介質損耗角

介質損耗角又稱介電相位角。它是交流電壓下電介質中的有功分量和無功分量的比值，是一個無量綱的數，反應的是電介質內單位體積中能量損耗的大小，反映電介質在交變電場作用下，電位移與電場強度的位相差。

基本介紹

• 中文名：介質損耗角
• 外文名：dielectric loss angle
• 又稱：介電相位角
• 反映：電位移與電場強度的位相差
• 釋義：交流電壓下電介質中的有功分量和無功分量的比值
• 測量方法：西林電橋法

定義

電介質在交變電場作用下，根據電場頻率、介質種類的不同，其介電行為可能產生以下兩種情況。對於理想介質而言，電位移與電場強度在時間上沒有相位差，此時極化強度與交變電場同相位，交流電流剛好超前電壓π/2。對於實際介質而言，電位移與電場強度存在位相差。此時介質電容器交流電流超前電壓的相角小於π/2。由此，介質損耗角等於介質電容器交流電流與電壓相角差的餘角。

介質損耗角是在交變電場下，電介質內流過的電流向量和電壓向量之間的夾角（即功率向量角ф）的餘角δ，簡稱介損角。

介質損耗角（介損角）是一項反映高壓電氣設備絕緣性能的重要指標。介損角的變化可反映受潮、劣化變質或絕緣中氣體放電等絕緣缺陷，因此測量介損角是研究絕緣老化特徵及線上監測絕緣狀況的一項重要內容。

電容型設備的絕緣結構通常是由多種絕緣材料組合而成一。電氣設備的內絕緣介質分為三類，其中液體介質包括變壓器油、電容器油等;固體材料包括雲母、電瓷、玻璃、矽橡膠等;氣體材料包括六氟化硫等。在電場的作用下，絕緣介質都會發生極化、電導和損耗等物理現象。介質損耗是絕緣設備在電場作用下其內部引起的能量損耗，所消耗的能量轉化為熱能，引起絕緣材料溫度升高，當溫度過高時將會導致絕緣材料老化變質。絕緣介質損耗主要分為三種:極化損耗、游離損耗以及電導損耗。

tanδ被稱為介質損耗角的正切，它是交流電壓下電介質中的有功分量和無功分量的比值，是一個無量綱的數，反應的是電介質內單位體積中能量損耗的大小。

介質損耗

介質損耗與外施電壓、電源頻率、介質電容C和介質損耗因數tanδ成正比。但是用介質損耗P表示介質品質的優劣是不方便的，因為，P值和試驗電壓、介質尺寸(形狀、大小、
厚度等)等因素有關，不同設備間難以互相比較,因此也不能準確的反映電介質的絕緣狀況。而當外加電壓、頻率一定時，介質損耗僅與介質的等值電容和介質損耗因數有關，對於一定結構及形成的電介質，等值電容是定值，因此tanδ就完全反映了介質損耗情況，可以用來評價高壓電力設備的絕緣水平，它是僅取決於材料的特性而與材料尺寸無關的物理量。所以，在工程上選用介質損耗角的正切tanδ的值來判斷介質的品質，表征電介質的損耗大小。

檢測的意義

通過測量介質損耗角的正切值可以反映出一系列的絕緣缺陷，如絕緣受潮、劣質變化或瓦隙放電等。測量電介質的tanδ值，便於定量分析絕緣材料的損耗特性，有利於絕緣材料的分析研究和結構設計。材料的tanδ大，說明電介質工作時損耗大、易發熱和易老化。例如，膠紙電容式套管的機械強度高，下部尺寸可以做的很短，但往往由於膠的質量不夠理想，而使tanδ較大，因而難以使用在超高壓系統中。蓖麻油可以用於直流或脈衝電容器中，但因其tanδ很大，而不能用於交流電容器中。用於衝擊測量的連線電纜，要求其tanδ必須很小，否則，當衝擊波在電纜中傳播時，波形將發生嚴重畸變而影響測量精度。

但對於集中性的缺陷，如果其所占的體積小，那么集中性缺陷處的介質損耗占絕緣全部介質損耗的比重就小，此時tanδ法效果就差。因此，對套管或互感器的絕緣介質損耗因數試驗是必不可少的，而對電機電纜等設備就沒有這個必要了。通過tanδ值判斷絕緣狀況時，同時必須著重於與該設備歷年的tanδ值相比較以及和同樣運行條件下的其它設備相比較。即使tanδ未超過標準值，但和過去以及和同樣運行條件下的其它設備相比，tanδ突然明顯增大時，就必須進行處理。

在絕緣設計時，必須注意絕緣材料的tanδ 值。若tanδ 值過大則會引起嚴重發熱，使絕緣加速老化，甚至可能導致熱擊穿。而在直流電壓下，tanδ 較小而可用於製造直流或脈衝電容器。

值反映了絕緣的狀況，可通過測量 tanδ=f(ф)的關係曲線來判斷從良狀態向劣化狀態轉化的進程，故tanδ的測量是電氣設備絕緣試驗中的一個基本項目。

通過研究溫度對tanδ值的影響，力求在工作溫度下的tanδ值為最小值而避開最大值。

極化損耗隨頻率升高而增大，尤其電容器採用極性電介質時，其極化損耗隨頻率升高增加很快，當電源中出現高次（如3次、5次）諧波時，就很容易造成電容器絕緣材料因過熱而擊穿。

用於衝擊測量的連線電纜，其絕緣的tanδ必須很小，否則所測衝擊電壓通過電纜後將發生嚴重的波形畸變，影響到測量的準確性。

測量方法

離線測量tanδ時採用的方法基本都是模擬方法，較有代表性的是西林電橋法。利用電橋平衡條件來測算出被試品的電容值C及tanδ值。其優點為準確度相對較高，但在試驗電源有較大的諧波干擾或外界強電場干擾時，電橋常常無法平衡，讀數誤差較大，因而多在實驗室等干擾較小的場所使用。為此，曾提出不少解決方法，如禁止法、電源倒相法、反干擾源法、移相法、干擾電源法等，這些方法現場使用各有其缺陷，不盡適用。

線上監測方法按照測量原理可分為兩類。第一類是主要靠“硬體”的檢測方法，即依靠電子線路來實現的檢測方法，以過零相位比較法(也稱脈衝計數法)、電壓比較器法及將西林電橋用於帶電檢測的一些方法等為代表。二是主要靠“軟體”的檢測方法，即將數位化的電流產和參考信號比較測得tanδ。然後再計算tanδ。參考信號有兩種取法，一種是以電壓感為參考信號，先測出成與秘之間的夾角，再計算出8。這類方法也稱為絕對測量法。電壓信號多取自PT的二次側。但二次側的信號容易受PT本身和二次負載的影響。另一種方法稱為間接法。參考信號是現場一台tanδ占極小且穩定的設備的總電流，因為tanδ極小，總電流也就接近為容性電流，被測設備與參考設備電流夾角就可認為是tanδ，在要求嚴格或者參考設備本身的tanδ較大時。可以把用其它方法測出的參考設備的tanδ加進來，前提是參考設備的tanδ穩定。這種方法不但排除了PT本身角差的影響，而且由於被測設備和參考設備所處的環境相同，因此環境引起的tanδ變化也基本相同，相對值也就基本保持不變，從而減弱了環境因素的影響。這種方法的缺點是無法對單台設備進行測量，測量結果為相對值，此外，如果參考設備出現故障還可能誤判。