絕緣油介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)試方法

一、方法概要

絕緣油介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)試方法是將放在專門電極杯里的被試油樣加熱到規(guī)定的試驗(yàn)溫度后，施加一定大小的交流(工頻)電壓，用交流(工頻)電橋測(cè)出被試油樣內(nèi)部流過的電流相量和電壓相量之間的夾角φ(功率因數(shù)角)的余角(δ)的正切值，即介質(zhì)損耗因數(shù)的過程。

二、測(cè)量?jī)x器的選擇

除選擇一體化絕緣油介質(zhì)損耗測(cè)試儀外，一般按以下原則進(jìn)行選擇，但是一體化絕緣油介質(zhì)損耗測(cè)試儀內(nèi)損耗因數(shù)的測(cè)量?jī)x器、電極杯、加熱器分別應(yīng)滿足以下要求。

1.損耗因數(shù)的測(cè)量?jī)x器

對(duì)于常規(guī)使用，可用具有介質(zhì)損耗因數(shù)的分辨率為10-的交流(工頻)電橋，但采用當(dāng)試樣電容為100pF時(shí)具有10-分辨率的電橋。

2.電極杯

同-電極杯能用來測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和體積電阻率，當(dāng)進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)應(yīng)使用三端電極杯。三端電極杯里有足以屏蔽測(cè)量電極的保護(hù)電極，通常將引線屏蔽層接到保護(hù)電極，洗凈烘干后的空杯損耗因數(shù)應(yīng)接近零。

電極杯還應(yīng)符合以下要求：

(1)電極杯應(yīng)能容易地拆洗所有零件，能重新裝配而不致明顯地改變空杯的電容。它還應(yīng)能放在一個(gè)合適的恒溫浴箱或烘箱內(nèi)，并能測(cè)量?jī)?nèi)電極溫度。

(2)用來制造電極杯的材料應(yīng)無氣孔，能經(jīng)受所要求的溫度，電極間的同軸度應(yīng)不受溫度變化的影響。與試驗(yàn)液體接觸的電極表面粗糙度應(yīng)不低于0.16um，使之容易清洗。在試驗(yàn)期間液體和電極之間應(yīng)無化學(xué)作用，電極也不受清洗劑的影響。由不銹鋼制造的電極對(duì)試驗(yàn)所有類型的絕緣液體都是良好的，不應(yīng)用鋁及其合金做電極，因?yàn)樗鼈儠?huì)被堿性的洗凈劑腐蝕。

電極表面上電鍍不如鍍一種金屬材料好，但表面鍍金、鎳或銠，只要鍍得好并保持無損也可滿意地使用。在殷鋼上鍍銠是良好的，并有低的熱膨脹的優(yōu)點(diǎn)，也有采用在黃銅上鍍鎳或金和在不銹鋼上鍍鎳的。

用來支撐電極的絕緣材料應(yīng)具有低的損耗因數(shù)、高的電阻率和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。這些固體絕緣材料不應(yīng)吸收試驗(yàn)液體以及清洗劑，也不與它們發(fā)生物理化學(xué)作用。

通常認(rèn)為融熔石英是合適的絕緣材料，在三電極中可使用高頻陶瓷。

(3)引線應(yīng)使用屏蔽導(dǎo)線。為了抵抗外部電磁場(chǎng)的干擾，在電極外面要加一層接地的屏蔽套。

可用于低黏度液體(如變壓器油等)及施加電壓不高于2000V 的三端電極杯，其結(jié)構(gòu)見下圖。

電極杯的機(jī)構(gòu)

1-高壓極(外電極)；2-測(cè)量極(內(nèi)電極)；3-試驗(yàn)油；4-測(cè)量極；5-定位槽；6一保護(hù)極(護(hù)環(huán))；7-溫度計(jì)(孔)；8-鉑溫度傳感器；9-輔助加熱棒；10-緊固螺帽；11-安裝體；12-絕緣柱

3.試驗(yàn)箱

應(yīng)能保持溫度在規(guī)定值的±0.5℃以內(nèi)，它可以由強(qiáng)制通風(fēng)的烘箱或能控制溫度并帶有支撐電極杯的油浴箱或加熱套組成。

試驗(yàn)箱應(yīng)有連接電極杯的屏蔽線，電極杯應(yīng)很好地同接了地的箱殼絕緣。

4.烘箱

用以烘干電極杯、試樣、空杯的預(yù)熱，烘箱溫度應(yīng)在0~300℃可調(diào)

5.玻璃器皿

采用由硼硅玻璃做的普通化學(xué)玻璃器皿。用于倒注試樣的所有玻璃器皿應(yīng)按要求洗凈并充分干燥。

三、試驗(yàn)步驟

1.電極杯的準(zhǔn)備

(1)清洗電極杯。測(cè)量絕緣油損耗因數(shù)時(shí)，對(duì)電極杯的清洗是重要的。因?yàn)榻^緣油對(duì)極微小污染的影響都極為敏感，因此必須嚴(yán)格按照下述方法要點(diǎn)進(jìn)行:

1)完一全拆卸電極杯。

2)徹一底洗滌所有組成零件，更換二次溶劑。

3)先用丙酮，然后用軟性擦皂或洗凈劑洗滌之。磨料顆粒和摩擦動(dòng)作不應(yīng)損傷金屬表面粗糙度。

4)用5%的磷酸納蒸餾水溶液煮沸至少5min，然后用蒸餾水洗幾次。

5)用蒸餾水煮沸1h。

6)在 105~110℃的烘箱中烘干各零件60~90min。

7)電極洗凈后，不要用手直接接觸它們的表面，并注意將零件放置在清潔的面上，不要使其受潮氣或灰塵的污染。使用溶劑時(shí)應(yīng)注意預(yù)防燃燒和對(duì)人體的毒性。憑經(jīng)驗(yàn)，使用去油污效果好的洗凈劑用沸水多浸泡、洗滌幾次，然后用自來水沖洗，最后用蒸餾水浸泡、沖洗幾次一般亦能滿足要求。

(2)裝配電極杯。清洗后的部件禁止用手直接接觸，必須戴上清潔、不脫絨的手套，在烘箱內(nèi)把油杯裝配起來，具體安裝步驟如下:

1)仔細(xì)地將絕緣柱12插入安裝體11上。

2)將帶有定位標(biāo)記孔的護(hù)環(huán)6擰入安裝體11并壓緊絕緣柱，檢查絕緣柱是否均勻壓緊。

3)在測(cè)量極2上仔細(xì)地插入絕緣柱，并把緊固螺帽10擰緊在測(cè)量極上，檢查絕緣柱是否均勻壓緊。

4)將護(hù)環(huán)上的定位標(biāo)記孔和測(cè)量極上的定位標(biāo)記孔對(duì)準(zhǔn)后插入，輕輕地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊電極。

5)將裝好測(cè)量極的安裝體，按定位標(biāo)記孔的位置和高壓極上的定位標(biāo)記孔對(duì)準(zhǔn)后放入高壓極內(nèi)輕輕地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并鎖緊電極，避免用強(qiáng)力損傷絕緣柱。

(3)空杯檢驗(yàn)(即空杯介損和空杯電容的測(cè)量)。為了檢驗(yàn)電極是否干燥潔凈，通常要測(cè)量空杯的介質(zhì)損耗因數(shù)值(應(yīng)接近零)，并記錄空杯電容。

1)認(rèn)準(zhǔn)高壓極上鉑溫度傳感器位置，將整個(gè)測(cè)量電極對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向槽緩慢輕便地推入加熱器的熱杯(試驗(yàn)箱)中。

2)在高壓極加上電壓2000V，調(diào)節(jié)交流(工頻)電橋平衡。退下電壓，從電橋測(cè)量盤上讀取電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)值(此時(shí)以空氣為介質(zhì))。空杯的介質(zhì)損耗因數(shù)值不得大于1x10-4(即tgδ≤0.01%)，空杯電容與上一次相比不應(yīng)有明顯地變化。電極杯空杯檢驗(yàn)不合格的，應(yīng)重新進(jìn)行清洗和裝配，直到空杯檢驗(yàn)合格，記取合格電極杯的空杯電容。

(4)預(yù)熱空杯。將裝配好的空杯放到比規(guī)定的試驗(yàn)溫度高5~10℃的試驗(yàn)箱或烘箱里，使電極杯的內(nèi)電極的溫度超過試驗(yàn)溫度。

2.取樣

取樣時(shí)應(yīng)按被試油樣的取樣方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，務(wù)必保證樣品不致污染受潮。

樣品應(yīng)在容器中密封、避光保存，謹(jǐn)防受潮。樣品存放時(shí)間應(yīng)盡可能短，一般不得超過兩星期。除有特殊要求外，在試驗(yàn)前不再經(jīng)過濾、于燥等處理。

3.試樣的準(zhǔn)備

(1)將盛有樣品的容器放在試驗(yàn)室內(nèi)。試驗(yàn)室空氣應(yīng)潔凈，相對(duì)濕度不超過 70%。

(2)傾斜容器并緩慢旋轉(zhuǎn)使樣品均勻。打開容器口用干凈的無絨布或細(xì)濾紙擦凈容器口。倒出一點(diǎn)試樣沖洗容器口表面，然后將所需試樣倒入帶蓋的錐形燒瓶中。

(3)將盛有試樣的錐形燒瓶放入烘箱內(nèi)使試樣加熱到超過要求的試驗(yàn)溫度5~10℃，在此溫度下保持時(shí)間不應(yīng)超過 1h。

4.試樣注入電極杯

(1)當(dāng)準(zhǔn)備好的電極杯的內(nèi)電極溫度超過試驗(yàn)溫度時(shí)迅速取出電極杯，并將內(nèi)電極提出(不要讓它直接接觸任何表面)。將一份加熱過的試樣注滿電極杯，剩余的加熱過的試樣放回烘箱原位。放入內(nèi)電極，并兩次抬起和放下內(nèi)電極以刷洗電極杯。再取出內(nèi)電極，倒掉刷洗液并立即用第二份加熱過的試樣再注入電極杯。

(2)裝好電極杯，并把它放入符合試驗(yàn)溫度的試驗(yàn)箱中，接好電路，并保證在15min 以內(nèi)達(dá)到溫度平衡。

為保證在15min以內(nèi)達(dá)到溫度平衡，首先要選擇好試樣、電極杯及試驗(yàn)箱(若試驗(yàn)箱采用加溫棒加熱，在試驗(yàn)箱內(nèi)沒有放入電極杯之前，為保護(hù)加熱棒不致過熱燒壞不能通電預(yù)熱)的預(yù)熱溫度，而且要迅速地完成(1)(2)兩步操作。迅速操作不但可防止電極過分冷卻，也可避免灰塵微粒在電極的濕潤(rùn)面上聚集。

5.試驗(yàn)溫度

除被試油樣另有規(guī)定外，一般試驗(yàn)在90℃下進(jìn)行。

6.介質(zhì)損耗因數(shù)(tgδ)的測(cè)量

(1)試驗(yàn)電壓。試驗(yàn)采用50Hz電壓，規(guī)定電極施加的電壓為 1000V/mm。

(2)測(cè)量:

1)試樣注入電極杯后經(jīng)15min后，內(nèi)電極溫度與所要求的試驗(yàn)溫度之差應(yīng)不大于±1℃，此時(shí)開始測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)。注意，僅在測(cè)量時(shí)施加電壓。由于加熱時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響，因此應(yīng)盡快完成測(cè)量。

2)測(cè)量完后立即倒出份試樣，并將第二份試樣注入電極杯進(jìn)行測(cè)量。操作過程同次(但不必再刷洗)。兩次讀數(shù)之間的差別不應(yīng)大于0.0001(加上兩個(gè)值中較大一個(gè)的 25%)。

3)如果不能滿足上述重復(fù)性要求，繼續(xù)對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)量，直到相鄰兩次讀數(shù)之差不超過0.0001加兩個(gè)值中較大一個(gè)的 25%為止，此時(shí)測(cè)得的結(jié)果才認(rèn)為有效。

重復(fù)測(cè)量可以在同樣型式的另一電極杯中進(jìn)行，但其重復(fù)性必須符合上述要求。

7.報(bào)告的編寫

取兩次有效測(cè)量中較小的一個(gè)值作為油樣的介質(zhì)損耗因數(shù)。

報(bào)告中還應(yīng)包括

(1)電極杯類型和以空氣為介質(zhì)時(shí)的電容(即空杯電容)；

(2)試驗(yàn)電壓及電極間隙

(3)試驗(yàn)溫度；

(4)測(cè)量次數(shù)及每個(gè)結(jié)果。

四、測(cè)試要點(diǎn)

(1)絕緣油的介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量時(shí)與電壓無關(guān)。一般在電壓較低的情況進(jìn)行測(cè)量時(shí)，電壓對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)的影響不明顯。而當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度過高時(shí)則因電極的二次效應(yīng)、試樣放電等原因，會(huì)造成測(cè)試值明顯偏大。因此，規(guī)定電極施加的電壓為 1000V/mm。

(2)測(cè)量時(shí)與試驗(yàn)電壓的頻率有關(guān)，介質(zhì)損耗因數(shù)的變化是頻率的函數(shù)，即tgδ隨頻率的變化而變化。一般測(cè)量tgδ用頻率為50Hz較合適。

(3)與測(cè)量時(shí)的溫度有關(guān)，因?yàn)榻^緣油的電導(dǎo)是隨著溫度而變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，油的電導(dǎo)隨之增大，泄漏電流也會(huì)增大，而介質(zhì)損耗因數(shù)也增大，故測(cè)量時(shí)溫度要恒定在 90±1℃。

(4)測(cè)量?jī)x器放置地點(diǎn)應(yīng)無強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾和機(jī)械振動(dòng)。

(5)油杯要干燥和潔凈，裝入試樣時(shí)不能有氣泡和雜質(zhì)。各芯線與屏蔽間的絕緣要良好。

(6)對(duì)試樣施加電壓至一定值時(shí)，在升壓過程中不應(yīng)有放電現(xiàn)象。故升壓時(shí)要緩慢進(jìn)行，不可突變其電壓，應(yīng)以每秒升高 1/10 工作電壓的速度進(jìn)行。

五、變壓器油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

注：新油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB 2536-2011《電工流體 變壓器和開關(guān)用的未使用過的礦物絕緣油》的技術(shù)要求；投入運(yùn)行前的油和運(yùn)行油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T 7595-2017《運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量》的技術(shù)要求。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)版本變更時(shí)，應(yīng)以有效版本為準(zhǔn)。

六、介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)的意義

介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量作為一種有效手段，可判斷油樣的完好性，可以表明運(yùn)行中油的臟污與劣化程度或者油的處理結(jié)果如何。有缺陷的油樣常常可以通過其他的電氣和化學(xué)試驗(yàn)，卻難以通過本試驗(yàn)，

新油中所含極性雜質(zhì)少，所以介質(zhì)損耗因數(shù)也甚微小，一般僅有0.01%~0.1%數(shù)量級(jí)；但由于氧化或過熱而引起油質(zhì)老化時(shí)，或混入其他雜質(zhì)時(shí)，所生成的極性雜質(zhì)和帶電膠體物質(zhì)逐漸增多，介質(zhì)損耗因數(shù)也就隨之增加，在油的老化產(chǎn)物甚微，用化學(xué)方法尚不能察覺時(shí)，介質(zhì)損耗因數(shù)就已明顯的分辨出來。因此，介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)定是變壓器油檢驗(yàn)監(jiān)督的常用手段，具有特殊的意義。

從上可知，絕緣油的介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量能在很大程度上反映油的品質(zhì)好壞，決定是否可以繼續(xù)參加運(yùn)行，但還需與其他參數(shù)配合。這是因?yàn)?/span>:油中的水分是影響介質(zhì)損耗值的重要因素。一般說來，因水分造成介質(zhì)損耗的增大，是基于油的電導(dǎo)值的增大。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，油的介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量不能作為獨(dú)立的項(xiàng)目，而必須與油的化學(xué)安定度及其他物理、化學(xué)性質(zhì)一起，方能決定油是否受潮或有雜質(zhì)，最后作出是否真正劣化的結(jié)論，然后再作出更換或過濾處理的決定。