高壓標準電容器計量特性的校準

高壓標準電容器計量特性的校準

寧樑  沈宏  張熙弘  呂強

    高壓標準電容器作為測量高壓容性電器設備、絕緣材料的電容值及損耗角正切值(介質損耗因數)的一個重要計量標準器具，目前廣泛應用于電力系統、科研機構、變電所、發電廠、高電壓計量站及高壓電氣產品生產廠的試驗室。為確保高壓試驗數據準確，對高壓標準電容器進行校準是非常重要的。本文將從校準條件、校準項目和校準方法兩方面介紹對高壓標準電容器計量特性的校準。
   

一、校準條件

    1.環境條件
    (1)環境溫度:5℃～35℃；相對濕度:不大于70%。
    (2)校準地點周圍無其他電磁場干擾。
    (3)被校電容器在校準之前，需在規定的環境條件下放置24h以上。
    2.校準用標準器
    (1)高壓電容電橋
    高壓電容電橋的電容比率測量準確度等級應不低于0.05級，損耗角正切值(介質損耗因數)測量準確度等級應不低于0.5級。
    (2)標準電容器
    校準時所用標準電容器的電容實測值與標稱值誤差應不大于1%；額定電壓值應高于被校高壓標準電容器的額定電壓值；損耗角正切值和電容電壓系數應不大于1×10-5。
    (3)工頻高壓電源
    電源的電壓穩定度及頻率的穩定度，應能保證校準時讀數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應不大于5%；電源的頻率及輸出電壓幅值應能滿足校準時被校電容器工作頻率及工作電壓范圍，并能準確地調節到所測的校準點上。
    (4)電壓互感器及電容分壓器
    電壓互感器的允許誤差限應不大于±0.05%，電容分壓器的允許誤差限應不大于±0.1%，測量范圍應能滿足校準時被校電容器的工作電壓范圍。
    (5)數字電壓表
    數字電壓表的允許誤差限應不大于±0.1%；數字電壓表的頻率及測量范圍應滿足被校電容器的測量要求；數字電壓表的接入對被校電容器內附分壓比的影響應不大于其允許誤差限的1/15。
   

二、校準項目和校準方法

    1.校準項目
    校準項目包括交流耐壓試驗、電容分壓器分壓比誤差、電壓相關性、電容量誤差、損耗角正切值。
    2.校準方法
    (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、接地端之間進行交流(50Hz)耐壓試驗，之間施加110%(或根據用戶要求確定耐壓倍數)的電容器額定電壓，持續時間1min，應無擊穿和飛弧現象。
    (2)內附分壓器分壓比誤差的校準
    按圖1或圖2接線，測量時應在試驗電壓為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。試驗得到的測量數據按式(1)計算電容分壓器分壓比:
   

<CTSM>    圖1  電壓互感器為標準器的測量線路接線圖</CTSM>
   

<CTSM>    圖2  電容分壓器為標準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——數字電壓表V1的讀數，V；U2——數字電壓表V2的讀數，V。
    附帶有電容分壓器的電容器，測量結果應符合實測分壓比與額定分壓比之差的絕對值不大于1%額定分壓比的規定。
    (3)電壓相關性的校準
    電壓相關性測量采用比較線路，使用高壓標準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性:
   

<CTSM>    圖3  校準高壓標準電容器的接線圖</CTSM>
   
    式中:δ——電容量電壓相關性；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性:
    ΔD=D-D0  (3)
    式中:ΔD——損耗角正切值電壓相關性；D——測量點的損耗角正切；D0——10%UN下的損耗角正切值。
    測量應在電壓上升和下降時在規定的電壓百分點進行測量，測量結果:電容器在電壓上升或下降時電容值電壓相關性應不大于銘牌或證書給出的標稱電容電壓系數。
    電容器在電壓上升或下降時損耗角正切值電壓相關性應不大于銘牌或證書給出的標稱損耗角正切值。
    (4)電容量誤差和損耗角正切值的校準
    校準接線圖如圖3所示，電容器的電容量誤差校準在電壓為20%UN、40%UN、60%UN、80%UN、100%UN下進行測量。在交流耐壓試驗前后，高壓標準電容器的高、低電壓端子間測得的電容值與銘牌或證書給出的標稱電容值的偏差應不大于標稱值的±3%，其實測值的測量誤差應不大于±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下進行測量。測得的電容器損耗角正切值應不大于銘牌給出的標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，標準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、標準電容器、被校電容器、高壓電容電橋的接地端子應接地。把測量電壓升高到測量點，平衡電橋，記下X及D讀數，并計算CX值。
    根據實際使用情況，校準電容器的電容量誤差和損耗角正切值時，如果已知電壓相關性滿足技術要求，則可在較低電壓下進行校準，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】