計量論壇

高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器計量特性的校準(zhǔn)

寧樑  沈宏  張熙弘  呂強(qiáng)

    高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器作為測量高壓容性電器設(shè)備、絕緣材料的電容值及損耗角正切值(介質(zhì)損耗因數(shù))的一個重要計量標(biāo)準(zhǔn)器具，目前廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、科研機(jī)構(gòu)、變電所、發(fā)電廠、高電壓計量站及高壓電氣產(chǎn)品生產(chǎn)廠的試驗室。為確保高壓試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，對高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器進(jìn)行校準(zhǔn)是非常重要的。本文將從校準(zhǔn)條件、校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法兩方面介紹對高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器計量特性的校準(zhǔn)。
   

一、校準(zhǔn)條件

    1.環(huán)境條件
    (1)環(huán)境溫度:5℃～35℃；相對濕度:不大于70%。
    (2)校準(zhǔn)地點周圍無其他電磁場干擾。
    (3)被校電容器在校準(zhǔn)之前，需在規(guī)定的環(huán)境條件下放置24h以上。
    2.校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器
    (1)高壓電容電橋
    高壓電容電橋的電容比率測量準(zhǔn)確度等級應(yīng)不低于0.05級，損耗角正切值(介質(zhì)損耗因數(shù))測量準(zhǔn)確度等級應(yīng)不低于0.5級。
    (2)標(biāo)準(zhǔn)電容器
    校準(zhǔn)時所用標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容實測值與標(biāo)稱值誤差應(yīng)不大于1%；額定電壓值應(yīng)高于被校高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的額定電壓值；損耗角正切值和電容電壓系數(shù)應(yīng)不大于1×10-5。
    (3)工頻高壓電源
    電源的電壓穩(wěn)定度及頻率的穩(wěn)定度，應(yīng)能保證校準(zhǔn)時讀數(shù)的變化不大于被校電容器允許誤差的1/10；電壓波形的畸變系數(shù)應(yīng)不大于5%；電源的頻率及輸出電壓幅值應(yīng)能滿足校準(zhǔn)時被校電容器工作頻率及工作電壓范圍，并能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)到所測的校準(zhǔn)點上。
    (4)電壓互感器及電容分壓器
    電壓互感器的允許誤差限應(yīng)不大于±0.05%，電容分壓器的允許誤差限應(yīng)不大于±0.1%，測量范圍應(yīng)能滿足校準(zhǔn)時被校電容器的工作電壓范圍。
    (5)數(shù)字電壓表
    數(shù)字電壓表的允許誤差限應(yīng)不大于±0.1%；數(shù)字電壓表的頻率及測量范圍應(yīng)滿足被校電容器的測量要求；數(shù)字電壓表的接入對被校電容器內(nèi)附分壓比的影響應(yīng)不大于其允許誤差限的1/15。
   

二、校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法

    1.校準(zhǔn)項目
    校準(zhǔn)項目包括交流耐壓試驗、電容分壓器分壓比誤差、電壓相關(guān)性、電容量誤差、損耗角正切值。
    2.校準(zhǔn)方法
    (1)交流耐壓試驗
    用高壓試驗裝置對被校電容器的高壓電極與測量電極、屏蔽電極、接地端之間進(jìn)行交流(50Hz)耐壓試驗，之間施加110%(或根據(jù)用戶要求確定耐壓倍數(shù))的電容器額定電壓，持續(xù)時間1min，應(yīng)無擊穿和飛弧現(xiàn)象。
    (2)內(nèi)附分壓器分壓比誤差的校準(zhǔn)
    按圖1或圖2接線，測量時應(yīng)在試驗電壓為20%UN、50%UN、80%UN、100%UN下測量電容分壓器分壓比，UN為被校電容器的額定電壓。如果用戶有要求，可以使用降低的額定電壓試驗。試驗得到的測量數(shù)據(jù)按式(1)計算電容分壓器分壓比:
   

<CTSM>    圖1  電壓互感器為標(biāo)準(zhǔn)器的測量線路接線圖</CTSM>
   

<CTSM>    圖2  電容分壓器為標(biāo)準(zhǔn)器的測量線路接線圖</CTSM>
   
    式中:γ——電容分壓器分壓比；K——電壓互感器比值(或電容分壓器分壓比)；U1——數(shù)字電壓表V1的讀數(shù)，V；U2——數(shù)字電壓表V2的讀數(shù)，V。
    附帶有電容分壓器的電容器，測量結(jié)果應(yīng)符合實測分壓比與額定分壓比之差的絕對值不大于1%額定分壓比的規(guī)定。
    (3)電壓相關(guān)性的校準(zhǔn)
    電壓相關(guān)性測量采用比較線路，使用高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器與被校電容器通過高壓電容電橋測量，按圖3接線，測量時應(yīng)在試驗電壓為10%UN、20%UN、50%UN、80%UN、100%UN下測量電容比率，UN為被校電容器的額定電壓。如果用戶有要求，可以使用降低的額定電壓試驗。試驗得到的電容比率測量示值按式(2)計算電容量電壓相關(guān)性:
   

<CTSM>    圖3  校準(zhǔn)高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的接線圖</CTSM>
   
    式中:δ——電容量電壓相關(guān)性；X——測量點的比率示值；X0——10%下的比率示值。
    試驗得到的損耗角正切值測量示值按式(3)計算損耗角正切值電壓相關(guān)性:
    ΔD=D-D0  (3)
    式中:ΔD——損耗角正切值電壓相關(guān)性；D——測量點的損耗角正切；D0——10%UN下的損耗角正切值。
    測量應(yīng)在電壓上升和下降時在規(guī)定的電壓百分點進(jìn)行測量，測量結(jié)果:電容器在電壓上升或下降時電容值電壓相關(guān)性應(yīng)不大于銘牌或證書給出的標(biāo)稱電容電壓系數(shù)。
    電容器在電壓上升或下降時損耗角正切值電壓相關(guān)性應(yīng)不大于銘牌或證書給出的標(biāo)稱損耗角正切值。
    (4)電容量誤差和損耗角正切值的校準(zhǔn)
    校準(zhǔn)接線圖如圖3所示，電容器的電容量誤差校準(zhǔn)在電壓為20%UN、40%UN、60%UN、80%UN、100%UN下進(jìn)行測量。在交流耐壓試驗前后，高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的高、低電壓端子間測得的電容值與銘牌或證書給出的標(biāo)稱電容值的偏差應(yīng)不大于標(biāo)稱值的±3%，其實測值的測量誤差應(yīng)不大于±0.05%。
    電容器高、低壓端子之間的損耗角正切值在電壓為20%UN、40%UN、60%UN、80%UN、100%UN下進(jìn)行測量。測得的電容器損耗角正切值應(yīng)不大于銘牌給出的標(biāo)稱值或證書給出的損耗角正切值。
    測量回路按高壓電橋說明書連接，標(biāo)準(zhǔn)電容器接高壓電橋的CN(或CS)端子，被校電容器接CX端子，高壓電源、標(biāo)準(zhǔn)電容器、被校電容器、高壓電容電橋的接地端子應(yīng)接地。把測量電壓升高到測量點，平衡電橋，記下X及D讀數(shù)，并計算CX值。
    根據(jù)實際使用情況，校準(zhǔn)電容器的電容量誤差和損耗角正切值時，如果已知電壓相關(guān)性滿足技術(shù)要求，則可在較低電壓下進(jìn)行校準(zhǔn)，但必須保證測量儀器有足夠的靈敏度。
    作者單位【沈陽計量測試院】