数字化测量介质损耗角的方法

1引言
过去介质损耗角的测量采用模拟测量方法，主要有谐振法、瓦特表法和电桥法，谐振法只适用于低压高频状态下的测量。瓦特表法是由介质损失的功率和经过的电流计算求得，瓦特表法由于测量准确度低，现已基本淘汰。电桥法是采用交流电桥差值比较原理，准确度相对较高，其典型代表是西林电桥，见图1所示。由电桥平衡条件可得出被试品的电容值Cx及tanδ：CX=（R4/R3）CNtanδ=ωC4R4
（1）测量程序复杂，操作工作量大，自动化水平低，易受人为因素的影响。
（3）当试验电源有较大谐波干扰时，即使基波电压已获平衡，检流计仍不能为零，不能排除与基波相近的谐波干扰。
数字化测量方法的原理是利用传感器从试品上取得所需的信号U和I，经前置预处理电路数字化后送至数据处理计算机或单片机，算出电流电压之间的相位差△ψ，最后得到tanδ的测量值，见图2.
过零电压比较法是测量两个频率相同，幅值相等，相角差小的正弦电压波之间的相角差的方法。满足上述条
2.2过零时差比较法
该方法具有测量分辨率高、线性好、易数学化的优点。但误差因素有时对测量结果影响很大，从而限制了应用。其中最重要的误差原因是由于零线漂移和波形畸变而导致信号过零点偏移。
谐波分析法就是用离散付立叶变换（DFT）对试品的电压和电流信号进行谐波分析，得出基波，再求出介质损耗角。
谐波分析法把对波形的处理放在后期的软件程序中进行，简化了硬件线路和结构，提高了系统可靠性。由于电网频率不稳，加之同步采样环节的误差，造成对采样信号做DFT时产生较大的误差，所以在对信号DFT计算时应采取相应的措施尽量消除频谱泄漏和栅栏效应带来的误差[2].
本方法的原理来自于电压/电流法测量元件阻抗的原理，根据被测试品的端电压相量和流过试品的电流相量之比，可以得到被测试品的阻抗相量，根据ZX的实部和虚部，进一步求得介质损耗角正切tanδ。设to时刻方向上的矢量为参考矢量时，见图4，电压和电流用矢量表示为：
2.5异频电源法来源：www.examda.com
实际上，介质随频率的变化而变化，这就出现不同频率下的测量结果的等同性问题。异频电源频率不能偏离工频太远，否则测量结果与工频下的介损值失去等同性，也不能偏离太近，这样会增大频率分辨的难度，同样会造成较大的误差[4].正弦电压和电流在时域的表达式可写为：
以上介损的数字化测量方法之间并不是孤立的。例如在正弦波参数法和自由矢量法中，可先用谐波法滤除高次谐波，得到电压和电流的基波再计算各个参数。而异频电源的采用是为了克服工频干扰，它几乎可以应用到其他所有的数字化测量方法中。因每种测量方法的特点，过零时差比较法和过零点电压比较法多用于现场及在线监测的测量仪器，而自由矢量法和正弦波参数法多用于便携式带电检测仪器。
介损的数字化测量技术在不断地发展和完善。数字化测量的优点在于它的智能化和多功能趋势，特别是将后级处理与高压设备绝缘的诊断专家系统联系起来，实现自动检测和诊断报警。介损的数字化测量是有着光明的发展前景，如何提高抗干扰能力和测量准确性仍是当前研究的课题。

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