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中試控股技術研究院魯工為您講解：10kV電纜損耗介質檢驗儀

ZSDJS-9510電纜介損測試儀

電纜介損試驗相關標準：

DL/T 1694.6-2020 高壓測試儀器及設備校準規范 第6部分：電力電纜介質損耗測試儀
GB/T 3048.11-2007 電線電纜電性能試驗方法 第11部分：介質損耗角正切試驗
GB/T 3334-1999 電纜紙介質損耗角正切(tgδ)試驗方法(電橋法)
GB/T 5654-2007 液體絕緣材料 相對電容率、介質損耗因數和直流電阻率的測量
GOST 12179-1976 電纜和導線介質損失角正切測定法

簡易讀懂：電纜介損測試儀是做什么?

ZSDJS-9510電纜介損測試儀針對大容量和高電壓容性設備，如高壓電纜（介損tgδ：無限制，電流I：20uA ≤ I ≤ 15A，電壓HV：1KV ≤ HV ≤ 40KV，頻率 f：30Hz≤ f ≤ 300Hz），高壓電機，高壓套管的出廠試驗等，在采用外部大功率試驗變壓器或串聯諧振等外部加壓設備加壓的環境下，進行介損測試。儀器分為手持終端和測試主機兩部分。手持終端與測試主機之間采用2.4G無線通訊方式。可做正接法測試和反接法測試，正接法和反接法的電流測量量程均可達到2uA-15A的超寬范圍。外施高壓不同頻率可自適應測量，范圍可達30Hz-300Hz。

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ZSDJS-9510高壓電纜介損測試儀主要針對大容量和高電壓容性設備，如高壓電機，高壓套管的出廠試驗，高壓電纜等，在采用外部大功率試驗變壓器或串聯諧振等外部加壓設備加壓的環境下，進行介損測試。儀器分為手持終端和測試主機兩部分。手持終端與測試主機之間采用2.4G無線通訊方式。可做正接法測試和反接法測試，正接法和反接法的電流測量量程均可達到2uA-15A的超寬范圍。外施高壓不同頻率可自適應測量，范圍可達30Hz-300Hz。

特點：
1、7寸彩色液晶顯示工業級電容屏：儀器采用高端電容式觸摸7寸彩色液晶顯示屏，超大顯示界面所有操作步驟中文菜單顯示，每一步都清晰明了。
2、超寬電流量程：正接法和反接法電流測量量程都可以達到20uA-15A的超寬范圍，更大電流可定制。
3、超寬頻率范圍：外施高壓頻率可達30Hz-300Hz的超寬范圍，自適應測量。
4、各種高電壓可定制：外施高壓電壓能夠滿足各種高電壓環境，可根據用戶需求定制。
5、光纖高壓通訊：測試主機高壓采樣與低壓采樣之間采用工業級光纖通訊模塊，在兼顧高低壓之間絕緣性能的同時又能最大程度保障測試數據的精度。
6、獨立手持操作終端：手持終端與測試主機完全隔離采用2.4G無線通訊，整個測試過程中用戶只需在手持終端上操作即可，最大程度保障操作人員的人身安全。
7、鋰電池供電：手持終端、測試主機低壓端、測試主機高壓端，都采用鋰電池供電，充滿電可連續工作8小時以上。
8、U盤存儲：本機存儲的數據可以通過USB接口保存至U盤中。
參數：
1、使用條件：-15℃∽40℃ RH＜80%
2、標準電容：tgδ: <0.005%，Cn: 99.78PF
耐壓電壓: 40KV
3、分辨率：介損tgδ: 0.001%，電容量Cx: 0.001pF，頻率f：0.001Hz
4、精度：介損△tgδ:±(讀數*1.0%+0.040%)，電容量△C x :±(讀數*1.0%+1.00PF)，頻率 △f:±(讀數*1.0%+0.10Hz)
5、測量范圍：介損tgδ無限制，電流I 20uA ≤ I ≤ 15A，電壓HV 1KV ≤ HV ≤ 40KV，頻率f 30Hz≤ f ≤ 300Hz
6、手持終端鋰電池：7800mAh鋰電池
7、充電器：DC12.6V    3000mA
8、顯示方式：7寸800*480彩色液晶顯示屏
9、操作方式：工業級電容觸摸屏
10、手持終端尺寸(mm)270(L)×160(W)×65(H)
11、測試主機尺寸(mm)300(L)×300(W)×600(H)
12、存儲器大小200組，支持U盤數據存儲
13、重量（手持終端）1.5Kg
14、重量（測試主機）23Kg

參考文獻

交聯聚乙烯電纜的介質損耗介紹

現象：電介質在外電場作用下，由于介質電導和介質極化的滯后效應，其內部會有發熱現象，這說明有部分電能已轉化為熱能耗散掉，電纜絕緣介質（XLPE）也不例外。

定義：電介質在電場作用下，在單位時間內因發熱而消耗的能量稱為電介質的損耗功率，即介質損耗（diclectric loss），簡稱為介損。

作用：介質損耗的大小是衡量絕緣介質電性能的一個重要指標。介質損耗不但消耗了電能，而且使絕緣發熱引發熱老化。如果介電損耗較大，甚至會引起介質的過熱而絕緣破壞，所以從這種意義上講，介質損耗越小越好。

形成機理：按照電介質的物理性質通常有三種電介質損耗形式。

（1）漏導損耗：實際使用中的絕緣材料都不是完善的理想的電介質，在外電場的作用下，總有一些帶電粒子會發生移動而引起微弱的電流，這種微小電流稱為漏導電流，漏導電流流經介質時使介質發熱而損耗了電能。這種因電導而引起的介質損耗稱為“漏導損耗”。

對于XLPE電纜，在直流及交流電壓下都存在漏導損耗，通常直流電壓用泄漏電流的大小或絕緣電阻的大小來反映介質的這一損耗情況。

（2）極化損耗：在介質發生緩慢極化時（松弛極化、空間電荷極化等），帶電粒子在電場力的影響下因克服熱運動而引起的能量損耗。

對于XLPE電纜，只有在交流電壓下才存在極化損耗，而且隨著交流頻率的增大，極化損耗通常也增大。

（3）局部放電損耗：通常在固態電介質中由于存在氣隙或油隙，當外施電壓達到一定數值時，氣隙或油隙先放電而產生損耗，這一損耗在交流電壓下要比直流電壓時大的多。

對于XLPE電纜，在直流電壓下，可用泄漏電流的大小來反映電介質的損耗，而在交流電壓下，介質損耗不能單用泄漏電流來表示，通常用介質損耗正切來表示，即在一定的交流電壓下，電纜絕緣所表現出的等效電阻Rg的大小值。

由于交聯聚乙烯電力電纜不推直流耐壓試驗，交流耐壓試驗僅能反映電纜的電介質擊穿特性，不能反映電纜的損耗特性，因此有必要對電力電纜進行介損測量。

1．弛豫損耗
交變電場E 改變其大小和方向時，電介質極化的大小和方向也隨著改變。如電介質為極性分子組成（極性電介質）或含有弱束縛離子（這類偶極子和離子極化由于熱運動造成，分別稱為偶極子和熱離子），轉向或位移極化需要一定時間（弛豫時間），電介質極化與電場就產生了相位差，由這種相位差而產生了電介質弛豫損耗。如組成電介質的極性分子和熱離子的弛豫時間r比交變電場的周期T大得多，這些粒子就來不及建立極化，電介質弛豫極化就很小。在低頻電場下，粒子的弛豫時間比T小得多，但由于單位時間改變方向的次數很少，電介質的弛豫損耗也很小。
弛豫極化過程在含有極性分子和弱束縛離子的液體和固體電介質中產生。對于含有極性基團的高分子聚合物，極性基團或一定長度分子鏈亦可產生轉向極化形式的弛豫極化。液體所將性電介質的弛豫損耗與黏度有關，對于極低黏度的水、酒精等極性電介質，弛豫損耗出現在厘米波段：弛豫損耗與溫度、電場頻率有關。
2.共振損耗
對于電子彈性位移極化和離子彈性位移極化，電介質可以看成是許多振子的集合，這些振子在電場作用下作受迫振動，并終以熱能方式損耗。當電場頻率比振子頻率高得多或低得多時．損失能量很少。只有當電場頻率等于振子固有頻率（共振）時，損失能量較大，故稱電介質共振損耗。電子彈性位移極化，約在紫外頻率波段，而離子位移極化，約在紅外頻率波段。
3．電導損耗
實際電介質均具有一定電導，由于貫穿電導電流引起的電介質損耗（焦耳損耗）稱為電介質電導損耗，一般情況下很小，但當表面電導的急劇增大時，這一損耗往往也急劇增加。它與電場頻率無關。
4．局部放電損耗
常用的固體絕緣中往往不可避免地含有某些氣隙或油隙，它的絕緣溫度遠低于固體絕緣材料。在電場的作用下，氣隙中原先發生局部擊穿（電暈放電）。而放電所形成的電荷，在外施電場E0作用下移動到氣隙壁上，形成反電場E，此反電場在直流電場下恰好削弱了氣隙中的電場，很可能放電不再繼續下去。若外加是交變電壓，經半周期后，外加電壓E0反向，正好與前半周氣隙中電荷形成的反電場E同方向，串聯介質中的電場分布與介電系數成反比，所以交流電壓下電介質的局部放電及損耗較直流電壓下強烈。

C = Cl + C2 = 47000PF + 750PF=47750 PF

選用200H/12A ,額定電壓值為1000kV的串聯電抗器。

串聯諧振頻率計算公式

（2）電纜耐正試驗

串聯諧振頻率計算公式

設GIS電容量(只含一個斷路器間隔和兩個分支母線）為 Cl（約為4000PF)，電纜電容量為C2(約為0.105 μF，按每0.14μF/km，共700 m 極限情況計算），測量用電容分壓器選取4只3 000 PF/250 kV 標準電容，每只電容量為3000PF,4只標準串聯組成分壓器，則分壓器電容量C3=3000PF/4=750PF,分壓器耐壓值為1000KVA，總電容量C為GIS對地電容量與分壓器電容量的總和，即C≈C1+C2+C3≈4000PF+0.105μF +750PF ≈110hF。

經計算 ，諧振耐壓設備各項參數皆能滿足試驗要求。

3.3   試驗程序

串聯諧振試驗加壓過程示意圖

第一次加壓施加電壓為318kV ,時間5min，分別由電站6號出線回路的GIS室出線側A 、B 、C 三相套管注入高電壓。對整臺GIS進行老煉試驗，非加壓相短路并接地，加壓相各電流互感器二次側處于短路并接地狀態。電壓互感器二次側一點接地，加壓相各斷路器、隔離刀閘處于合閘位置，加壓相各接地刀閘處于分閘位置。如圖3所示 。

 第二次加壓不帶高壓電纜 、母線和分支母線上的 電壓互感器。第一階段施加電壓為 318 kV ，時間5 min , 第二階段施加電壓為 476 kV ，時間1 min ，以考察GIS 是否能經受 476 kV 電壓 （以備在第三次至第八次帶有電纜加壓時若發生擊穿 ，判斷是GIS還是電纜擊穿），如圖4 所示 。

串聯諧振試驗加壓過程示意圖

第三次從 1號線路經5012斷路器間隔加壓到1號機出線高壓電纜（斷開50ll和5013斷路器）。第一階段電壓為318 kV，時間5 min，第二階段電壓為476 kV，時間15min，如圖5 所示。

串聯諧振試驗加壓過程示意圖

根據瀑布溝電站主接線方式，將對整個開關站GIS設備分別從各出線側共進行10次加壓試驗，以便對各主回路每一部分都進行耐壓試驗 。

3.4 試驗成果

在試驗過程中如果發生擊穿放電，則應根據放電能量和放電引起的各種聲、光、電、化學等放電效應，以及耐壓試驗過程中進行的其它故障診斷技術提供的試 驗成果進行綜合判斷。遇有放電情況，可采取下列步驟：

（1）施加規定的電壓，進行重復試驗：如果設備或氣隔還能經受，則該放電是自恢復放電；如果重復試驗電壓達到定值和規定時間時，則認為試品合格。否則按（2）項進行。

（2）設備解體，打開放電氣隔，仔細進行內部各部 位的絕緣檢查。在采取必要的恢復措施后，方可進行下 一次規定耐壓試驗 。

只有GIS的每一部件均已按選定的完整試驗程序試驗，電壓元擊穿放電，才認為整個GIS 通過試驗。

4 經驗及體會

對于電容量較大、試驗電壓較高的試品，一般采用串聯諧振耐壓裝置進行試驗；當其配合變頻電摞柜使用時，調整頻率使其諧振，試驗是非常方便、有效。大量現場試驗證明，它不僅體積小、重量輕、裝拆方便而適合現場使用，而且具有輸出電壓波形好、所需電源容量小，還具有試品閃絡時無過電壓、破壞性小的優點。這樣，既可保證試驗裝置本身的安全，又可避免被試品因閃絡擊穿而使缺陷擴大 。

交流耐壓諧振裝置主要針對220KV及以下變電站一次電氣設備交流耐壓試驗設計制造。可按規程要求滿足變壓器、GIS系統、SF6開關、電纜、套管等容性設備交流耐壓試驗。既可滿足高電壓、小電流的設備試驗條件要求，又可滿足低電壓、大電流的設備試驗條件要求，具有較寬的適用范圍，是地、市、縣級高壓試驗部門及電力承裝、修試工程單位理想的耐壓設備。

諧振交流耐壓裝置主要由變頻控制電源、激勵變壓器、電抗器、電容分壓器組成。其中變頻控制電源采用進口專用的SPWM數字式波形發生芯片，頻率分辨率為16位，在20——300Hz時頻率細度可達0.1Hz，同時采用了正交非同步固定式載波調制方式，確保在整個頻率區間內輸出波形良好；功率部分采用了先進的IPM模塊，確保諧振裝置儀器穩定和安全。