5、高压电容电桥
高压电容电桥的标准通道输入标准电容器的电流、试品通道输入试品电流。
通过比对电流相位差测量tgδ，通过出比电流幅值测量试品电容量。
因此用电桥测量介损还需要携带标准电容器、升压PT和调压器。
接线也十分烦琐。
国内常见高压电容电桥有：
型 号
生产厂家
性 能
2801
Haefely
西林电桥，手动调节，介损相对误差0.5%，试验室使用。
其改进型为2809A。
QS30
上海沪光厂
电流比较仪电桥，手动调节，介损相对误差0.5%±0.00005，试验室使用。
QS1
上海电表厂
西林电桥，手动调节，介损相对误差10%±0.003，现场测量用。
支持正反接线，移相或到相抗干扰。
AI-6000分体型
泛华电子
自动调节，红外线遥控，介损相对误差0.2%±0.00005，现场或试验室用。
支持正反接线，移相或倒相抗干扰。
配合变频电源可变频抗干扰。
6、高压介质损耗测量仪
简称介损仪，是指采用电桥原理，应用数字测量技术，对介质损耗角正切值和电容量进行自动测量的一种新型仪器。
一般包含高压电桥、高压试验电源和高压标准电容器三部分。
AI-6000利用变频抗干扰原理，采用傅立叶变化数字波形分析技术，对标准电流和试品电流进行计算，抑制干扰能力强，测量结果准确稳定。
国内常见高压介质损耗测量仪有：
型 号
生产厂家
性 能
2816
Haefely
高压输出12kV/200mA,介损误差1％±0.0001（抗干扰方式、指标不祥，估计是移相）,正反接线方式，C/L/R测量，总重量104kg。
M4000
DOBLE
高压输出10kV/300mA,介损误差1％±0.0004（变频抗干扰，20倍）,正反接线方式，C/L/R测量，笔记本＋WINDOWS，45～70Hz，重量66kg。
AI-6000
泛华电子
10kV/200mA，介损误差1％±0.0004，变频法45～65Hz，抗干扰2：
1，正、反（含高、低压侧屏蔽）接线方式，CVT自激法，C/L/R测量，模拟西林电桥和电流比较仪电桥，试验室介损精度达到精密电桥标准，29kg。
7、外施
使用外部高压试验电源和标准电容器进行试验，对介损仪的示值按一定的比例关系进行计算得到测量结果的方法。
8、内施
使用介损仪内附高压电源和标准器进行试验，直接得到测量结果的方法。
9、正接线
用于测量不接地试品的方法，测量时介损仪测量回路处于地电位。
10、反接线
用于测量接地试品的方法，测量时介损仪测量回路处于高电位，他与外壳之间承受全部试验电压。
11、常用介损仪的分类
现常用介损仪有西林型和M型两种，QS1和AI-6000为西林型。
12、常用抗干扰方法
在介质损耗测量中常见抗干扰方法有三种：
倒相法、移相法和变频法。
AI-6000采用变频法抗干扰，同时支持倒相法测量。
13、准确度的表示方法
tgδ：
±（1%D+0.0004）
Cx：
±（1%C+1pF）
+前表示为相对误差，+后表示为绝对误差。
相对误差小表示仪器的量程线性度好，绝对误差小表示仪器的误差起点低。
校验时读数与标准值的差应小于以上准确度，否则就是超差。
14、抗干扰指标
抗干扰指标为满足仪器准确度的前提下，干扰电流与试验电流的最大比例，比例越大，抗干扰性能越好。
AI-6000在200%干扰（即I干扰/I试品≤2）下仍能达到上述准确度。
介损与频率的关系及变频测量原理
（泛华电子）
1、变频测量原理
干扰十分严重时，变频测量能得到准确可靠的结果。
例如用55Hz测量时，测量系统只允许55Hz信号通过，50Hz干扰信号被有效抑制，原因在于测量系统很容易区别不同频率，由下述简单计算可以说明选频测量的效果：
两个频率相差1倍的正弦波叠加到一起，高频的是干扰，幅度为低频的10倍：
Y=1.234sin（x+5.678°）+12.34sin（2x+87.65°）
在x=0/90/180/270°得到4个测量值Y0=12.4517，Y1=-11.1017，Y2=12.2075，Y3=-13.5576，计算A=Y1 -Y3=2.4559，B=Y0 -Y2=0.2442，则：
这刚好是低频部分的相位和幅度，干扰被抑制。
实际波形的测量点多达数万，计算量很大，结果反映了波形的整体特征。
2、频率和介损的关系
任何有介损的电容器都可以模拟成RC串联和并联两种理想模型：
（1） 并联模型
认为损耗是与电容并连的电阻产生的。
这种情况RC两端电压相等：
有功功率
，
无功功率
，
因此
并联模型
其中ω＝2πf，f为电源频率。
可见，如果用真正用一个纯电阻和一个纯电容模拟介损的话，它与频率成反比。
当R=∞时，没有有功功率，介损为0。
这种方法常用于试验室模拟10％以上的大介损，或用于制做标准介损器。
（2）串联模型
认为损耗是与电容串连的电阻产生的。
这种情况电路的电流相等：
有功功率
，
无功功率
，
因此
串联模型
由上分析可知，串联模型tgδ=2πfRC，并联模型tgδ=1/（2πfRC），R和C基本不变，f是变化量。
把45Hz、50Hz、55Hz分别代入公式，可看到tgδ分别随频率f成正比和反比。
如下图所示，f对完全正比和完全反比两种模型影响较大。
但实际电容器是多种模型交织的混合模型，此时f的影响就小。
3.实际电容试品：
（1）固定频率下测量
实际电容试品在一个固定频率下，即可以用串连模型也可以用并联模型表示。
例如50Hz下，下面两个电路对外呈现的特性完全一样：
不同的电桥测量这两个试品，其介损都是31.4％，但西林电桥（2801或QS1）测量的电容量是10000pF，电流比较仪电桥（如QS30）测量的电容量是9101.7pF。
这是因为2801电桥认为试品损耗是串连模型，QS30认为试品是并联模型。
通常认为并联模型更接近实际情况，这是因为有功电流穿过电极之间的绝缘层，更象是损耗电阻并联在电极之间，而电极本身电阻为零，没有损耗。
实际上当介损在10％以下时，这种电容量的差别是很小的。
（2） 变频测量
从事现场试验的专家都有这样的经验：
使用传统仪器，如QS1，在干扰严重的现场环境下测量介损，采用移相、倒相方法反复测量，仍无法使电桥平衡。
随着电压等级提高，干扰越来越严重。
这种情况下变频测量是一个很好的、甚至是唯一的选择。
变频测量的抗干扰能力比移相、倒相法提高一个数量级以上。
这好比两个电台在同一个频率上，很难将另一个信号抑制掉，但如果两个电台的频率不同，则很容易区分。
4、自动变频与50Hz等效
变频测量受到的唯一怀疑是频率的等效性。
按上述模型，介损是随频率变化的。
例如50Hz下1％的介损，采用55Hz测量。
串联模型的测量结果变成1.1％（正比），并联模型测量结果变成0.91%（反比）。
虽然这样的误差可能满足现场测量的要求，但误差还是偏大。
为了解决这个问题，我们首先提出了双变频测量原理：
在50Hz对称位置45Hz和55Hz各测量一次，然后将测量数据平均，使误差大大减小。
理论分析结果如下表所示：
模型
50Hz真实介损
45Hz测量介损
55Hz测量介损
平均
串连
1％
0．9％
1．1％
1％
并联
1％
1．111％
0．909％
1．010％
可见最大误差发生在并联模型，相对误差1％。
以上分析表明，采用双变频测量，即发挥了变频测量的高抗干扰能力，理论上的最大相对误差也小于1％，可以满足现场测量需要。
也可以采用47.5Hz、52.5Hz双变频测量，理论误差将减少到0.25％，但这时的抗干扰能力肯定不如45Hz、55Hz好。
实际测量显示，变频测量的数据十分稳定，重复性特别好。
试验室校验也显示了很好的精度指标。
目前变频测量的原理已经得到普遍认可。
高压电容电桥的基本工作原理
（泛华电子）
（1）西林电桥
调节R3、C4使电桥平衡，此时a、b两点电压相等，即R3、C4两端电压相等。
因为交流电路中电容阻抗为
。
电路中R4、C4的并联阻抗为两者倒数和的倒数
按阻抗元件分压原理，不难得到：
两边取倒数得：
按复数相等实部、虚部分别相等的规定得到
按串连模型介损定义：
由于R4是固定的可以从C4刻度盘上读出介损，通过R3、R4、Cn可以计算Cx。
采用这个原理的仪器有现场用的QS1、试验室用的2801等。
（2）M型电桥
将试品改为并联模型。
注意到Ir与Icx、Icn差90度：
调节R4使Uw最小。
这时IcnR4=IcxR3,Uw=IrR3，因此：
由于a、b间电压没有完全抵消，因此M型电桥也称为不平衡电桥。
Uw测量的是绝对值，小介损时电压很低，难以保证测量精度。
（3）数字电桥
数字电桥的测量回路还是一个桥。
R3、R4两端的电压经过A/D采样送到计算机，求得
:
进一步可求得试品介损和电容量。
数字电桥的最大优势在于：
可以实现自动测量，可以补偿所有原理性误差，没有复杂的机械调节部件，测量以软件为主，性能十分稳定。
测量介损时常用的抗干扰方法
（泛华电子）
1、干扰源
介损测量受到的主要干扰是感应电场产生的工频电流。
无论何种测量方式，它都会进入桥体：
一般介损仪都能抗磁场干扰，因为内部的升压变压器就是一个强烈的磁场干扰源。
2、倒相法
测量一次介损，然后将试验电源倒相180度再测量一次，然后取平均值。
倒相法是抗干扰最简单的方法，也是效果最差的方法。
因为两次测量之间干扰电流或试品电流的幅度会发生波动，会引起明显误差。
一般干扰电流不超过试验电流2％时，这种方法是很有效的。
3、移相法
一种方法是采用大功率移相电源，调整试验高压的相位，使试品电流与干扰电流方向相同或相反，这样干扰电流影响减小，再配合倒相测量，能大大提高测量精度。
另一种方法是采用小功率移相电源，从R3桥臂上抵消干扰电流，再配合倒相测量，能大大提高测量精度。
通常在升压之前先检测干扰电流的大小和方向，然后调整移相电源。
由于测量过程中无法再了解干扰的信息，因此测量过程中干扰或电源发生相位波动，仍会引起明显误差。
一般干扰电流不超过试验电流20％时，这种方法是很有效的。
4、变频法
干扰十分严重时，变频测量能得到准确可靠的结果。
例如用55Hz测量时，测量系统只允许55Hz信号通过，50Hz干扰信号被有效抑制，原因在于测量系统很容易区别不同频率，由下述简单计算可以说明变频测量的效果：
两个频率相差1倍的正弦波叠加到一起，高频的是干扰，幅度为低频的10倍：
Y=1.234sin（x+5.678°）+12.34sin（2x+87.65°）
在x=0/90/180/270°得到4个测量值Y0=12.4517，Y1=-11.1017，Y2=12.2075，Y3=-13.5576，
计算A=Y1 -Y3=2.4559，B=Y0 -Y2=0.2442，则：
这刚好是低频部分的相位和幅度，干扰被完全抑制。
变频测量时，仪器需要知道的唯一信息是干扰频率。
因为仪器供电频率就是干扰频率，整个电网的频率是一样的。
仪器在测量中可以动态实时跟踪干扰频率，将数字滤波器的吸收点时刻调整到干扰频率上。
而干扰信号的幅值和相位变化对这种测量是没有影响的。
表面泄漏或屏蔽不良引起正接线测量介质损耗减小的分析
（泛华电子）
用末端屏蔽法测量电磁式PT、正接线测量CT或变压器套管，有时会出现介损极小或负值的现象，这主要是绝缘受潮、表面泄漏或屏蔽不良引起的，可分析如下：
示意图
等效电路图
CX：
试品
C1：
高压端对瓷套的杂散电容
C2：
低压端对瓷套的杂散电容
R：
瓷套表面泄漏对地电阻
1：
为试验电压
2：
为仪器输入
这样，C1、C2、R形成T形网络，由于C1和R微分移相作用，使通过C2的电流超前，而使介损减小。
设1为外加电压U、2接地电位，流过2的电流为：
介质损耗因数为实部电流与虚部电流之比，由于第一项为负值，故介损因数减小。
以CX=120pF，C1=1pF，C2=0.1pF，R=1000MΩ，CX无介损，按上式计算，T形网络引起的附加介损为：
-0.025%
同理， 检修用脚手架及包装箱引起正接线测量介质损耗减小：
试品对包装箱形成杂散电容，也形成T型网络干扰。
解决方法：
1、擦干净瓷套表面的脏污。
2、在阳光下曝晒试品或加热烤干瓷套，变压器套管吹干中间三裙。
3、高压线尽量水平拉远，不要贴近瓷套表面。
4、改用末端加压法或常规法测量电磁式PT。
5、新设备吊装前试验时，一定要拆掉包装箱和脚手架，移开木梯，解开绳套。
做变压器套管时一定要放在套管架上试验，不能斜靠在墙上或躺放在地上。
为什么升压显示不到10kV--仪器防"容升效应"电压自校正技术的介绍
（泛华电子）
AI-6000介损测试仪在升压测量时，尤其是测量大容量试品（>1000P，如变压器试品），用户有时看到升不到10kV（如9.8kV、9.5kV）的现象，而测量结束后打印的测量电压已到10kV，这就是仪器启动了防“容升”电压自校正技术。
仪器内部升压变压器（L）和试品电容（C），形成了一个LC回路，回路内电压会抬高，这就是“容升效应”。
由于“容升效应”造成回路电压抬高，就使试品和仪器的工作电压>10kV，易造成绝缘击穿或参数变化，造成仪器损坏或测量结果误差。
仪器自动跟踪输出电压和回路电压，进行准确升压控制，对试品和仪器起到了有效的保护作用。
在CVT自激法做介损试验时“容升”现象更明显，由于CVT下节耦合电容的容量很大（>4万P），在二次侧升几伏电压，一次侧就能达到上千伏。
一定要严格监测一次侧（A点）电压小于3kV，二次侧电流小于6A。
所以AI-6000C、D两个型号在CVT测量时提供了高压电压、高压电流、低压电压和低压电流四个保护限制，根据这四个保护限制，AI-6000准确调制电压，确保试验仪器和设备的安全。
用AI-6000D做不拆高压引线的CVT自激法测量试验及电位
（泛华电子）
用AI-6000D做CVT自激法测量非常方便，可按下图接线。
如果C1是单节电容，母线不能接地；如果C1是多节电容，高压引线可不拆，母线也可接地，C11和C12可用常规正反接线测量，C13和C2用自激法测量。
一、接线方法如下图：
二、测量过程及电位
CVT自激法测量中，仪器先测量C13，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。
测C13时，高压线芯线和屏蔽带高压，CX线芯线和屏蔽都是低压。
测C2时，高压线芯线和屏蔽、CX线芯线和屏蔽都是低压。
三、为什么先测量C13，再测量C2
大家知道，C13电容量较小，约2万pF；c2电容量较大，至少4万pF；CN为50pF标准电容器。
测量C13时，C2和内CN串连当作标准电容器，根据电容串联公式C串=（C2CN）/（C2+CN），由于C2>>CN，C串≈CN，这样C2对测量结果影响较小，可忽略不计。
反之，如果先测C13，因C13容量较小，和内CN串连后，会把C13的介损加进去，造成标准臂介损增大，引起C2介损减小，造成测量误差。
四、自激法时高压线拖地会引起介损增大
自激法时高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起介损增大，可用细电缆连接高压插座与CVT试品并吊起。
上图蓝色框内为电缆拖地时附加杂散电容的RC串联模型，使δ点的电压UN超前变成UN'，相应的IN变成IN'，Ix相位不变，造成δ角增大，既介质损耗增大。
感兴趣的用户也可用公式推导出来。
用AI-6000C、D型介损测试仪做CVT自激磁测量
（泛华电子）
一、CVT测量的基本原理
电容式电压互感器（CVT）为叠装式结构，由于现场试验时叠装式CVT的电容分压器和电磁单元不能分开，给电容分压器的电容及介损测量造成了一定的困难。
CVT生产制造厂在CVT叠装前对电容分压器的电容及介损进行分体测量。
而对组装好的，将中压端子（A点）引出的CVT，可采用正接线直接测量，对没有抽头的CVT只能采用自激法测量。
500kVCVT示意图
二、CVT自激法测量时需要采取的保护措施
在CVT自激法做介损试验时，由于“回路谐振”和“容升效应”，绝对不能简单的用变比衡量一次侧电压。
CVT分压电容的容量很大（>4万P），在二次侧升几伏电压，一次侧就能达到上千伏。
一定要严格监测一次侧（A点）电压小于3kV，二次侧电流小于6A。
所以AI-6000C、D两个型号在CVT测量时提供了高压电压、高压电流、低压电压和低压电流四个保护限制，根据这四个保护限制，AI-6000准确调制电压，确保试验仪器和设备的安全。
三、CVT自激法介绍
1、传统CVT自激法：
需外接标准电容、低压激励电源和监控用电压电流表，具体接线参见高压试验规程。
2、用AI-6000C型做母线不接地CVT自激法测量
测量C1 测量C2
应注意，高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起误差，可用细电缆连接高压插座与CVT试品并吊起。
另外，考虑C2或C1与内Cn串联分压效应，其电容量可按下式校准：
其中Cc为校准经验值，包含了Cn及高压线对地电容的影响，其值可取110pF。
3.母线接地CVT自激法测量
如果母线接地，建议采用如下方法测量：
第一步，按图3.10.11.1接线，用“内Cn”方式测量C13：
测量C13接线 用C13作标准电容测量C2
应注意，高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起一些误差（表现为C13介损增加）。
可用细电缆连接高压插座与CVT试品并吊起。
为进一步补偿C2串入标准回路对C13影响，可按下式校准C13电容：
其中Cc为校准经验值，包含了Cn及高压线对地电容的影响，其值可取110pF。
第二步，按图3.10.11.2接线，用C13作标准电容器测量C2，测量前将C13的电容和介损置入仪器的外标准电容项中（参见3.3），并选择“外Cn”方式。
母线不接地时，也可以用这种接线方式测量。
4、用AI-6000D做CVT自激法测量
如果C1是单节电容，母线不能接地；如果C1是多节电容，高压引线可不拆，母线也可接地，C11和C12可用常规正反接线测量，C13和C2用自激法测量。
CVT自激法测量中，仪器先测量C1，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。
测C13时，高压线芯线和屏蔽带高压，CX线芯线和屏蔽都是低压。
测C2时，高压线芯线和屏蔽、CX线芯线和屏蔽都是低压。
应注意，高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起误差，可用细电缆连接高压插座与CVT试品并吊起。
四、正接线直接测量C1C2的串，介质损耗为负值或很小。
反接线直接测量C1C2的串，介质损耗为一大数
用正接线直接测量C1C2的串，电容量可以测出来，但电磁单元的杂散阻抗可以模拟成一个RC串联模型，使A点电压超前，也造成Ix超前向第二象限偏转，造成δ角减小变成δ'，如果偏过90°就造成负值。
同理，用反接线直接测量C1C2的串，在δ端反接线<3kV，介质损耗为一大数。
正接线直接测量C1C2的串的等效电路
Ix被移相变成Ix'
注意：
有些CVT铭牌标的电容量为C1、C2；而有些为C1、C1C2的串，可计算出：
C串=（C1C2）/（C1+C2）。
用AI-6000D做不拆高压引线的CVT自激法测量试验及电位
（泛华电子）
用AI-6000D做CVT自激法测量非常方便，可按下图接线。
如果C1是单节电容，母线不能接地；如果C1是多节电容，高压引线可不拆，母线也可接地，C11和C12可用常规正反接线测量，C13和C2用自激法测量。
一、接线方法如下图：
二、测量过程及电位
CVT自激法测量中，仪器先测量C13，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。
测C13时，高压线芯线和屏蔽带高压，CX线芯线和屏蔽都是低压。
测C2时，高压线芯线和屏蔽、CX线芯线和屏蔽都是低压。
三、为什么先测量C13，再测量C2
大家知
升级会员 