中试控股技术研究院鲁工为您讲解：10kV电缆损耗介质检验仪

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。

GIS 电容量Cl为 47000 PF，测量用电容分压器选取4只3000 PF, 4只标准串联组成分压器,则分压器电容量C2=3000 PF&pide;4=750 PF,分压器耐压值为 1000kV,总电容量C为GIS对地电容量与分压器电容量的总和，即

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

选用200H/12A ,额定电压值为1000kV的串联电抗器。

串联谐振频率计算公式

 

（2）电缆耐正试验

串联谐振频率计算公式

设GIS电容量(只含一个断路器间隔和两个分支母线）为 Cl（约为4000PF)，电缆电容量为C2(约为0.105 μF，按每0.14μF/km，共700 m 极限情况计算），测量用电容分压器选取4只3 000 PF/250 kV 标准电容，每只电容量为3000PF,4只标准串联组成分压器，则分压器电容量C3=3000PF/4=750PF,分压器耐压值为1000KVA，总电容量C为GIS对地电容量与分压器电容量的总和，即C≈C1+C2+C3≈4000PF+0.105μF +750PF ≈110hF。

经计算 ，谐振耐压设备各项参数皆能满足试验要求。

3.3   试验程序

串联谐振试验加压过程示意图

第一次加压施加电压为318kV ,时间5min，分别由电站6号出线回路的GIS室出线侧A 、B 、C 三相套管注入高电压。对整台GIS进行老炼试验，非加压相短路并接地，加压相各电流互感器二次侧处于短路并接地状态。电压互感器二次侧一点接地，加压相各断路器、隔离刀闸处于合闸位置，加压相各接地刀闸处于分闸位置。如图3所示 。

 第二次加压不带高压电缆 、母线和分支母线上的 电压互感器。第一阶段施加电压为 318 kV ，时间5 min , 第二阶段施加电压为 476 kV ，时间1 min ，以考察GIS 是否能经受 476 kV 电压 （以备在第三次至第八次带有电缆加压时若发生击穿 ，判断是GIS还是电缆击穿），如图4 所示 。

串联谐振试验加压过程示意图

第三次从 1号线路经5012断路器间隔加压到1号机出线高压电缆（断开50ll和5013断路器）。第一阶段电压为318 kV，时间5 min，第二阶段电压为476 kV，时间15min，如图5 所示。

串联谐振试验加压过程示意图

根据瀑布沟电站主接线方式，将对整个开关站GIS设备分别从各出线侧共进行10次加压试验，以便对各主回路每一部分都进行耐压试验 。

3.4 试验成果

在试验过程中如果发生击穿放电，则应根据放电能量和放电引起的各种声、光、电、化学等放电效应，以及耐压试验过程中进行的其它故障诊断技术提供的试 验成果进行综合判断。遇有放电情况，可采取下列步骤：

（1）施加规定的电压，进行重复试验：如果设备或气隔还能经受，则该放电是自恢复放电；如果重复试验电压达到定值和规定时间时，则认为试品合格。否则按（2）项进行。

（2）设备解体，打开放电气隔，仔细进行内部各部 位的绝缘检查。在采取必要的恢复措施后，方可进行下 一次规定耐压试验 。

只有GIS的每一部件均已按选定的完整试验程序试验，电压元击穿放电，才认为整个GIS 通过试验。

4 经验及体会

对于电容量较大、试验电压较高的试品，一般采用串联谐振耐压装置进行试验；当其配合变频电摞柜使用时，调整频率使其谐振，试验是非常方便、有效。大量现场试验证明，它不仅体积小、重量轻、装拆方便而适合现场使用，而且具有输出电压波形好、所需电源容量小，还具有试品闪络时无过电压、破坏性小的优点。这样，既可保证试验装置本身的安全，又可避免被试品因闪络击穿而使缺陷扩大 。

交流耐压谐振装置主要针对220KV及以下变电站一次电气设备交流耐压试验设计制造。可按规程要求满足变压器、GIS系统、SF6开关、电缆、套管等容性设备交流耐压试验。既可满足高电压、小电流的设备试验条件要求，又可满足低电压、大电流的设备试验条件要求，具有较宽的适用范围，是地、市、县级高压试验部门及电力承装、修试工程单位理想的耐压设备。

谐振交流耐压装置主要由变频控制电源、激励变压器、电抗器、电容分压器组成。其中变频控制电源采用进口专用的SPWM数字式波形发生芯片，频率分辨率为16位，在20——300Hz时频率细度可达0.1Hz，同时采用了正交非同步固定式载波调制方式，确保在整个频率区间内输出波形良好；功率部分采用了先进的IPM模块，确保谐振装置仪器稳定和安全。