电桥测量介损的原理

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1、电桥测量介损的原理----简述AI-6000介质损耗测量仪的原理和用法济南泛华佳业微电子技术有限公司一、变频测量的等效性1、介质的两种模型及与频率的关系含有介损的电容器都可以模拟成RC串联和并联两种理想模型进行分析：并联模型：认为损耗是与电容并连的电阻产生的。这种情况RC两端电压相等：有功功率，无功功率，因此其中ω＝2πf，f为电源频率。可见，如果真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话，它与频率成反比。当R=∞时，没有有功功率，介损为0。这种方法常用于试验室模拟10％以上的大介损，或用于制做标准介损器。串联模型：认为损耗是与电容串连的电阻产生的。这种情况电路的电流相等：有

2、功功率，无功功率，因此可见，如果用真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话，它与频率成正比。当R=0时，没有有功功率，介损为0。这种方法常用于试验室模拟10％以下的介损，或用于制做标准介损器。实际试品：a、固定频率下测量实际试品在一个固定频率下，即可以用串连模型也可以用并联模型表示。例如50Hz下，下面两个电路对外呈现的特性完全一样：不同的电桥测量这两个试品，其介损都是31.4％，但西林电桥（2801或QS1）测量的电容量是10000pF，电流比较仪电桥（如QS30）测量的电容量是9101.7pF。这是因为2801电桥认为试品损耗是串连模型，QS30认为试品是并联模型。通

3、常认为并联模型更接近实际情况，这是因为有功电流穿过电极之间的绝缘层，更象是损耗电阻并联在电极之间，而电极本身电阻为零，没有损耗。实际上当介损在10％以下时，这种电容量的差别是很小的。从事现场试验的专家都有这样的经验：使用传统仪器，如QS1，在干扰严重的现场环境下测量介损，采用移相、倒相方法反复测量，仍无法使电桥平衡。随着电压等级提高，干扰越来越严重。这种情况下变频测量是一个很好的、甚至是唯一的选择。变频测量的抗干扰能力比移相、倒相法提高一个数量级以上。这好比两个电台在同一个频率上，很难将另一个信号抑制掉，但如果两个电台的频率不同，则很容易区分。变频测量变频测量受到的唯

4、一怀疑是频率的等效性。按串联或者并联模型，介损是随频率变化的。例如50Hz下1％的介损，采用55Hz测量。串联模型的测量结果变成1.1％(正比)，并联模型测量结果变成0.91%（反比）。虽然这样的误差可能满足现场测量的要求，但误差还是偏大。为了解决这个问题，我们首先提出了双变频测量原理：在50Hz对称位置45Hz和55Hz各测量一次，然后将测量数据平均，使误差大大减小。理论分析结果如下表所示：直接平均法：当然如果试品介损不随频率变化，则这几种平均方法都没有误差。以上分析表明，采用双变频测量，即发挥了变频测量的高抗干扰能力，理论上的最大相对误差也小于1％，可以满足现场测量需要

5、。实际测量显示，变频测量的数据十分稳定，重复性特别好。试验室校验也显示了很好的精度指标。目前变频测量的原理已经得到普遍认可。2005年4月21日，我们在济南500kV变电站强干扰下测量断口电容（2400pF）和灭弧室（15pF），AI-6000读数十分稳定，而2816电桥只作出了电容量，因抗干扰不行，没有测到介损数据。估计原因是移相抗干扰能力不行，而AI-6000则采用变频抗干扰，其优势十分明显。二、AI-6000介损仪的原理及性能1、仪器工作原理简介AI-6000电桥都是通过电流来取信号，根据电流的幅度大小和相位变化，通过计算得出试品的电容量Cx和介损tgδ。I1=V1/

6、R1I2=V2/R2通过傅立叶变换到频域，求出I1与I2的相位差δ，tgδ即为介损。AI-6000电桥原理如左下图同时，I=ω*C*V,所以Cx*I1=Cn*I2.Cx=I2*Cn/I1电流电压矢量图仪器结构仪器结构框图测量电路：傅立叶变换、复数运算等全部计算和量程切换、变频电源控制等。控制面板：打印机、键盘、显示和通讯中转。变频电源：采用SPWM开关电路产生大功率正弦波稳压输出。升压变压器：将变频电源输出升压到测量电压，最大无功输出2kVA/1分钟。标准电容器：内Cn，测量基准。Cn电流检测：用于检测内/外标准电容器电流，10μA~5A。输入电阻<2Ω。Cx正接线电流检测

7、：只用于正接线测量，10μA~5A。输入电阻<2Ω。Cx反接线电流检测：只用于反接线测量，10μA~5A。输入电阻<2Ω。反接线数字隔离通讯：采用精密MPPM数字调制解调器，将反接线电流信号送到低压侧。隔离电压20kV。工作原理：启动测量后高压设定值送到变频电源，变频电源用PID算法将输出缓速调整到设定值，测量电路将实测高压送到变频电源，微调低压，实现准确高压输出。根据正/反接线和内/外标准电容的设置，测量电路根据试验电流自动选择输入并切换量程，测量电路采用傅立叶变换滤掉干扰，分离出信号基波，对标准电流和试品电流进