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中試控股技術研究院魯工為您講解：10kV電纜介損老化狀態測試儀

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。

品質因數Q=ωL/R，所謂品質因數如果為28,那么并聯的諧振電路就是電流增大了28倍;如果是串聯的諧振電路,那么就是電壓增加了28倍。

那么現在串聯諧振點下的電壓為施加的電壓乘以品質因數。

如果已知條件告訴你的施加電壓為峰值,那么就直接相乘;如果已知條件告訴你的施加電壓為有效值,那么還需要將算出來的電壓再乘以1.414得出峰值。

在具有電阻R、電感L和電容C元件的交流電路中，電路兩端的電壓與其中電流相位一般是不同的。如果調節電路元件（L或C）的參數或電源頻率，可以使它們相位相同，整個電路呈現為純電阻性。電路達到這種狀態稱之為諧振。在諧振狀態下，電路的總阻抗達到極值或近似達到極值。研究諧振的目的就是要認識這種客觀現象，并在科學和應用技術上充分利用諧振的特征，同時又要預防它所產生的危害。

lc諧振電路原理

開機瞬間產生的電擾動經三極管V組成的放大器放大，然后由LC選頻回路從眾多的頻率中選出諧振頻率F0。并通過線圈L1和L2之間的互感耦合把信號反饋至三極管基極。設基極的瞬間電壓極性為正。經倒相集電壓瞬時極性為負，按變壓器同名端的符號可以看出，L2的上端電壓極性為負，反饋回基極的電壓極性為正，滿足相位平衡條件，偏離F0的其它頻率的信號因為附加相移而不滿足相位平衡條件，只要三極管電流放大系數B和L1與L2的匝數比合適，滿足振幅條件，就能產生頻率F0的振蕩信號。

LC振蕩電路物理模型的滿足條件

①整個電路的電阻R=0（包括線圈、導線），從能量角度看沒有其它形式的能向內能轉化，即熱損耗為零。

②電感線圈L集中了全部電路的電感，電容器C集中了全部電路的電容，無潛布電容存在。

③LC振蕩電路在發生電磁振蕩時不向外界空間輻射電磁波，是嚴格意義上的閉合電路，LC電路內部只發生線圈磁場能與電容器電場能之間的相互轉化，即便是電容器內產生的變化電場，線圈內產生的變化磁場也沒有按麥克斯韋的電磁場理論激發相應的磁場和電場，向周圍空間輻射電磁波。

能產生大小和方向都隨周期發生變化的電流叫振蕩電流。能產生振蕩電流的電路叫振蕩電路。其中最簡單的振蕩電路叫LC回路。

振蕩電流是一種交變電流,是一種頻率很高的交變電流，它無法用線圈在磁場中轉動產生，只能是由振蕩電路產生。

充電完畢（放電開始）：電場能達到最大，磁場能為零，回路中感應電流i=0。

放電完畢（充電開始）：電場能為零，磁場能達到最大，回路中感應電流達到最大。

充電過程：電場能在增加，磁場能在減小，回路中電流在減小，電容器上電量在增加。從能量看：磁場能在向電場能轉化。

放電過程：電場能在減少，磁場能在增加，回路中電流在增加，電容器上的電量在減少。從能量看：電場能在向磁場能轉化。

在振蕩電路中產生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷，通過線圈的電流，以及跟電流和電荷相聯系的磁場和電場都發生周期性變化，這種現象叫電磁振蕩。