絕緣油介質損耗因數的測試方法

一、方法概要

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

二、測量儀器的選擇

除選擇一體化絕緣油介質損耗測試儀外，一般按以下原則進行選擇，但是一體化絕緣油介質損耗測試儀內損耗因數的測量儀器、電極杯、加熱器分別應滿足以下要求。

1.損耗因數的測量儀器

對于常規使用，可用具有介質損耗因數的分辨率為10-的交流(工頻)電橋，但最好采用當試樣電容為100pF時具有10-分辨率的電橋。

2.電極杯

同-電極杯能用來測量相對介電常數、介質損耗因數和體積電阻率，當進行精密測量時應使用三端電極杯。三端電極杯里有足以屏蔽測量電極的保護電極，通常將引線屏蔽層接到保護電極，洗凈烘干后的空杯損耗因數應接近零。

電極杯還應符合以下要求：

(1)電極杯應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。它還應能放在一個合適的恒溫浴箱或烘箱內，并能測量內電極溫度。

(2)用來制造電極杯的材料應無氣孔，能經受所要求的溫度，電極間的同軸度應不受溫度變化的影響。與試驗液體接觸的電極表面粗糙度應不低于0.16um，使之容易清洗。在試驗期間液體和電極之間應無化學作用，電極也不受清洗劑的影響。由不銹鋼制造的電極對試驗所有類型的絕緣液體都是良好的，不應用鋁及其合金做電極，因為它們會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點，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具有低的損耗因數、高的電阻率和足夠的機械強度。這些固體絕緣材料不應吸收試驗液體以及清洗劑，也不與它們發生物理化學作用。

通常認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)引線應使用屏蔽導線。為了抵抗外部電磁場的干擾，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，其結構見下圖。

電極杯的機構

1-高壓極(外電極)；2-測量極(內電極)；3-試驗油；4-測量極；5-定位槽；6一保護極(護環)；7-溫度計(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.試驗箱

應能保持溫度在規定值的±0.5℃以內，它可以由強制通風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。

試驗箱應有連接電極杯的屏蔽線，電極杯應很好地同接了地的箱殼絕緣。

4.烘箱

用以烘干電極杯、試樣、空杯的預熱，烘箱溫度應在0~300℃可調

5.玻璃器皿

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

三、試驗步驟

1.電極杯的準備

(1)清洗電極杯。測量絕緣油損耗因數時，對電極杯的清洗是最為重要的。因為絕緣油對極微小污染的影響都極為敏感，因此必須嚴格按照下述方法要點進行:

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。磨料顆粒和摩擦動作不應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。使用溶劑時應注意預防燃燒和對人體的毒性。憑經驗，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。清洗后的部件絕對禁止用手直接接觸，必須戴上清潔、不脫絨的手套，在烘箱內把油杯裝配起來，具體安裝步驟如下:

1)仔細地將絕緣柱12插入安裝體11上。

2)將帶有定位標記孔的護環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)在測量極2上仔細地插入絕緣柱，并把緊固螺帽10擰緊在測量極上，檢查絕緣柱是否均勻壓緊。

4)將護環上的定位標記孔和測量極上的定位標記孔對準后插入，輕輕地順時針轉動鎖緊電極。

5)將裝好測量極的安裝體，按定位標記孔的位置和高壓極上的定位標記孔對準后放入高壓極內輕輕地順時針轉動并鎖緊電極，避免用強力損傷絕緣柱。

(3)空杯檢驗(即空杯介損和空杯電容的測量)。為了檢驗電極是否干燥潔凈，通常要測量空杯的介質損耗因數值(應接近零)，并記錄空杯電容。

1)認準高壓極上鉑溫度傳感器位置，將整個測量電極對準導向槽緩慢輕便地推入加熱器的熱杯(試驗箱)中。

2)在高壓極加上電壓2000V，調節交流(工頻)電橋平衡。退下電壓，從電橋測量盤上讀取電容量和介質損耗因數值(此時以空氣為介質)。空杯的介質損耗因數值不得大于1x10-4(即tgδ≤0.01%)，空杯電容與上一次相比不應有明顯地變化。電極杯空杯檢驗不合格的，應重新進行清洗和裝配，直到空杯檢驗合格，記取合格電極杯的空杯電容。

(4)預熱空杯。將裝配好的空杯放到比規定的試驗溫度高5~10℃的試驗箱或烘箱里，使電極杯的內電極的溫度超過試驗溫度。

2.取樣

取樣時應按被試油樣的取樣方法標準進行，務必保證樣品不致污染受潮。

樣品應在容器中密封、避光保存，謹防受潮。樣品存放時間應盡可能短，一般不得超過兩星期。除有特殊要求外，在試驗前不再經過濾、于燥等處理。

3.試樣的準備

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

(2)傾斜容器并緩慢旋轉使樣品均勻。打開容器口用干凈的無絨布或細濾紙擦凈容器口。倒出一點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使試樣加熱到超過要求的試驗溫度5~10℃，在此溫度下保持時間不應超過 1h。

4.試樣注入電極杯

(1)當準備好的電極杯的內電極溫度超過試驗溫度時迅速取出電極杯，并將內電極提出(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。放入內電極，并兩次抬起和放下內電極以刷洗電極杯。再取出內電極，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溫度的試驗箱中，接好電路，并保證在15min 以內達到溫度平衡。

為保證在15min以內達到溫度平衡，首先要選擇好試樣、電極杯及試驗箱(若試驗箱采用加溫棒加熱，在試驗箱內沒有放入電極杯之前，為保護加熱棒不致過熱燒壞不能通電預熱)的預熱溫度，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面上聚集。

5.試驗溫度

除被試油樣另有規定外，一般試驗在90℃下進行。

6.介質損耗因數(tgδ)的測量

(1)試驗電壓。試驗采用50Hz電壓，規定電極施加的電壓為 1000V/mm。

(2)測量:

1)試樣注入電極杯后經15min后，內電極溫度與所要求的試驗溫度之差應不大于±1℃，此時開始測量介質損耗因數。注意，僅在測量時施加電壓。由于加熱時間對試驗結果有影響，因此應盡快完成測量。

2)測量完后立即倒出第一份試樣，并將第二份試樣注入電極杯進行測量。操作過程同第一次(但不必再刷洗)。兩次讀數之間的差別不應大于0.0001(加上兩個值中較大一個的 25%)。

3)如果不能滿足上述重復性要求，繼續對試樣進行測量，直到相鄰兩次讀數之差不超過0.0001加兩個值中較大一個的 25%為止，此時測得的結果才認為有效。

重復測量可以在同樣型式的另一電極杯中進行，但其重復性必須符合上述要求。

7.報告的編寫

取兩次有效測量中較小的一個值作為油樣的介質損耗因數。

報告中還應包括

(1)電極杯類型和以空氣為介質時的電容(即空杯電容)；

(2)試驗電壓及電極間隙

(3)試驗溫度；

(4)測量次數及每個結果。

四、測試要點

(1)絕緣油的介質損耗因數測量時與電壓無關。一般在電壓較低的情況進行測量時，電壓對介質損耗因數的影響不明顯。而當電場強度過高時則因電極的二次效應、試樣放電等原因，會造成測試值明顯偏大。因此，規定電極施加的電壓為 1000V/mm。

(2)測量時與試驗電壓的頻率有關，介質損耗因數的變化是頻率的函數，即tgδ隨頻率的變化而變化。一般測量tgδ用頻率為50Hz較合適。

(3)與測量時的溫度有關，因為絕緣油的電導是隨著溫度而變化，當溫度升高時，油的電導隨之增大，泄漏電流也會增大，而介質損耗因數也增大，故測量時溫度要恒定在 90±1℃。

(4)測量儀器放置地點應無強電磁場干擾和機械振動。

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

(6)對試樣施加電壓至一定值時，在升壓過程中不應有放電現象。故升壓時要緩慢進行，不可突變其電壓，應以每秒升高 1/10 工作電壓的速度進行。

五、變壓器油質量標準

注：新油的質量標準依據GB 2536-2011《電工流體 變壓器和開關用的未使用過的礦物絕緣油》的技術要求；投入運行前的油和運行油的質量標準依據GB/T 7595-2017《運行中變壓器油質量》的技術要求。當標準版本變更時，應以有效版本為準。

六、介質損耗因數試驗的意義

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

新油中所含極性雜質少，所以介質損耗因數也甚微小，一般僅有0.01%~0.1%數量級；但由于氧化或過熱而引起油質老化時，或混入其他雜質時，所生成的極性雜質和帶電膠體物質逐漸增多，介質損耗因數也就隨之增加，在油的老化產物甚微，用化學方法尚不能察覺時，介質損耗因數就已明顯的分辨出來。因此，介質損耗因數的測定是變壓器油檢驗監督的常用手段，具有特殊的意義。

從上可知，絕緣油的介質損耗因數的測量能在很大程度上反映油的品質好壞，決定是否可以繼續參加運行，但還需與其他參數配合。這是因為:油中的水分是影響介質損耗值的重要因素。一般說來，因水分造成介質損耗的增大，是基于油的電導值的增大。正是因為這個原因，油的介質損耗因數的測量不能作為獨立的項目，而必須與油的化學安定度及其他物理、化學性質一起，方能決定油是否受潮或有雜質，最后作出是否真正劣化的結論，然后再作出更換或過濾處理的決定。