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中試控股技術研究院魯工為您講解：10kV電力高壓電纜損耗介質測試儀

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。

絕緣老化指因電場、溫度、機械力、濕度、周圍環境等因素的長期作用，使電工設備絕緣在運行過程中質量逐漸下降、結構逐漸損壞的現象。絕緣老化的速度與絕緣結構、材料、制造工藝、運行環境、所受電壓、負荷情況等有密切關系，絕緣老化最終導致絕緣失效，電力設備不能繼續運行。
供配電系統中，電纜的絕緣老化尤其突出。水樹是在絕緣中存在水分、電應力和某些誘發因素，如雜質、突起、空間電荷或離子時發展成的一些微通道，在交流電場和水分的作用下，水樹是聚合物絕緣材料發生降解的一種現象，在潮氣和電場的共同作用下，水樹是誘發高壓電力電纜破壞的主要原因。
針對水樹等絕緣老化問題，目前國外所報導的檢測方法主要以諧振電壓下的介質損耗測量為主，也有研究者進行了超低頻（0.1hz）電壓下的介質損耗測量，但其在中壓電纜的應用較多，例如，我國為6-35kv，國外為22kv的電纜。對于高壓（110kv）電纜系統，諧振耐壓和介損測量所需要的設備體積龐大，現場試驗接線時間過長，技術復雜，測試難度大，難以實現大規模的電纜絕緣測試。而過去對于水樹診斷也有很多方法報導：如交流疊加法、3次諧波法、直流成分法等，這些方法大多用于中壓電纜，如用于高壓電纜，則在技術上仍存在一定困難；此外，這些傳統的方法很少有對實際運行電纜的現場檢測數據報導，缺乏工業現場的實際使用經驗。因此，對于110kv高壓電纜的絕緣老化診斷評估技術，在國內外的研究報導很少。
技術實現要素：
本發明提供一種高壓電纜絕緣老化測試電路，用以解決現有技術對于高壓電纜系統，諧振耐壓和介損測量所需要的設備體積龐大，現場試驗接線時間過長，技術復雜，測試難度大，難以實現大規模的電纜絕緣測試的技術問題。
為解決上述問題，本發明采用如下技術方案實現：
一種高壓電纜絕緣老化測試電路，包括：保護電阻、直流電源、示波器、電子開關、以及計算機，所述示波器包括第一示波器和第二示波器；
保護電阻一端與直流電源正極連接，保護電阻另一端與電子開關第一端子連接，電子開關第二端子與第一示波器信號端連接，第一示波器信號地端與直流電源負極連接，電子開關公共端與被測電纜線芯連接，被測電纜絕緣層與第二示波器信號端連接，第二示波器信號地端與直流電源負極連接；
第一示波器和第二示波器通過數據線與計算機連接。
優選地，所述示波器采用型號為（泰克示波器mso2024b）的示波器，該示波器能夠同時記錄5～10mhz以及20～800hz電流波形。
優選地，所述保護電阻的阻值為10kω～20kω。
優選地，所述直流電源為負極性直流電源，該電源最大輸出電壓為20kv。

電力系統中一些電感、電容元件在系統進行操作或發生故障時可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會產生串聯諧振現象，導致系統某些元件出現嚴重的過電壓。

串聯諧振過電壓分類

(1) 線性諧振過電壓 諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統中的電容元件所組成。

(2) 鐵磁諧振過電壓 諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現象,使回路的電感參數是非線性的,這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時,會產生鐵磁諧振。

(3) 參數諧振過電壓 由電感參數作周期性變化的電感元件(如凸極發電機的同步電抗在Xd —— Xq間周期變化)和系統電容元件(如空載線路)組成回路,當參數配合時,通過電感的周期性變化,不斷向諧振系統輸送能量,造成參數諧振過電壓。

串聯諧振過電壓限制措施

(1) 提高開關動作的同期性 由于許多諧振過電壓是在非全相運行條件下引起的,因此提高開關動作的同期性,防止非全相運行,可以有效防止諧振過電壓的發生。

(2) 在并聯高壓電抗器中性點加裝小電抗，用這個措施可以阻斷非全相運行時工頻電壓傳遞及串聯諧振。 (3) 破壞發電機產生自勵磁的條件,防止參數諧振過電壓。

系統發生諧振時，在諧振電壓和工頻電壓的作用下，PT鐵芯磁密迅速飽和，激磁電流迅速增大，會使PT繞組嚴重過熱而損壞(同一系統中所有PT均受到威脅)，甚至引起母線故障造成大面積停電。因此對發生諧振時，如何快速消除諧振是保證設備安全運行的關鍵。

串聯諧振過電壓條件特點

在中性點不接地電力系統中，由于電磁式電壓互感器（TV）激磁特性的非線性，當電壓發生波動使網絡中電抗接近容抗時，便產生諧振過電壓。特別是遇有激磁特性不好（易飽和）的TV及系統發生單相對地閃絡或接地時，更容易引發諧振過電壓。輕者令到TV的熔斷器熔斷、匝間短路或爆炸；重者則發生避雷器爆炸、母線短路、廠用電失電等嚴重威脅電力系統和電氣設備運行安全的事故。

rlc串聯諧振

在電阻、電感及電容所組成的串聯電路內，當容抗XC與感抗XL相等時，即XC=XL，電路中的電壓U與電流I的相位相同，電路呈現純電阻性，這種現象叫串聯諧振。當電路發生串聯諧振時電路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，電路中總阻抗最小，電流將達到最大值。

rlc串聯諧振特點：電路呈純電阻性，端電壓和總電流同相，此時阻抗最小，電流最大，在電感和電容上可能產生比電源電壓大很多倍的高電壓，因此串聯諧振也稱電壓諧振。在電力工程上，由于串聯諧振會出現過電壓、大電流，以致損壞電氣設備，所以要避免串聯諧振。