變壓器介質損耗測試儀
 

一、概說
    SXJS-IV型系列智能化介質損耗測試儀是一種*測量介質損耗（ tgδ）和電容容量（ Cx ）的儀器，用于工頻高壓下，測量各種絕緣材料、絕緣套管、電力電纜、電容器、互感器、變壓器等高壓設備的介質損耗（ tgδ）和電容容量（ Cx ）。它淘汰了ＱＳＩ高壓電橋，具有操作簡單、中文顯示、打印，使用方便、無需換算、自帶高壓，抗干擾能力強 等優點。JSY—03體積小、重量輕，是我廠的第三代智能化介質損耗測試儀。 
二、技術指標
    １．環境溫度：０～４0℃（液晶屏應避免長時日照）
    ２．相對濕度：３0％～７0％
    ３．供電電源：電壓：２２０Ｖ±１0％，頻率：５0±１Ｈz
    ４．外形尺寸：長×寬×高＝490mm×300mm×390mm
    ５．重量：約18Ｋg
    ６．輸出功率：1ＫVA
    ７．顯示分辨率：４位
    ８．測量范圍：
            介質損耗（tgδ）：０-50％ 
            電容容量（Cx）和加載電壓：
            ２.5ＫＶ檔：≤ ３00nＦ（ ３00000ｐＦ）
            ３ＫＶ檔：≤２00nＦ（ ２00000ｐＦ）
            ５ＫＶ檔：≤ ７6nＦ（ ７6000ｐＦ）
            ７.５ＫＶ檔：≤ ３4nＦ（ ３4000ｐＦ）
            １０ＫＶ檔：≤ ２0nＦ（ ２0000ｐＦ）
    ９．基本測量誤差：
            介質損耗（tgδ）： １％±０.０7％（加載電流２０μＡ～５00ｍＡ）正接
            介質損耗（tgδ）： ２％±０.０9％（加載電流　５μＡ～２0μＡ）反接
            電容容量 （ Cx）：１.５％±１.５pＦ
三、結構
    儀器為升壓與測量一體化結構，輸出電壓２.5KＶ～１０ＫＶ五檔可調，以適應各種需要，在測量時無需任何外部設備。接線與ＱＳＩ電橋相似，但比其方便。
    圖一為儀器操作面板圖，圖二為儀器接線端面圖。
        ⑴ 顯示窗————————液晶顯示屏。
        ⑵ 試驗電壓選擇開關———當開關置于“關”時，儀器無高壓輸出。
        ⑶ 操作鍵盤———————選擇測量方式、起動、停止、打印等操作。
        ⑷ 電源插座——————— 保險絲用。
        ⑸ 電源開關———————電源通斷。
        ⑹ 起動燈————————指示高壓輸出。
        ⑺ 打印機————————打印測試結果。
★★★★⑻ 接地端子——————使用前，必須將該端子可靠接地?。?！
      ★⑼ 測量電流輸入端ＩＸ———有兩個出線頭，中心頭（紅色，有ＣＸ標記）應與被 試品一端相接，屏蔽頭（黑色，有Ｅ標記）是儀器內部高壓輸出 一個參考端，在 正接法測量時應接地；在反接法測量時應浮空；外接法參見“外接高壓法”。
      ★⑽ 標準電流輸入端ＩＮ———僅當外接標準電容器進行測量時才用，該端應與外接 標準電容器 一端相連。ＩＮ必須小于１00ｍＡ！！！
        ⑾ 測量高壓輸出端ＵＨ——只有一個大鐵夾出線頭（有ＵＨ標記），與被試品一端 相接。

四、工作原理
    儀器測量線路包括一路標準回路和一路測試回路，如圖三所示。
    標準回路由內置高穩定度標準電容器與標準電阻網絡組成，由計算機實時采集標準回路電流與測試回路的電流幅值及其相位差，并由之算出被測試品的電容容值（Cx ）和其介質損耗（tg）。
    數據采集電路全部采用高穩定度器件，采集板和采集計算機被鐵盒*浮空屏蔽，儀器的外殼接地屏蔽；另外使用了光導數據、浮空地、大面積地、單點地、數字濾波等抗干擾技術，加之計算機對數百個電網周期的數據進行處理，故測量結果穩定、*、可靠。
    由圖三可見，儀器高壓變壓器的高壓側和測量線路都是浮地的，用戶可根據不同的測量對象和測量需要，靈活地采用多種接線方式。如采用“正接線法”進行測量時，可將“Ｅ”點接地；而當采用“反接線法”進行測量時，可將“UH”點接地，而將E點浮空。
    圖中除測試品 Cx 外，其余為本儀器。細線框內部分對儀器外殼能承受１5ＫＶ工頻高壓５分鐘，額定耐壓１0ＫＶ。儀器內附標準電容ＣＮ，名義值為５0ＰＦ，tgδ≤０.0001，耐壓１0ＫＶ。高壓變壓器，額定輸出功率為1ＫＶＡ。
    ★“Ｅ”點為儀器的內屏蔽與測量電纜的屏蔽層相連，不是大地，與儀器的外殼也不連通?。?！

五、使用方法
    ★★★ 安全操作注意事項
    １．使用時必須將儀器的接地端子可靠的接地。
    ２．只有關閉儀器電源，試驗電壓選擇開關置于“關”位置時，接觸儀器的后部及其測 量線纜與被試品才被認為是安全的。
    ３．儀器在測量時，嚴禁操作“試驗電壓”選擇開關。
    ４．★正接線法ＵＨ端為高電壓，反接線法ＩＸ端為高電壓，使用時必須根據實際情 況，將帶高壓的線纜與地保持足夠的距離。
    5．不得更換不符合面板指示值的保險絲管，內部一只保險絲為：0.
    ６．使用時盡可能用廠家隨儀器提供的線纜以確保測量準確度。
    ７．操作鍵盤
        備用—————不用。
        快測—————快速測量，無抗干擾功能。
        抗擾—————抗干擾測量。
        正接—————正接法測量。
        打印—————在測試結果出來后，打印測試數據。
        反接—————反接法測量。
        起動—————起動高壓，開始測量。
        外接—————外接法測量。也用來選擇外接標準電容的容量。
        停止—————可以在測試過程中，中斷測量。
    測試前先用"試驗電壓"開關選好輸出電壓，然后用“操作鍵盤”選擇好測試方式。儀器首先自檢（顯示屏、光電通訊、內存、操作鍵、數模轉換、電網頻率．．．），自檢通過后，進入主目錄。這時按屏幕提示即可完成測試。
    進入測量狀態后，用戶隨時可用“停止”鍵退出測量狀態。
    做正、反接測量時無須人工干預。
    ★做外接方式測量時，中途會顯示“請關閉外接高壓！”并停一下，等候人工將外加高壓關閉，關閉外高壓后，（必須關閉外加高壓），再按一次“起動”，鍵才能完成測試。
    ★如果外高壓未關閉，則測試結果不真實！
    ★★★ 外接標準電容的容量選擇：
    “外接方式”時，每按一次“外接”鍵，則顯示的外接標準電容容量“ＸＸＸＸpＦ”將改變，共八種容量供選擇（★zui后一種為廠家調試用，用戶使用則無效。）：
    ５0p F，１00pＦ，１50p F，200p F，５00p F，１000p F，ＸＸＸpＦ，ＸＸＸpＦ。
    應選擇與外接標準電容相等的容量。如果使用的外接電容容量特殊，可請生產廠家將該電容容量輸入儀器中。如果選擇的外接標準電容與實際不相等，則測量結果會受影響。
    正接線法：（接線如圖四所示）
    通電前，先將“試驗電壓”開關置于“關”位置。將ＵＨ端子用線纜的大鐵夾（有ＵＨ標記），接至被試品的高壓端，將ＩＸ端子用另一根線纜的芯線線頭（紅色，有CX 標記）接被試品CX低壓端，它的屏蔽線頭（黑色，有E標記）接地，如果試品低壓端有屏蔽端子，可用導線將該端子與“Ｅ”連接后接地。
    通電后，按“正接”鍵。選好正接線方式：用“試驗電壓”開關選好電壓：然后按“起動”鍵開始測試。

    反接線法：（接線如圖五所示）
    通電前，先將“試驗電壓”開關置于“關”位置，將ＵＨ端子接地，將ＩＸ的芯線（有CX標記）接至被試品CX的。
    通電后，按“反接”鍵，選好反接線方式；用“試驗電壓”開關選好電壓；然后按“起動”鍵開始測試。
    ★★★特別注意：屏蔽“E”與ＩＸ電位接近，可接至被試品高壓端的屏蔽或者懸空，*不能接地！??！。

    外接高壓法：（接線如圖六所示）
    CB為外接標準電容，CX為被試品。
    當被試品要求試驗電壓大于１0ＫＶ時，可以外接高壓進行測量，即不使用儀器內部高壓變壓器，而外接一臺高壓裝置進行測量。
    ★★★注意：外接高壓法進行測量時，“試驗電壓”開關必須置于“關”位置?。?！
    ★★★外接高壓法時，應外接標準電容器ＣB,不許使用儀器內標準電容器?。。?br />    通電后，多次按“外接”鍵，選好外接線方式以及外接的標準電容容量，必須再將“試驗電壓”開關置于“關”位置！調整好外接電壓，然后按“起動”鍵開始測試。
  SXJS-IV型為中文液晶顯示，有中文漢字提示各類測試信息。當測試完成后，可按“打印”鍵，打印測試結果。
六、保管免費及免費修理期限
    儀器應在原廠包裝條件下，于室內貯存，其環境溫度為０－４0℃相對濕度為３0％－７0％，且在空氣中不應含有足以引起腐蝕的有害物質。儀器從冷環境突然到熱環境中時，可能有結露，應等結露消失后再使用。每年應打開儀器，清除由于野外作業產生的灰塵，特別是內部標準電容處的灰塵。
    儀器和附件自制造廠發貨日期起１2個月內，當用戶在*遵守制造廠使用說明書所規定的保管的使用條件下，發現產品制造質量不良或不能正常工作時，制造廠負責給予修理或更換。
七、儀器成套性
    （１）介質損耗測試儀 １臺
    （２）測試線纜 ２根
    （３）保險絲（） ４只
               （０.） 　 ２只
    （４）電源線 ?。备?br />    （５）使用說明書 １份
    （６）產品合格證 １份

附錄：抗干擾探討

（一）、干擾
    以電容試品為例，當工頻電壓加在電容上時，其上流過兩個電流（圖Ａ）：容性電流Ｉｃ和阻性電流Ｉｒ，合成為試品電流Ｉｘ。Ｉｃ和Ｉｒ形成的夾角δ即為介質損耗角。當干擾電流Ｉｇ流入試品時，與Ｉｘ合成為Ｉｇｘ，Ｉｘ與Ｉｇｘ之間的夾角β是由干擾電流Ｉｇ形成的。測量到的電流Ｉｇｘ與Ｕｃ的夾角是β＋δ與階損角δ相差很大。
（二）、方法
    目前，智能介質損耗儀通常采用的抗干擾方法主要有種：
    （１）、移相法
    方法是將加到試品上的測試電壓Ｕｒ移相，使Ｕｃ與Ｉｇ同相位（Ｕｒ與Ｕｃ恒定相差９0度）,從圖Ｂ中可見，測量到的電流Ｉｇｘ與有效的Ｉｘ相差不大（當干擾電流較小時），如果能再反Ｉｇ方向將Ｕｃ移相一次，兩次數據合成即能準確地找到階損角δ（即使干擾電流較大）。
    （２）、變頻法
    現場測量時通常使用工頻電源，而現場干擾主要也是工頻，同頻率的電源相互疊加形成干擾，去除無用的干擾而保留有用測試電流是非常困難的。用非工頻電源進行測量，則工頻電源的干擾電流與測試電流由于頻率不同，是很容易區分開的。比如，將所含有干擾混合信號的前１0ｍＳ信號，與后１0ｍＳ信號相加，就去除了工頻干擾，而測量信號不是５0Ｈｚ所以得以保留。
    （３）、波形分析法
    計算機的運用，使大量的工程分析計算變得方便，通過對現場干擾的大量采集分析，結合測量到的波形，運用高等數學理論，巧妙地去除干擾，也同樣達到目的。甚至去除一、三、五次諧波也很方便。
（三）、要求
    工程測量介質損耗，通常要求能分辨出０.1％介損值是不過分的。
    介質損耗：ｔｇ（δ）＝０.1％＝０.00１
    損耗角度：δ＝０.057°
    對應時間：Ｔ＝δ／360°×２0ｍＳ＝３.183μＳ
（四）、比較
    干擾信號是由干擾源通過媒介施加到試品上，即使干擾源是恒定的，但傳輸媒介是空氣及其它絕緣體不是恒定介質（圖Ｃ、圖Ｄ），所以干擾電流Ｉｇ方向隨機變化的程度≥０.057°不足為奇。要使測試電源隨時跟蹤Ｉｇ，而跟蹤角度誤差≤０．057°絕非易事。所以zui終抗干擾雖然有效，但是測量精度不容易提高。
    運行的設備（試品）在工頻下運行，要求知道在工頻條件下的介質損耗。
    理論上：介質損耗＝２πｆＲＣ，（ｆ＝５0Ｈｚ）
    所以用非工頻的ｆ'電源加在試品上所測得的介質損耗＝２πｆ'ＲＣ，再由這一結果推算出２πｆＲＣ易如反掌。
    然而運行設備的等效Ｒ，不是理想的電阻，其中更多的是有極分子，其等效Ｒ隨頻率ｆ的變化而變化，所以盡管理論上介質損耗與頻率成正比，而實際介質損耗（２πｆＲＣ）不與頻率成正比。這給根據變頻２πｆ'ＲＣ推算工頻２πｆＲＣ造成了麻煩。
    為了減小這個非線性誤差，ｆ'采用接近工頻的頻率，但過分接近等于沒有變頻，這就是主要矛盾。好在大多數試品對頻率的敏感沒有那么強烈。所以變頻法抗干擾是比較成功的。
    產生一個有一定的功率，且又是正弦波的異頻電源有較大的難度。因為異頻電源波形的失真度對相角的影響很大，或者與實際工頻正弦波電源情況下所造成的介質損耗有誤差。
    為了去除接近ｆ'工頻干擾，變頻法不得不處理大量的數據，所以相對測量時間較長。
（五）、SXJS-IV處理干擾的方法
    測試電源采用工頻，使測量與實際一樣。交錯分時測量干擾信號和綜合信號，將所有測到的信號都*地鎖定在與測試電源同步的０相位上，再將干擾信號倒相與綜合信號疊加得到有效信號。
    在數字處理上，廣泛地采用數字與電子技術，剔除了相角相差１％的信號，剔除了數值較大的幾組信號，也剔除了數值較小的幾組信號，再將許多組中值信號求平均值得出結果，而每組信號都是由許多測量信號與處理后的干擾信號構成的。在調試中所有數據都以６位有效數字計算。為了提高測量速度，采用雙計算機和高速并行Ａ／Ｄ轉換器處理信息，軟件全部用匯編完成。
    對于強干擾信號較*地測出其大小不難，儀器特別設計的高精度相位鎖定器能將其準確地定相，為*消除干擾提供了便利；對于弱干擾信號粗略地測出其大小也是可以的，而相位鎖定器并不受測量信號的大小影響，仍然準確定相，弱干擾本來對測量信號的影響就小，再粗略地去除其大部分，也可以認為去除了干擾。
    對于突發性干擾信號，儀器盡可能地將采樣的干擾數據廢除，或宣布測試失敗，以保證數據結果的可靠性。
    實驗數據：用工頻５00Ｖ電壓加載５0ｐＦ電容，測量信號電流約８μＡ，無干擾時，快速測量測得介損為０.08％，抗干擾測量測得介損為０.08％；用２0000Ｖ工頻做干擾，距離被試品１0厘米，快速測量測得介損為１2.2３％，抗干擾測量測得介損為０.09％。