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中試控股技術研究院魯工為您講解：35kV電纜介質損耗試驗系統

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。

輸入LC并聯諧振電路的信號頻率是很廣泛的，其中含有頻率為諧振頻率的信號。在眾多頻率的輸入信號中，電路只對頻率為諧振頻率的信號發生諧振，這時電路的阻抗最犬。諧振電路有一個頻帶寬度。在電路分析中，可以認為頻帶內的信號都與諧振頻率的信號一樣，被同樣地放大或處理；但對頻率偏離諧振頻率的信號，掌握的。頻帶的寬度與Q值大小有關，Q值大，則認為沒有受到放大或處理，這是電路分析要頻帶窄；Q值小，頻帶寬。

在含有電容和電感的電路中，如果電容和電感并聯，可能出現在某個很小的時間段內：電容的電壓逐漸升高，而電流卻逐漸減少；與此同時電感的電流卻逐漸增加，電感的電壓卻逐漸降低。

在含有電容和電感的電路中，如果電容和電感并聯，可能出現在某個很小的時間段內：電容的電壓逐漸升高，而電流卻逐漸減少；與此同時電感的電流卻逐漸增加，電感的電壓卻逐漸降低。而在另一個很小的時間段內：電容的電壓逐漸降低，而電流卻逐漸增加；與此同時電感的電流卻逐漸減少，電感的電壓卻逐漸升高。電壓的增加可以達到一個正的最大值，電壓的降低也可達到一個負的最大值，同樣電流的方向在這個過程中也會發生正負方向的變化，此時我們稱為電路發生電的振蕩。

電容和電感并聯，電容器放電,電感開始有有一個逆向的反沖電流，電感充電;當電感的電壓達到最大時，電容放電完畢，之后電感開始放電，電容開始充電，這樣的往復運作，稱為諧振。而在此過程中電感由于不斷的充放電，于是就產生了電磁波。

電路振蕩現象可能逐漸消失，也可能持續不變地維持著。當震蕩持續維持時，我們稱之為等幅振蕩，也稱為諧振。

諧振時間電容或電感兩鍛電壓變化一個周期的時間稱為諧振周期，諧振周期的倒數稱為諧振頻率。所謂諧振頻率就是這樣定義的。它與電容C和電感L的參數有關，即：f=1/√LC。L是電感，C是電容。

1.諧振電容器采用金屬化薄膜無感式卷繞,特殊噴金工藝,邁拉膠帶封裝,阻燃環氧樹脂密封,銅螺母或插片引出，或者是銅螺柱引出。

2.其特點是:穩定性高,頻率特性好,體積小,損耗小,電感小,自愈性好,過電流能力強。

3.廣泛用于電力電子設備,工業電磁加熱設備，逆變焊機,逆變電源等電路中諧振用。

諧振電容器用途

在交流高電壓電路中，諧振電容器（電容）與電抗器（電感）匹配，構成串聯或并聯諧振回路。

利用諧振時，頻率或電流的變化，以供科研或試驗裝置使用。如交流諧振電壓器

對某些特定頻率的交流電壓構成低阻抗通道或高阻抗通道。

諧振即物理的簡諧振動，物體的加速度在跟偏離平衡位置的位移成正比，且總是指向平衡位置的回復力的作用下的振動。其動力學方程式是F=-kx。 諧振的現象是電流增大和電壓減小，越接近諧振中心，電流表電壓表功率表轉動變化快，但是和短路的區別是不會出現零序量。

開關電源的損耗主要來自于開關管的開關過程，由于開關管不是理想的開關器件，開關過程不是瞬間完成的，存在一定的過渡時間，傳統的方波開關電源在這個過渡轉換的時間里電壓和電流均為零，存在重疊的區域，因而會產生開關的損耗，隨著頻率的升高，這種損耗會逐漸加大而限制開關電源頻率的提高，同時由于在轉換過程中電壓和電流短時間內的急劇變化，也會產生很大的開關噪聲，形成電磁干擾EMT。為克服方波開關電源的這一缺點，二十多年來人們一直致力于低功耗的軟開關電源技術的探索，在電路中加入小電感或電容元件，利用諧振的原理，使開關兩端的電壓或電流的變化呈正弦波的變化規律，基本的設想是想辦法使開關管能在電壓過零或電流過零的時候完成開關轉換，以消除電壓和電流的重疊，現實消除或減小功耗的目的。

諧振電源的開關損耗能夠降低，但電路相對復雜。在反激式開關電源中廣泛應用的是準諧振的模式。所謂反激式是指原邊主功率開關與副邊整流管的開關狀態相反，開關管導通時，副邊的整流二極管截止，反激式變換器只是在原邊開關管導通時儲存能量，當它截止時才向負載釋放能量，故高頻變壓器在開關過程中，既起變壓隔離作用，又是電感儲能元件。反激式開關電源因電路簡潔，容易實現多路輸出而在彩電中得到廣泛應用。不同于諧振開關電源諧振過程主動參與整個能量變化的過程，準諧振模式只在整個電源能量變換的一個階段一開關轉換的時候完成（波形仍接近為方波），通過諧振使開關管在零電壓（或最小電壓）或者是零電流的時刻完成開關轉換，同時又保持方波開關電源的高能量傳輸模式，因此稱為準諧振。