變頻介質(zhì)損耗測(cè)試儀

一、概說(shuō)
SXJS-IV型系列智能化介質(zhì)損耗測(cè)試儀是一種*的測(cè)量介質(zhì)損耗（ tgδ）和電容容量（ Cx ）的儀器，用于工頻高壓下，測(cè)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(shè)備的介質(zhì)損耗（ tgδ）和電容容量（ Cx ）。
二、技術(shù)指標(biāo)
１．環(huán)境溫度：０～４0℃（液晶屏應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)日照）
２．相對(duì)濕度：３0％～７0％
３．供電電源：電壓：２２０Ｖ±１0％，頻率：５0±１Ｈz
４．外形尺寸：長(zhǎng)×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(cè)量范圍：
介質(zhì)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(cè)量誤差：
介質(zhì)損耗（tgδ）： １％±０.０7％（加載電流２０μＡ～５00ｍＡ）正接
介質(zhì)損耗（tgδ）： ２％±０.０9％（加載電流?。?mu;Ａ～２0μＡ）反接
電容容量 （ Cx）：１.５％±１.５pＦ
三、結(jié)構(gòu)
儀器為升壓與測(cè)量一體化結(jié)構(gòu)，輸出電壓２.5KＶ～１０ＫＶ五檔可調(diào)，以適應(yīng)各種需要，在測(cè)量時(shí)無(wú)需任何外部設(shè)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(yàn)電壓選擇開關(guān)———當(dāng)開關(guān)置于“關(guān)"時(shí)，儀器無(wú)高壓輸出。
⑶ 操作鍵盤———————選擇測(cè)量方式、起動(dòng)、停止、打印等操作。
⑷ 電源插座——————— 保險(xiǎn)絲用５Ａ。
⑸ 電源開關(guān)———————電源通斷。
⑹ 起動(dòng)燈————————指示高壓輸出。
⑺ 打印機(jī)————————打印測(cè)試結(jié)果。
★★★★⑻ 接地端子——————使用前，必須將該端子可靠接地?。?！
★⑼ 測(cè)量電流輸入端ＩＸ———有兩個(gè)出線頭，中心頭（紅色，有ＣＸ標(biāo)記）應(yīng)與被 試品一端相接，屏蔽頭（黑色，有Ｅ標(biāo)記）是儀器內(nèi)部高壓輸出 一個(gè)參考端，在 正接法測(cè)量時(shí)應(yīng)接地；在反接法測(cè)量時(shí)應(yīng)浮空；外接法參見“外接高壓法"。
★⑽ 標(biāo)準(zhǔn)電流輸入端ＩＮ———僅當(dāng)外接標(biāo)準(zhǔn)電容器進(jìn)行測(cè)量時(shí)才用，該端應(yīng)與外接 標(biāo)準(zhǔn)電容器 一端相連。ＩＮ必須小于１00ｍＡ?。。?br />⑾ 測(cè)量高壓輸出端ＵＨ——只有一個(gè)大鐵夾出線頭（有ＵＨ標(biāo)記），與被試品一端 相接。

四、工作原理
儀器測(cè)量線路包括一路標(biāo)準(zhǔn)回路和一路測(cè)試回路，如圖三所示。
標(biāo)準(zhǔn)回路由內(nèi)置高穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)電容器與標(biāo)準(zhǔn)電阻網(wǎng)絡(luò)組成，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集標(biāo)準(zhǔn)回路電流與測(cè)試回路的電流幅值及其相位差，并由之算出被測(cè)試品的電容容值（Cx ）和其介質(zhì)損耗（tg）。
數(shù)據(jù)采集電路全部采用高穩(wěn)定度器件，采集板和采集計(jì)算機(jī)被鐵盒*浮空屏蔽，儀器的外殼接地屏蔽；另外使用了光導(dǎo)數(shù)據(jù)、浮空地、大面積地、單點(diǎn)地、數(shù)字濾波等抗干擾技術(shù)，加之計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)百個(gè)電網(wǎng)周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，故測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定、精確、可靠。
由圖三可見，儀器高壓變壓器的高壓側(cè)和測(cè)量線路都是浮地的，用戶可根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象和測(cè)量需要，靈活地采用多種接線方式。如采用“正接線法"進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可將“Ｅ"點(diǎn)接地；而當(dāng)采用“反接線法"進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可將“UH"點(diǎn)接地，而將E點(diǎn)浮空。
圖中除測(cè)試品 Cx 外，其余為本儀器。細(xì)線框內(nèi)部分對(duì)儀器外殼能承受１5ＫＶ工頻高壓５分鐘，額定耐壓１0ＫＶ。儀器內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)為儀器的內(nèi)屏蔽與測(cè)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(xiàng)
１．使用時(shí)必須將儀器的接地端子可靠的接地。
２．只有關(guān)閉儀器電源，試驗(yàn)電壓選擇開關(guān)置于“關(guān)"位置時(shí)，接觸儀器的后部及其測(cè) 量線纜與被試品才被認(rèn)為是安全的。
３．儀器在測(cè)量時(shí)，嚴(yán)禁操作“試驗(yàn)電壓"選擇開關(guān)。
４．★正接線法ＵＨ端為高電壓，反接線法ＩＸ端為高電壓，使用時(shí)必須根據(jù)實(shí)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(xiǎn)絲管，內(nèi)部一只保險(xiǎn)絲為：0.５Ａ
６．使用時(shí)盡可能用廠家隨儀器提供的線纜以確保測(cè)量準(zhǔn)確度。
７．操作鍵盤
備用—————不用。
快測(cè)—————快速測(cè)量，無(wú)抗干擾功能。
抗擾—————抗干擾測(cè)量。
正接—————正接法測(cè)量。
打印—————在測(cè)試結(jié)果出來(lái)后，打印測(cè)試數(shù)據(jù)。
反接—————反接法測(cè)量。
起動(dòng)—————起動(dòng)高壓，開始測(cè)量。
外接—————外接法測(cè)量。也用來(lái)選擇外接標(biāo)準(zhǔn)電容的容量。
停止—————可以在測(cè)試過(guò)程中，中斷測(cè)量。
測(cè)試前先用"試驗(yàn)電壓"開關(guān)選好輸出電壓，然后用“操作鍵盤"選擇好測(cè)試方式。儀器首先自檢（顯示屏、光電通訊、內(nèi)存、操作鍵、數(shù)模轉(zhuǎn)換、電網(wǎng)頻率．．．），自檢通過(guò)后，進(jìn)入主目錄。這時(shí)按屏幕提示即可完成測(cè)試。
進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)后，用戶隨時(shí)可用“停止"鍵退出測(cè)量狀態(tài)。
做正、反接測(cè)量時(shí)無(wú)須人工干預(yù)。
★做外接方式測(cè)量時(shí)，中途會(huì)顯示“請(qǐng)關(guān)閉外接高壓！"并停一下，等候人工將外加高壓關(guān)閉，關(guān)閉外高壓后，（必須關(guān)閉外加高壓），再按一次“起動(dòng)"，鍵才能完成測(cè)試。
★如果外高壓未關(guān)閉，則測(cè)試結(jié)果不真實(shí)！
★★★ 外接標(biāo)準(zhǔn)電容的容量選擇：
“外接方式"時(shí)，每按一次“外接"鍵，則顯示的外接標(biāo)準(zhǔn)電容容量“ＸＸＸＸpＦ"將改變，共八種容量供選擇（★zui后一種為廠家調(diào)試用，用戶使用則無(wú)效。）：
５0p F，１00pＦ，１50p F，200p F，５00p F，１000p F，ＸＸＸpＦ，ＸＸＸpＦ。
應(yīng)選擇與外接標(biāo)準(zhǔn)電容相等的容量。如果使用的外接電容容量特殊，可請(qǐng)生產(chǎn)廠家將該電容容量輸入儀器中。如果選擇的外接標(biāo)準(zhǔn)電容與實(shí)際不相等，則測(cè)量結(jié)果會(huì)受影響。
正接線法：（接線如圖四所示）
通電前，先將“試驗(yàn)電壓"開關(guān)置于“關(guān)"位置。將ＵＨ端子用線纜的大鐵夾（有ＵＨ標(biāo)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(biāo)記）接被試品CX低壓端，它的屏蔽線頭（黑色，有E標(biāo)記）接地，如果試品低壓端有屏蔽端子，可用導(dǎo)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(yàn)電壓"開關(guān)選好電壓：然后按“起動(dòng)"鍵開始測(cè)試。

反接線法：（接線如圖五所示）
通電前，先將“試驗(yàn)電壓"開關(guān)置于“關(guān)"位置，將ＵＨ端子接地，將ＩＸ的芯線（有CX標(biāo)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(yàn)電壓"開關(guān)選好電壓；然后按“起動(dòng)"鍵開始測(cè)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(biāo)準(zhǔn)電容，CX為被試品。
當(dāng)被試品要求試驗(yàn)電壓大于１0ＫＶ時(shí)，可以外接高壓進(jìn)行測(cè)量，即不使用儀器內(nèi)部高壓變壓器，而外接一臺(tái)高壓裝置進(jìn)行測(cè)量。
★★★注意：外接高壓法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，“試驗(yàn)電壓"開關(guān)必須置于“關(guān)"位置?。。?br />★★★外接高壓法時(shí)，應(yīng)外接標(biāo)準(zhǔn)電容器ＣB,不許使用儀器內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電容容量，必須再將“試驗(yàn)電壓"開關(guān)置于“關(guān)"位置！調(diào)整好外接電壓，然后按“起動(dòng)"鍵開始測(cè)試。
SXJS-IV型為中文液晶顯示，有中文漢字提示各類測(cè)試信息。當(dāng)測(cè)試完成后，可按“打印"鍵，打印測(cè)試結(jié)果。
六、保管免費(fèi)及免費(fèi)修理期限
儀器應(yīng)在原廠包裝條件下，于室內(nèi)貯存，其環(huán)境溫度為０－４0℃相對(duì)濕度為３0％－７0％，且在空氣中不應(yīng)含有足以引起腐蝕的有害物質(zhì)。儀器從冷環(huán)境突然到熱環(huán)境中時(shí)，可能有結(jié)露，應(yīng)等結(jié)露消失后再使用。每年應(yīng)打開儀器，清除由于野外作業(yè)產(chǎn)生的灰塵，特別是內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電容處的灰塵。
儀器和附件自制造廠發(fā)貨日期起１2個(gè)月內(nèi)，當(dāng)用戶在*遵守制造廠使用說(shuō)明書所規(guī)定的保管的使用條件下，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品制造質(zhì)量不良或不能正常工作時(shí)，制造廠負(fù)責(zé)給予修理或更換。
七、儀器成套性
（１）介質(zhì)損耗測(cè)試儀 １臺(tái)
（２）測(cè)試線纜 ２根
（３）保險(xiǎn)絲（５Ａ） ４只
（０.５Ａ） ２只
（４）電源線 １根
（５）使用說(shuō)明書 １份
（６）產(chǎn)品合格證 １份

附錄：抗干擾探討

（一）、干擾
以電容試品為例，當(dāng)工頻電壓加在電容上時(shí)，其上流過(guò)兩個(gè)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(zhì)損耗角。當(dāng)干擾電流Ｉｇ流入試品時(shí)，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(cè)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(zhì)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(cè)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(cè)量到的電流Ｉｇｘ與有效的Ｉｘ相差不大（當(dāng)干擾電流較小時(shí)），如果能再反Ｉｇ方向?qū)ⅲ眨阋葡嘁淮?，兩次?shù)據(jù)合成即能準(zhǔn)確地找到階損角δ（即使干擾電流較大）。
（２）、變頻法
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)通常使用工頻電源，而現(xiàn)場(chǎng)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(wú)用的干擾而保留有用測(cè)試電流是非常困難的。用非工頻電源進(jìn)行測(cè)量，則工頻電源的干擾電流與測(cè)試電流由于頻率不同，是很容易區(qū)分開的。比如，將所含有干擾混合信號(hào)的前１0ｍＳ信號(hào)，與后１0ｍＳ信號(hào)相加，就去除了工頻干擾，而測(cè)量信號(hào)不是５0Ｈｚ所以得以保留。
（３）、波形分析法
計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，使大量的工程分析計(jì)算變得方便，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)干擾的大量采集分析，結(jié)合測(cè)量到的波形，運(yùn)用高等數(shù)學(xué)理論，巧妙地去除干擾，也同樣達(dá)到目的。甚至去除一、三、五次諧波也很方便。
（三）、要求
工程測(cè)量介質(zhì)損耗，通常要求能分辨出０.1％介損值是不過(guò)分的。
介質(zhì)損耗：ｔｇ（δ）＝０.1％＝０.00１
損耗角度：δ＝０.057°
對(duì)應(yīng)時(shí)間：Ｔ＝δ／360°×２0ｍＳ＝３.183μＳ
（四）、比較
干擾信號(hào)是由干擾源通過(guò)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(zhì)（圖Ｃ、圖Ｄ），所以干擾電流Ｉｇ方向隨機(jī)變化的程度≥０.057°不足為奇。要使測(cè)試電源隨時(shí)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(cè)量精度不容易提高。
運(yùn)行的設(shè)備（試品）在工頻下運(yùn)行，要求知道在工頻條件下的介質(zhì)損耗。
理論上：介質(zhì)損耗＝２πｆＲＣ，（ｆ＝５0Ｈｚ）
所以用非工頻的ｆ'電源加在試品上所測(cè)得的介質(zhì)損耗＝２πｆ'ＲＣ，再由這一結(jié)果推算出２πｆＲＣ易如反掌。
然而運(yùn)行設(shè)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(zhì)損耗與頻率成正比，而實(shí)際介質(zhì)損耗（２πｆＲＣ）不與頻率成正比。這給根據(jù)變頻２πｆ'ＲＣ推算工頻２πｆＲＣ造成了麻煩。
為了減小這個(gè)非線性誤差，ｆ'采用接近工頻的頻率，但過(guò)分接近等于沒有變頻，這就是主要矛盾。好在大多數(shù)試品對(duì)頻率的敏感沒有那么強(qiáng)烈。所以變頻法抗干擾是比較成功的。
產(chǎn)生一個(gè)有一定的功率，且又是正弦波的異頻電源有較大的難度。因?yàn)楫愵l電源波形的失真度對(duì)相角的影響很大，或者與實(shí)際工頻正弦波電源情況下所造成的介質(zhì)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(shù)據(jù)，所以相對(duì)測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。
五）、SXJS-IV處理干擾的方法
測(cè)試電源采用工頻，使測(cè)量與實(shí)際一樣。交錯(cuò)分時(shí)測(cè)量干擾信號(hào)和綜合信號(hào)，將所有測(cè)到的信號(hào)都精確地鎖定在與測(cè)試電源同步的０相位上，再將干擾信號(hào)倒相與綜合信號(hào)疊加得到有效信號(hào)。
在數(shù)字處理上，廣泛地采用數(shù)字與電子技術(shù)，剔除了相角相差１％的信號(hào)，剔除了數(shù)值較大的幾組信號(hào)，也剔除了數(shù)值較小的幾組信號(hào)，再將許多組中值信號(hào)求平均值得出結(jié)果，而每組信號(hào)都是由許多測(cè)量信號(hào)與處理后的干擾信號(hào)構(gòu)成的。在調(diào)試中所有數(shù)據(jù)都以６位有效數(shù)字計(jì)算。為了提高測(cè)量速度，采用雙計(jì)算機(jī)和高速并行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器處理信息，軟件全部用匯編完成。
對(duì)于強(qiáng)干擾信號(hào)較精確地測(cè)出其大小不難，儀器特別設(shè)計(jì)的高精度相位鎖定器能將其準(zhǔn)確地定相，為*消除干擾提供了便利；對(duì)于弱干擾信號(hào)粗略地測(cè)出其大小也是可以的，而相位鎖定器并不受測(cè)量信號(hào)的大小影響，仍然準(zhǔn)確定相，弱干擾本來(lái)對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響就小，再粗略地去除其大部分，也可以認(rèn)為去除了干擾。
對(duì)于突發(fā)性干擾信號(hào)，儀器盡可能地將采樣的干擾數(shù)據(jù)廢除，或宣布測(cè)試失敗，以保證數(shù)據(jù)結(jié)果的可靠性。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：用工頻５00Ｖ電壓加載５0ｐＦ電容，測(cè)量信號(hào)電流約８μＡ，無(wú)干擾時(shí)，快速測(cè)量測(cè)得介損為０.08％，抗干擾測(cè)量測(cè)得介損為０.08％；用２0000Ｖ工頻做干擾，距離被試品１0厘米，快速測(cè)量測(cè)得介損為１2.2３％，抗干擾測(cè)量測(cè)得介損為０.09％。