绝缘油介质损耗因数的测试方法

一、方法概要

绝缘油介质损耗因数的测试方法是将放在专门电极杯里的被试油样加热到规定的试验温度后，施加一定大小的交流(工频)电压，用交流(工频)电桥测出被试油样内部流过的电流相量和电压相量之间的夹角φ(功率因数角)的余角(δ)的正切值，即介质损耗因数的过程。

二、测量仪器的选择

除选择一体化绝缘油介质损耗测试仪外，一般按以下原则进行选择，但是一体化绝缘油介质损耗测试仪内损耗因数的测量仪器、电极杯、加热器分别应满足以下要求。

1.损耗因数的测量仪器

对于常规使用，可用具有介质损耗因数的分辨率为10-的交流(工频)电桥，但最好采用当试样电容为100pF时具有10-分辨率的电桥。

2.电极杯

同-电极杯能用来测量相对介电常数、介质损耗因数和体积电阻率，当进行精密测量时应使用三端电极杯。三端电极杯里有足以屏蔽测量电极的保护电极，通常将引线屏蔽层接到保护电极，洗净烘干后的空杯损耗因数应接近零。

电极杯还应符合以下要求：

(1)电极杯应能容易地拆洗所有零件，能重新装配而不致明显地改变空杯的电容。它还应能放在一个合适的恒温浴箱或烘箱内，并能测量内电极温度。

(2)用来制造电极杯的材料应无气孔，能经受所要求的温度，电极间的同轴度应不受温度变化的影响。与试验液体接触的电极表面粗糙度应不低于0.16um，使之容易清洗。在试验期间液体和电极之间应无化学作用，电极也不受清洗剂的影响。由不锈钢制造的电极对试验所有类型的绝缘液体都是良好的，不应用铝及其合金做电极，因为它们会被碱性的洗净剂腐蚀。

电极表面上电镀不如镀一种金属材料好，但表面镀金、镍或铑，只要镀得好并保持无损也可满意地使用。在殷钢上镀铑是良好的，并有低的热膨胀的优点，也有采用在黄铜上镀镍或金和在不锈钢上镀镍的。

用来支撑电极的绝缘材料应具有低的损耗因数、高的电阻率和足够的机械强度。这些固体绝缘材料不应吸收试验液体以及清洗剂，也不与它们发生物理化学作用。

通常认为融熔石英是合适的绝缘材料，在三电极中可使用高频陶瓷。

(3)引线应使用屏蔽导线。为了抵抗外部电磁场的干扰，在电极外面要加一层接地的屏蔽套。

可用于低黏度液体(如变压器油等)及施加电压不高于2000V 的三端电极杯，其结构见下图。

电极杯的机构

1-高压极(外电极)；2-测量极(内电极)；3-试验油；4-测量极；5-定位槽；6一保护极(护环)；7-温度计(孔)；8-铂温度传感器；9-辅助加热棒；10-紧固螺帽；11-安装体；12-绝缘柱

3.试验箱

应能保持温度在规定值的±0.5℃以内，它可以由强制通风的烘箱或能控制温度并带有支撑电极杯的油浴箱或加热套组成。

试验箱应有连接电极杯的屏蔽线，电极杯应很好地同接了地的箱壳绝缘。

4.烘箱

用以烘干电极杯、试样、空杯的预热，烘箱温度应在0~300℃可调

5.玻璃器皿

采用由硼硅玻璃做的普通化学玻璃器皿。用于倒注试样的所有玻璃器皿应按要求洗净并充分干燥。

三、试验步骤

1.电极杯的准备

(1)清洗电极杯。测量绝缘油损耗因数时，对电极杯的清洗是最为重要的。因为绝缘油对极微小污染的影响都极为敏感，因此必须严格按照下述方法要点进行:

1)完一全拆卸电极杯。

2)彻一底洗涤所有组成零件，更换二次溶剂。

3)先用丙酮，然后用软性擦皂或洗净剂洗涤之。磨料颗粒和摩擦动作不应损伤金属表面粗糙度。

4)用5%的磷酸纳蒸馏水溶液煮沸至少5min，然后用蒸馏水洗几次。

5)用蒸馏水煮沸1h。

6)在 105~110℃的烘箱中烘干各零件60~90min。

7)电极洗净后，不要用手直接接触它们的表面，并注意将零件放置在清洁的面上，不要使其受潮气或灰尘的污染。使用溶剂时应注意预防燃烧和对人体的毒性。凭经验，使用去油污效果好的洗净剂用沸水多浸泡、洗涤几次，然后用自来水冲洗，最后用蒸馏水浸泡、冲洗几次一般亦能满足要求。

(2)装配电极杯。清洗后的部件绝对禁止用手直接接触，必须戴上清洁、不脱绒的手套，在烘箱内把油杯装配起来，具体安装步骤如下:

1)仔细地将绝缘柱12插入安装体11上。

2)将带有定位标记孔的护环6拧入安装体11并压紧绝缘柱，检查绝缘柱是否均匀压紧。

3)在测量极2上仔细地插入绝缘柱，并把紧固螺帽10拧紧在测量极上，检查绝缘柱是否均匀压紧。

4)将护环上的定位标记孔和测量极上的定位标记孔对准后插入，轻轻地顺时针转动锁紧电极。

5)将装好测量极的安装体，按定位标记孔的位置和高压极上的定位标记孔对准后放入高压极内轻轻地顺时针转动并锁紧电极，避免用强力损伤绝缘柱。

(3)空杯检验(即空杯介损和空杯电容的测量)。为了检验电极是否干燥洁净，通常要测量空杯的介质损耗因数值(应接近零)，并记录空杯电容。

1)认准高压极上铂温度传感器位置，将整个测量电极对准导向槽缓慢轻便地推入加热器的热杯(试验箱)中。

2)在高压极加上电压2000V，调节交流(工频)电桥平衡。退下电压，从电桥测量盘上读取电容量和介质损耗因数值(此时以空气为介质)。空杯的介质损耗因数值不得大于1x10-4(即tgδ≤0.01%)，空杯电容与上一次相比不应有明显地变化。电极杯空杯检验不合格的，应重新进行清洗和装配，直到空杯检验合格，记取合格电极杯的空杯电容。

(4)预热空杯。将装配好的空杯放到比规定的试验温度高5~10℃的试验箱或烘箱里，使电极杯的内电极的温度超过试验温度。

2.取样

取样时应按被试油样的取样方法标准进行，务必保证样品不致污染受潮。

样品应在容器中密封、避光保存，谨防受潮。样品存放时间应尽可能短，一般不得超过两星期。除有特殊要求外，在试验前不再经过滤、于燥等处理。

3.试样的准备

(1)将盛有样品的容器放在试验室内。试验室空气应洁净，相对湿度不超过 70%。

(2)倾斜容器并缓慢旋转使样品均匀。打开容器口用干净的无绒布或细滤纸擦净容器口。倒出一点试样冲洗容器口表面，然后将所需试样倒入带盖的锥形烧瓶中。

(3)将盛有试样的锥形烧瓶放入烘箱内使试样加热到超过要求的试验温度5~10℃，在此温度下保持时间不应超过 1h。

4.试样注入电极杯

(1)当准备好的电极杯的内电极温度超过试验温度时迅速取出电极杯，并将内电极提出(不要让它直接接触任何表面)。将一份加热过的试样注满电极杯，剩余的加热过的试样放回烘箱原位。放入内电极，并两次抬起和放下内电极以刷洗电极杯。再取出内电极，倒掉刷洗液并立即用第二份加热过的试样再注入电极杯。

(2)装好电极杯，并把它放入符合试验温度的试验箱中，接好电路，并保证在15min 以内达到温度平衡。

为保证在15min以内达到温度平衡，首先要选择好试样、电极杯及试验箱(若试验箱采用加温棒加热，在试验箱内没有放入电极杯之前，为保护加热棒不致过热烧坏不能通电预热)的预热温度，而且要迅速地完成(1)(2)两步操作。迅速操作不但可防止电极过分冷却，也可避免灰尘微粒在电极的湿润面上聚集。

5.试验温度

除被试油样另有规定外，一般试验在90℃下进行。

6.介质损耗因数(tgδ)的测量

(1)试验电压。试验采用50Hz电压，规定电极施加的电压为 1000V/mm。

(2)测量:

1)试样注入电极杯后经15min后，内电极温度与所要求的试验温度之差应不大于±1℃，此时开始测量介质损耗因数。注意，仅在测量时施加电压。由于加热时间对试验结果有影响，因此应尽快完成测量。

2)测量完后立即倒出第一份试样，并将第二份试样注入电极杯进行测量。操作过程同第一次(但不必再刷洗)。两次读数之间的差别不应大于0.0001(加上两个值中较大一个的 25%)。

3)如果不能满足上述重复性要求，继续对试样进行测量，直到相邻两次读数之差不超过0.0001加两个值中较大一个的 25%为止，此时测得的结果才认为有效。

重复测量可以在同样型式的另一电极杯中进行，但其重复性必须符合上述要求。

7.报告的编写

取两次有效测量中较小的一个值作为油样的介质损耗因数。

报告中还应包括

(1)电极杯类型和以空气为介质时的电容(即空杯电容)；

(2)试验电压及电极间隙

(3)试验温度；

(4)测量次数及每个结果。

四、测试要点

(1)绝缘油的介质损耗因数测量时与电压无关。一般在电压较低的情况进行测量时，电压对介质损耗因数的影响不明显。而当电场强度过高时则因电极的二次效应、试样放电等原因，会造成测试值明显偏大。因此，规定电极施加的电压为 1000V/mm。

(2)测量时与试验电压的频率有关，介质损耗因数的变化是频率的函数，即tgδ随频率的变化而变化。一般测量tgδ用频率为50Hz较合适。

(3)与测量时的温度有关，因为绝缘油的电导是随着温度而变化，当温度升高时，油的电导随之增大，泄漏电流也会增大，而介质损耗因数也增大，故测量时温度要恒定在 90±1℃。

(4)测量仪器放置地点应无强电磁场干扰和机械振动。

(5)油杯要干燥和洁净，装入试样时不能有气泡和杂质。各芯线与屏蔽间的绝缘要良好。

(6)对试样施加电压至一定值时，在升压过程中不应有放电现象。故升压时要缓慢进行，不可突变其电压，应以每秒升高 1/10 工作电压的速度进行。

五、变压器油质量标准

注：新油的质量标准依据GB 2536-2011《电工流体 变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》的技术要求；投入运行前的油和运行油的质量标准依据GB/T 7595-2017《运行中变压器油质量》的技术要求。当标准版本变更时，应以有效版本为准。

六、介质损耗因数试验的意义

介质损耗因数的测量作为一种有效手段，可判断油样的完好性，可以表明运行中油的脏污与劣化程度或者油的处理结果如何。有缺陷的油样常常可以通过其他的电气和化学试验，却难以通过本试验，

新油中所含极性杂质少，所以介质损耗因数也甚微小，一般仅有0.01%~0.1%数量级；但由于氧化或过热而引起油质老化时，或混入其他杂质时，所生成的极性杂质和带电胶体物质逐渐增多，介质损耗因数也就随之增加，在油的老化产物甚微，用化学方法尚不能察觉时，介质损耗因数就已明显的分辨出来。因此，介质损耗因数的测定是变压器油检验监督的常用手段，具有特殊的意义。

从上可知，绝缘油的介质损耗因数的测量能在很大程度上反映油的品质好坏，决定是否可以继续参加运行，但还需与其他参数配合。这是因为:油中的水分是影响介质损耗值的重要因素。一般说来，因水分造成介质损耗的增大，是基于油的电导值的增大。正是因为这个原因，油的介质损耗因数的测量不能作为独立的项目，而必须与油的化学安定度及其他物理、化学性质一起，方能决定油是否受潮或有杂质，最后作出是否真正劣化的结论，然后再作出更换或过滤处理的决定。