的公式计算。

除上述外，随着微电子技术和电子计算机的广泛应用，介质损耗测量技术有很大提高。有的将介质损耗因数tanδ的测量问题转化为电压与电流之间的夹角的测量，通过微机的运算处理给出tanδ值；有的采用微电脑异频测量，直接显示测量结果。据报道，这类测量仪器有:WJC-1微电脑绝缘介质损耗测量仪、GCJS-2智能型介损测量仪、WG-25微电脑异频介损测量仪、便携式数字介质损耗测试仪、BM3A抗干扰测试仪和DTS系列抗干扰介质试验器等。 1AB97fUfPY+iKZZ03tfSm6Lq7xo6ZO0WLFqaNdIoOOfk8X9ujjot/Ufn/u853FKy