基本原理：手摇式绝缘电阻表原理及测量影响 factors

1.何谓“传输线”？

答：传输线是用来引导电磁波做定向传播的一种导波结构。所以，传输线又可称为波导。

2.何谓“导波”？

答：在传输线引导下定向传播的电磁波被称为导行电磁波，简称导波。

3.何谓“波型或模式”？

答：能够在波导中单独存在的电磁场结构或分布就称为波导中的波型或模式，简称波或模。通常按波型是否有场的纵向分量将其分为四种：TEM模、TE模、TM模和混合模。

4.何谓“TE模和TM模的波阻抗或波型阻抗”？

答：TE模和TM模的波阻抗或波型阻抗定义为波导中横向电场分量与横向磁场分量之比。

5.何谓“均匀波导”？

答：均匀波导即均匀传输线是假设为无限长的，传输线内只有沿轴线方向，即+Z轴方向传播的行波。但实际使用的传输线的长度总是有限的，其两端或是连接到某一个元件，或是连接到另一种传输线。

6.何谓“传输线的分布参数”？

答：传输线的分布电阻R（Ω/m）、分布导电G（S/m）、分布电感L（H/m）和分布电容C（F/m）就是传输线的分布参数。

7.何谓“无耗传输线”？

答：当分布电阻R、分布电导G可以忽略，对应的就是无耗传输线。

8.何谓“均匀传输线的特性阻抗”？

答：ZC与传输线本身结构及工作频率有关，且具有阻抗的量纲，被称为均匀传输线的特性阻抗。

9.为什么可以说特性阻抗ZC就是传输线上沿同一方向传播的电压和电流之比？

答：传输线的特性阻抗ZC是一个与波导中导行电磁波的波阻抗相类似的参数。既然波阻抗是沿同一方向传播的电磁波的横向电场与横向磁场之比，所以特性阻抗ZC就是传输线上沿同一方向传播的电压和电流之比。均匀传输线上的电压和电流均可看成是向负载方向传播的入射波和向信号源方向传播的反射波的叠加。

10.如何以无损线，即平行双线和同轴线为例说明波速V=光速？

（1）平行双线：

图1-1　平行双线

分布电容

分布电感

所以LC=με

（2）同轴线：

图1-2　同轴线

分布电容

分布电感

所以LC=με

综合（1）（2），且在真空中μ=μ0，ε=ε0，L=L0，C=C0，光速（因为μ0=4π×10-7H/m，

所以光速c

11.如图1-3所示，L1、L2分别为绝缘电阻表的电流绕组与电压绕组，二者绕向相反，固定在同一转轴上，并可带动指针旋转。由于没有弹簧游丝（即阻尼弹簧），指针没有反作用力矩。当绕组中没有电流时，指针可停在任一偏转角x位置。图中RU为分压电阻，RI为限流电阻，Rx为被试设备绝缘电阻。当测量某一试品Rx时，绕组L1、L2中分别流过电流I1和I2，产生的两个不同方向的转动力矩为

图1-3　手摇式绝缘电阻表原理接线图

图中：为手摇直流发电机，即电流。

上式中M1为I1与气隙磁场相互作用产生的转动力矩，M2为I2与气隙磁场相互作用产生反方向的力矩。

请问为何要设置两个绕组L1和L2呢？又为什么一个叫电流绕组，一个叫电压绕组呢？图中L1、RI支路和L2、RU支路是什么关系？

答：设置两个绕组L1和L2，是因为这样才能产生两个相反方向的转动力矩以相互制动达到平衡。若只有一个绕组，则只有一个转动力矩，绕组就会转个不停。一个叫电流绕组，一个叫电压绕组，是因为一个绕组是串在测量回路中的，一个是并在电源两端的。由图1-3可见，电流绕组L1和限流电阻RI支路及电压绕组L2和分压电阻RU支路并联。

12.为什么说一般绝缘电阻表的容量较小，测得的大容量设备的绝缘电阻一般准确性都较低？

答：高压兆欧表的容量泛指仪表对容性试品的充电能力，常用短路电流指标衡量（也即绝缘电阻表最大输出电流。高压兆欧表的短路电流定义为仪表LE端钮短路时，仪表所能输出的电流值）。在比较绝缘电阻测量结果时，不应忽视兆欧表容量的影响。这是因为兆欧表容量不同，则试品电容分量充电至稳定值所需的时间也不同，并影响测试电压在试品上的建立时间，从而使得试品内部的介质极化强度不同，试品视在绝缘电阻值、吸收比或极化指数的读测值也将出现差异。

13.何谓“泄漏电流”？

答：泄漏电流是电介质中少量带电粒子在电场（电压）作用下形成的电导电流。这种电导电流是很小的（为此冠以“泄漏”的名称），但在高压电下可达到被检测出的数值。

14.如何理解“tanδ是反映绝缘介质损耗大小的特性参数，与绝缘的体积大小无关”这句话？

图1-4　绝缘的等值电路

图1-5　tgδ—U关系曲线

答：由于tgδ是一项表示绝缘内功率损耗大小的参数，对于均匀介质，它实际上反映着单位体积介质内的介质损耗，与绝缘的体积大小没有关系。这一点可以理解如下：在一定的绝缘的工作场强下，可以近似地认为绝缘厚度正比于U。当绝缘厚度一定，绝缘面积越大，其电容量越大，（即通过CX的电容电流分量）也越大，故ICX正比于绝缘面积，因此近似地认为绝缘体积正比于。由式（1-1）可知，tgδ反映单位体积中的介质损耗。

15.如何理解“如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则tanδ有时反映就不灵敏”？

答：被试绝缘的体积越大，或集中性缺陷所占的体积越小，那么集中性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗中的比重就越小，而一般几乎是不变的，故由式（1-1）可知，tgδ增加得也越少，这样，测tgδ法就不灵敏。对于像电机、电缆这类电气设备，由于运行中故障多为集中性缺陷发展所致，而且被试绝缘的体积较大，tgδ法效果就差了。因此，通常对运行中的电机、电缆等设备进行预防性试验时，便不做这项试验。相反，对于套管或互感器绝缘，tgδ试验就是一项必不可少而且是比较有效的试验。因为套管的体积小，tgδ法不仅可以反映套管绝缘的全面情况，而且有时可以检查出其中的集中性缺陷。

16.当把设备绝缘看成如图1-6所示的两个电介质串联所组成的电路，那么所测得的tanδ值等于多少？

答：(www.xing528.com)

同理

图1-6　两个电介质串联

17.当把设备绝缘看成如图1-7所示的n个电介质串联所组成的电路，那么所测得的tanδ值等于多少？

图1-7　n个电介质串联

答：图1-7是n个电介质串联的电路，总损耗P=P1+P2+…+Pn，将P=U2ωCtanδ代入得

∴Utanδ=U1tanδ1+U2tanδ2+…+Untanδn

∴tanδ=(U1/U)tanδ1+(U2/U)tanδ2+…+(Un/U)tanδn

又∵Un/U=因为很小，可忽略。

18.如图1-8所示，当QS1高压西林电桥（简称QS1电桥）平衡时检流计G中电流I·g=O，各桥臂复数阻抗值应满足Z3ZN=Z4ZX，为什么？

图1-8　QS1电桥的原理接线

式中：ZX——被试品绝缘的等值阻抗；

　　Z4——R4与C4并联的等值复阻抗；

　　Z3——R3;

　　ZN——CN。

19.什么叫“非自持放电”？

答：在电场强度达到击穿场强Em之前的某个场强E2（称为起始游离场强，相应电压为起始游离电压），碰撞电离过程即开始发生了，即气体的放电过程开始了，但此时若将外界电离因素取消，气体的放电将逐渐减弱，直到最后停止。这种放电称为非自持放电。

20.为什么QS1电桥正接线时，电桥处于低电位？

答：因为正接线时，由于上面两个臂CX、CN的阻抗很大，电压主要降在上臂，下臂对地电位很小，所以操作人员在平衡电桥时所接触的R3、C4等测量部分的元件处于低电位，没有触及高压的危险。反接线中，电桥各臂和部件都处于高电压。

21.为何潮湿的木块相当于一只大电容C？

答：电容器的电容量C=εrS/4πkd=εS/d，ε为极板间介质的介电常数，εr为相对介电常数，1/4πk就是真空介电常数ε0，S为极板面积，d为极板间距离，k为静电力常量，ε=εoεr。由此式可以看出C与ε成正比关系，所以水的介电常数高达81，潮湿的木块相当于一只大电容C。

22.为何要求在用QS1电桥测量电压互感器的介质损耗因数时，高压引线与互感器的夹角应不小于90°？

答：高压引线离瓷套过近，引线对电容芯的较大分布电容，将会增大瓷套表面潮污对介损测量的正误差（测量值大于真值叫正误差）。因此，在潮污情况下测量，高压引线与套管的夹角应尽量大（力争大于90°）。

23.QS1西林电桥分流器的位置由什么决定？

答：QS1西林电桥分流器的位置由被试品电容量决定：分流器位置在0.01档时，CX一般在3000pF以下；分流器位置在0.025档时，CX一般在8000pF以下；分流器位置在0.06档时，CX一般在19400pF以下；分流器位置在0.15档时，CX一般在48000pF以下；分流器位置在1.25档时，CX一般在40000pF经下。

24.如何增大QS3高压西林电桥的灵敏度？

答：QS3电桥灵敏度取决于设定R3电阻、C4电容时，a、b两点电位相应变化的大小，即取决于R3、C4上的电压降的大小。经过缜密分析，提高电阻R3、R4上的电压降，可增大QS3高压西林电桥的灵敏度。

25.交流耐压试验的加压方法有几种？

答：三种。（1）工频（45～65Hz）耐压试验；（2）感应耐压试验，又分为工频感应耐压试验和倍频（100～400Hz）感应耐压试验；（3）冲击电压试验，又分为操作波冲击电压试验和雷电冲击电压试验。

26.交流耐压试验中，为什么要求调压器的容量与试验变压器的容量相同？

答：防止烧坏调压器。

27.为何在进行交流耐压试验时，如果被试品电容量较小，如油断路器、瓷绝缘、绝缘用具等，试验电压可在低压侧测量，而如果被试品的电容量较大及对电压幅值及波形要求较高时，试验电压必须在高压侧测量？

答：因为“容升现象”的存在。

28.倍频电源的产生方式有几种？

答：（1）倍频电源可采用2～4倍频的试验发电机组或可控硅逆变装置，后者由于输出容量限制和技术的复杂而未能普遍推行。（2）现场还可利用变压器的铁磁特性，在过激磁状态下产生大功率的三次谐波电压作为试验电源。

29.倍频感应耐压试验的原理是什么？

答：变压器感应电动势公式为

E=kfB

式中：E——感应电动势，V；

　　k——比例常数，k=4.44ns；

　　f——频率，Hz；

　　B——磁通密度，T。

由上式可知，要使磁通密度B不变，电压（感应电动势E）增加1倍，k为常数，则只有f增加1倍。所以为了使在工频额定电压下铁芯仍不饱和，可将电源频率提高额定频率的2倍以上，即不小于100Hz。考虑铁芯中损耗随频率上升而显著增加的缘故，一般感应耐压试验频率为100Hz、150Hz、200Hz，是工频的整数倍，所以也称为倍频感应耐压。

30.何谓“支撑变压器”？

答：支撑变压器是为感应耐压试验专门设计的变压器（如果现场试验条件可满足试验要求，可不采用），通常为单相，具有多种组合的变压比，相邻变压比之间差别不大，但整个调压范围很宽，以满足不同支撑电压与被试品感应电压同相位，因此支撑变压器和中间变压器通常采用同一电源。

31.何谓“实际放电量”？

答：在气隙中产生局部放电时，气隙中的一部分气体分子或原子被电离而形成正负带电质点，在一次放电中这些质点所带的正（或负）电荷总和称为实际放电量。