中试控股技术研究院鲁工为您讲解：10kV电缆损耗介质试验系统

ZSDJS-9510电缆介损测试仪

电缆介损试验相关标准：

DL/T 1694.6-2020 高压测试仪器及设备校准规范 第6部分：电力电缆介质损耗测试仪
GB/T 3048.11-2007 电线电缆电性能试验方法 第11部分：介质损耗角正切试验
GB/T 3334-1999 电缆纸介质损耗角正切(tgδ)试验方法(电桥法)
GB/T 5654-2007 液体绝缘材料 相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量
GOST 12179-1976 电缆和导线介质损失角正切测定法

简易读懂：电缆介损测试仪是做什么?

ZSDJS-9510电缆介损测试仪针对大容量和高电压容性设备，如高压电缆（介损tgδ：无限制，电流I：20uA ≤ I ≤ 15A，电压HV：1KV ≤ HV ≤ 40KV，频率 f：30Hz≤ f ≤ 300Hz），高压电机，高压套管的出厂试验等，在采用外部大功率试验变压器或串联谐振等外部加压设备加压的环境下，进行介损测试。仪器分为手持终端和测试主机两部分。手持终端与测试主机之间采用2.4G无线通讯方式。可做正接法测试和反接法测试，正接法和反接法的电流测量量程均可达到2uA-15A的超宽范围。外施高压不同频率可自适应测量，范围可达30Hz-300Hz。

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ZSDJS-9510高压电缆介损测试仪主要针对大容量和高电压容性设备，如高压电机，高压套管的出厂试验，高压电缆等，在采用外部大功率试验变压器或串联谐振等外部加压设备加压的环境下，进行介损测试。仪器分为手持终端和测试主机两部分。手持终端与测试主机之间采用2.4G无线通讯方式。可做正接法测试和反接法测试，正接法和反接法的电流测量量程均可达到2uA-15A的超宽范围。外施高压不同频率可自适应测量，范围可达30Hz-300Hz。

特点：
1、7寸彩色液晶显示工业级电容屏：仪器采用高端电容式触摸7寸彩色液晶显示屏，超大显示界面所有操作步骤中文菜单显示，每一步都清晰明了。
2、超宽电流量程：正接法和反接法电流测量量程都可以达到20uA-15A的超宽范围，更大电流可定制。
3、超宽频率范围：外施高压频率可达30Hz-300Hz的超宽范围，自适应测量。
4、各种高电压可定制：外施高压电压能够满足各种高电压环境，可根据用户需求定制。
5、光纤高压通讯：测试主机高压采样与低压采样之间采用工业级光纤通讯模块，在兼顾高低压之间绝缘性能的同时又能最大程度保障测试数据的精度。
6、独立手持操作终端：手持终端与测试主机完全隔离采用2.4G无线通讯，整个测试过程中用户只需在手持终端上操作即可，最大程度保障操作人员的人身安全。
7、锂电池供电：手持终端、测试主机低压端、测试主机高压端，都采用锂电池供电，充满电可连续工作8小时以上。
8、U盘存储：本机存储的数据可以通过USB接口保存至U盘中。
参数：
1、使用条件：-15℃∽40℃ RH＜80%
2、标准电容：tgδ: <0.005%，Cn: 99.78PF
耐压电压: 40KV
3、分辨率：介损tgδ: 0.001%，电容量Cx: 0.001pF，频率f：0.001Hz
4、精度：介损△tgδ:±(读数*1.0%+0.040%)，电容量△C x :±(读数*1.0%+1.00PF)，频率 △f:±(读数*1.0%+0.10Hz)
5、测量范围：介损tgδ无限制，电流I 20uA ≤ I ≤ 15A，电压HV 1KV ≤ HV ≤ 40KV，频率f 30Hz≤ f ≤ 300Hz
6、手持终端锂电池：7800mAh锂电池
7、充电器：DC12.6V    3000mA
8、显示方式：7寸800*480彩色液晶显示屏
9、操作方式：工业级电容触摸屏
10、手持终端尺寸(mm)270(L)×160(W)×65(H)
11、测试主机尺寸(mm)300(L)×300(W)×600(H)
12、存储器大小200组，支持U盘数据存储
13、重量（手持终端）1.5Kg
14、重量（测试主机）23Kg

参考文献

交联聚乙烯电缆的介质损耗介绍

现象：电介质在外电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，其内部会有发热现象，这说明有部分电能已转化为热能耗散掉，电缆绝缘介质（XLPE）也不例外。

定义：电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而消耗的能量称为电介质的损耗功率，即介质损耗（diclectric loss），简称为介损。

作用：介质损耗的大小是衡量绝缘介质电性能的一个重要指标。介质损耗不但消耗了电能，而且使绝缘发热引发热老化。如果介电损耗较大，甚至会引起介质的过热而绝缘破坏，所以从这种意义上讲，介质损耗越小越好。

形成机理：按照电介质的物理性质通常有三种电介质损耗形式。

（1）漏导损耗：实际使用中的绝缘材料都不是完善的理想的电介质，在外电场的作用下，总有一些带电粒子会发生移动而引起微弱的电流，这种微小电流称为漏导电流，漏导电流流经介质时使介质发热而损耗了电能。这种因电导而引起的介质损耗称为“漏导损耗”。

对于XLPE电缆，在直流及交流电压下都存在漏导损耗，通常直流电压用泄漏电流的大小或绝缘电阻的大小来反映介质的这一损耗情况。

（2）极化损耗：在介质发生缓慢极化时（松弛极化、空间电荷极化等），带电粒子在电场力的影响下因克服热运动而引起的能量损耗。

对于XLPE电缆，只有在交流电压下才存在极化损耗，而且随着交流频率的增大，极化损耗通常也增大。

（3）局部放电损耗：通常在固态电介质中由于存在气隙或油隙，当外施电压达到一定数值时，气隙或油隙先放电而产生损耗，这一损耗在交流电压下要比直流电压时大的多。

对于XLPE电缆，在直流电压下，可用泄漏电流的大小来反映电介质的损耗，而在交流电压下，介质损耗不能单用泄漏电流来表示，通常用介质损耗正切来表示，即在一定的交流电压下，电缆绝缘所表现出的等效电阻Rg的大小值。

由于交联聚乙烯电力电缆不推直流耐压试验，交流耐压试验仅能反映电缆的电介质击穿特性，不能反映电缆的损耗特性，因此有必要对电力电缆进行介损测量。

1．弛豫损耗
交变电场E 改变其大小和方向时，电介质极化的大小和方向也随着改变。如电介质为极性分子组成（极性电介质）或含有弱束缚离子（这类偶极子和离子极化由于热运动造成，分别称为偶极子和热离子），转向或位移极化需要一定时间（弛豫时间），电介质极化与电场就产生了相位差，由这种相位差而产生了电介质弛豫损耗。如组成电介质的极性分子和热离子的弛豫时间r比交变电场的周期T大得多，这些粒子就来不及建立极化，电介质弛豫极化就很小。在低频电场下，粒子的弛豫时间比T小得多，但由于单位时间改变方向的次数很少，电介质的弛豫损耗也很小。
弛豫极化过程在含有极性分子和弱束缚离子的液体和固体电介质中产生。对于含有极性基团的高分子聚合物，极性基团或一定长度分子链亦可产生转向极化形式的弛豫极化。液体所将性电介质的弛豫损耗与黏度有关，对于极低黏度的水、酒精等极性电介质，弛豫损耗出现在厘米波段：弛豫损耗与温度、电场频率有关。
2.共振损耗
对于电子弹性位移极化和离子弹性位移极化，电介质可以看成是许多振子的集合，这些振子在电场作用下作受迫振动，并终以热能方式损耗。当电场频率比振子频率高得多或低得多时．损失能量很少。只有当电场频率等于振子固有频率（共振）时，损失能量较大，故称电介质共振损耗。电子弹性位移极化，约在紫外频率波段，而离子位移极化，约在红外频率波段。
3．电导损耗
实际电介质均具有一定电导，由于贯穿电导电流引起的电介质损耗（焦耳损耗）称为电介质电导损耗，一般情况下很小，但当表面电导的急剧增大时，这一损耗往往也急剧增加。它与电场频率无关。
4．局部放电损耗
常用的固体绝缘中往往不可避免地含有某些气隙或油隙，它的绝缘温度远低于固体绝缘材料。在电场的作用下，气隙中原先发生局部击穿（电晕放电）。而放电所形成的电荷，在外施电场E0作用下移动到气隙壁上，形成反电场E，此反电场在直流电场下恰好削弱了气隙中的电场，很可能放电不再继续下去。若外加是交变电压，经半周期后，外加电压E0反向，正好与前半周气隙中电荷形成的反电场E同方向，串联介质中的电场分布与介电系数成反比，所以交流电压下电介质的局部放电及损耗较直流电压下强烈。

串联谐振，谐振电压即为加到试品上电压，其优点是可正好达到谐振点，电抗器制作简单，重量轻，电路的品质因数高，缺点是需要大功率电源，对电源的电压及频率的稳定性有很高的要求，变频式的调节范围要大于调感式，随着电子装备的进步，现在一般多采用变频式的。

1.现场实际中串联谐振耐压试验的问题

我们在现场实际使用变频串联谐振装置中，经常会碰到试验回路的品质因数低、谐振频率低、试验回路电流大等一系列问题，这些应引起试验人员的注意。并应采取相应的措施来处理这些问题，以保证交流耐压试验的顺利进行。

2.试验回路的品质因数

试验回路的品质因数主要是由电抗器的本身特性决定的，但在实际工作中发现，10kV变频谐振试验装置在实际使用中的值通常比厂家提供的值大，而35kV及以上电压等级的变频谐振试验装置在现场使用中的值通常比厂家提供的值小，随着试验时间的增加Q值呈下降趋势，从而导致按照厂家提供的值选择的电源容量不能达到现场试验的要求，最严重的是试验电压达不到试验所要求的电压值，通过数据分析发现，在参数计算中，被试品的电容量、回路的电感量都是定值，但其中的Q值会随着现场的干扰、接线布置、天气情况、电抗器本身特性、摆放位置等各种因素的不同发生改变。

10kV电缆系统试验多在开关柜或环网箱处进行，高压引线不长，引线对Q值的影响不大；由于开关柜的间隔紧凑，空间小，使用高质量的粗绝缘线使损耗下降，值会比厂家提供的数值要高；对于35kV及以上电压等级的变频谐振试验装置在实际使用中的值通常会厂家提供的Q值小的情况，原因分析如下：

1）高压引线造成的影响

电气设备进行交流耐压试验时，因为被试品本身电容量比较小，高压引线对试验的影响不大，但是对户外配电装置整体进行交流耐压试验时，设备的安装高度随电压等级增加，电压等级越高，高压引线越长；随着高压引线逐渐变长，电晕损耗也随之增多，回路中等效电阻也增大，就会产生杂散电容，杂散电容是以并联的形式接入回路，使回路谐振频率下降，进而使Q值下降；同时周围电磁场的干扰也随之增大，使得Q值下降，因此，在进行高电压等级电气设备交流耐压试验时，应尽量采用波纹管高压引线进行试验。

2）环境天气的影响

①环境湿度高的状况下，引线电晕使损耗极大增加。同时周围电磁场的干扰也增大，使得Q值下降。

②温度高的状况下。回路等效电阻极大增加。使得Q值下降。

3）试验时间的影响

变频串联谐振装置与工频串联谐振装置都是用于电缆、变压器、发电机、GIS和SF6开关等的交流耐压试验。它们的工作原理如下：

原理图

我们已知，在回路频率f＝1/2π√LC时，回路产生谐振，此时试品上的电压是励磁变高压端输出电压的Q倍。Q为系统品质因素，即电压谐振倍数，一般为几十到一百以上。先通过调节变频电源的输出频率使回路发生串联谐振，再在回路谐振的条件下调节变频电源输出电压使试品电压达到试验值。由于回路的谐振，变频电源较小的输出电压就可在试品CX上产生较高的试验电压。