圖1為在交流電壓作用下絕緣的等值電路和相量圖。由圖可見,流過(guò)介質(zhì)的電流由兩部分組成,即通過(guò)Cx的電容電流分量ICx,通過(guò)Rx的有I功電流分量IRx。通常ICx>>IRx,介質(zhì)損失角δ甚小。介質(zhì)中的功率損耗

tgδ為介質(zhì)損耗角的正切(或稱介質(zhì)損耗因數(shù)),一般均比較小。習(xí)慣上也有稱tgδ為介質(zhì)損耗角的。

通過(guò)測(cè)量tgδ,可以反映出絕緣的一系列缺陷,如絕緣受潮,油或浸漬物臟污或劣化變質(zhì),絕緣中有氣隙發(fā)生放電等。這時(shí),流過(guò)絕緣的電流中有功電流分量IRx增大了,tgδ也加大。需要指出的是:絕緣中存在氣隙這種缺陷,最好通過(guò)作tgδ與外加電壓的關(guān)系曲線tgδ=f(U)來(lái)發(fā)現(xiàn)。
例如對(duì)于發(fā)電機(jī)線棒,如果絕緣老化、氣隙較多、則tgδ=f(U)將呈現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折、如圖2所示。Uc代表氣隙開始放電時(shí)的外加電壓,從tgδ增加的陡度可反映出老化的程度。但對(duì)于變電設(shè)備來(lái)說(shuō),由于電橋電壓(2500~10000V)常遠(yuǎn)低于設(shè)備的工作電壓,因此tgδ測(cè)量雖可反映出絕緣受潮、油或浸漬物臟污、劣化變質(zhì)等缺陷,但難以反映出絕緣內(nèi)部的工作電壓下局部放電性缺陷。

由于tgδ是一項(xiàng)表示絕緣內(nèi)功率損耗大小的參數(shù),對(duì)于均勻介質(zhì),它實(shí)際上反映著單位體積介質(zhì)內(nèi)的介質(zhì)損耗,與絕緣的體積大小沒(méi)有關(guān)系。這一點(diǎn)可以理解如下:在一定的絕緣的工作場(chǎng)強(qiáng)下,可以近似地認(rèn)為絕緣厚度正比于U。當(dāng)絕緣厚度一定,絕緣面積越大,其電容量越大,ICx也越大,故ICX正比于絕緣面積。因此近似地認(rèn)為絕緣體積正比于U ICx。由式(1)進(jìn)一步可知,tgδ反映單位體積中的介質(zhì)損耗。
如果絕緣內(nèi)的缺陷不是分布性而是集中性的,則tgδ有時(shí)反映就不靈敏。被試絕緣的體積越大,或集中性缺陷所占的體積越小,那么集中性缺陷處的介質(zhì)損耗占被試絕緣全部介質(zhì)損耗中的比重就越小,而ICx一般幾乎是不變的,故由式(1)可知,tgδ增加得也越少,這樣,測(cè)tgδ法就不靈敏。
對(duì)于像電機(jī)、電纜這類電氣設(shè)備,由于運(yùn)行中故障多為集中性缺陷發(fā)展所致,而且被試絕緣的體積較大,tgδ法效果就差了。因此,通常對(duì)運(yùn)行中的電機(jī)、電纜等設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí),便不做這項(xiàng)試驗(yàn)。相反,對(duì)于套管或互感器絕緣,tgδ試驗(yàn)就是一項(xiàng)必不可少而且是比較有效的試驗(yàn)。因?yàn)樘坠艿捏w積小,tgδ法不僅可以反映套管絕緣的全面情況,而且有時(shí)可以檢查出其中的集中性缺陷。
當(dāng)被試品絕緣由不同的介質(zhì)組成,例如由兩種不同的絕緣部分并聯(lián)組成時(shí),則根據(jù)被試品總的介質(zhì)損耗為其兩個(gè)組成部分介質(zhì)損耗之和,而且被試品所受電壓即為各組成部分所受的電壓,由式(1)可得

因此

由式(2)可知,C2/Cx越小,則C2的缺陷(tgδ)增大)在測(cè)整體的tgδ時(shí)越難發(fā)現(xiàn),故對(duì)于可以分解為各個(gè)絕緣部分的被試品,常用分解進(jìn)行tgδ測(cè)量的辦法來(lái)更有效地發(fā)現(xiàn)缺陷。例如測(cè)變壓器tgδ時(shí),對(duì)套管的tgδ單獨(dú)進(jìn)行測(cè)量,可以有效地發(fā)現(xiàn)套管的缺陷,不然,由于套管的電容比繞組的電容小得多,在測(cè)量變壓器繞組連同套管的tgδ時(shí),就不易反映套管內(nèi)的絕緣缺陷。
在通過(guò)tgδ值判斷絕緣狀況時(shí),同樣必須著重于與該設(shè)備歷年的tgδ值相比較以及和處于同樣運(yùn)行條件下的同類型設(shè)備相比較。即使tgδ值未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn),但和過(guò)去比以及和同樣運(yùn)行條件的其他設(shè)備比,tgδ突然明顯增大時(shí),就必須進(jìn)行處理,不然常常會(huì)在運(yùn)行中發(fā)生事故。
