高压标准电容器计量特性的校准

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高压标准电容器计量特性的校准

宁樑  沈宏  张熙弘  吕强

    高压标准电容器作为测量高压容性电器设备、绝缘材料的电容值及损耗角正切值(介质损耗因数)的一个重要计量标准器具，目前广泛应用于电力系统、科研机构、变电所、发电厂、高电压计量站及高压电气产品生产厂的试验室。为确保高压试验数据准确，对高压标准电容器进行校准是非常重要的。本文将从校准条件、校准项目和校准方法两方面介绍对高压标准电容器计量特性的校准。
   

一、校准条件

    1.环境条件
    (1)环境温度:5℃～35℃；相对湿度:不大于70%。
    (2)校准地点周围无其他电磁场干扰。
    (3)被校电容器在校准之前，需在规定的环境条件下放置24h以上。
    2.校准用标准器
    (1)高压电容电桥
    高压电容电桥的电容比率测量准确度等级应不低于0.05级，损耗角正切值(介质损耗因数)测量准确度等级应不低于0.5级。
    (2)标准电容器
    校准时所用标准电容器的电容实测值与标称值误差应不大于1%；额定电压值应高于被校高压标准电容器的额定电压值；损耗角正切值和电容电压系数应不大于1×10-5。
    (3)工频高压电源
    电源的电压稳定度及频率的稳定度，应能保证校准时读数的变化不大于被校电容器允许误差的1/10；电压波形的畸变系数应不大于5%；电源的频率及输出电压幅值应能满足校准时被校电容器工作频率及工作电压范围，并能准确地调节到所测的校准点上。
    (4)电压互感器及电容分压器
    电压互感器的允许误差限应不大于±0.05%，电容分压器的允许误差限应不大于±0.1%，测量范围应能满足校准时被校电容器的工作电压范围。
    (5)数字电压表
    数字电压表的允许误差限应不大于±0.1%；数字电压表的频率及测量范围应满足被校电容器的测量要求；数字电压表的接入对被校电容器内附分压比的影响应不大于其允许误差限的1/15。
   

二、校准项目和校准方法

    1.校准项目
    校准项目包括交流耐压试验、电容分压器分压比误差、电压相关性、电容量误差、损耗角正切值。
    2.校准方法
    (1)交流耐压试验
    用高压试验装置对被校电容器的高压电极与测量电极、屏蔽电极、接地端之间进行交流(50Hz)耐压试验，之间施加110%(或根据用户要求确定耐压倍数)的电容器额定电压，持续时间1min，应无击穿和飞弧现象。
    (2)内附分压器分压比误差的校准
    按图1或图2接线，测量时应在试验电压为20%UN、50%UN、80%UN、100%UN下测量电容分压器分压比，UN为被校电容器的额定电压。如果用户有要求，可以使用降低的额定电压试验。试验得到的测量数据按式(1)计算电容分压器分压比:
   

<CTSM>    图1  电压互感器为标准器的测量线路接线图</CTSM>
   

<CTSM>    图2  电容分压器为标准器的测量线路接线图</CTSM>
   
    式中:γ——电容分压器分压比；K——电压互感器比值(或电容分压器分压比)；U1——数字电压表V1的读数，V；U2——数字电压表V2的读数，V。
    附带有电容分压器的电容器，测量结果应符合实测分压比与额定分压比之差的绝对值不大于1%额定分压比的规定。
    (3)电压相关性的校准
    电压相关性测量采用比较线路，使用高压标准电容器与被校电容器通过高压电容电桥测量，按图3接线，测量时应在试验电压为10%UN、20%UN、50%UN、80%UN、100%UN下测量电容比率，UN为被校电容器的额定电压。如果用户有要求，可以使用降低的额定电压试验。试验得到的电容比率测量示值按式(2)计算电容量电压相关性:
   

<CTSM>    图3  校准高压标准电容器的接线图</CTSM>
   
    式中:δ——电容量电压相关性；X——测量点的比率示值；X0——10%下的比率示值。
    试验得到的损耗角正切值测量示值按式(3)计算损耗角正切值电压相关性:
    ΔD=D-D0  (3)
    式中:ΔD——损耗角正切值电压相关性；D——测量点的损耗角正切；D0——10%UN下的损耗角正切值。
    测量应在电压上升和下降时在规定的电压百分点进行测量，测量结果:电容器在电压上升或下降时电容值电压相关性应不大于铭牌或证书给出的标称电容电压系数。
    电容器在电压上升或下降时损耗角正切值电压相关性应不大于铭牌或证书给出的标称损耗角正切值。
    (4)电容量误差和损耗角正切值的校准
    校准接线图如图3所示，电容器的电容量误差校准在电压为20%UN、40%UN、60%UN、80%UN、100%UN下进行测量。在交流耐压试验前后，高压标准电容器的高、低电压端子间测得的电容值与铭牌或证书给出的标称电容值的偏差应不大于标称值的±3%，其实测值的测量误差应不大于±0.05%。
    电容器高、低压端子之间的损耗角正切值在电压为20%UN、40%UN、60%UN、80%UN、100%UN下进行测量。测得的电容器损耗角正切值应不大于铭牌给出的标称值或证书给出的损耗角正切值。
    测量回路按高压电桥说明书连接，标准电容器接高压电桥的CN(或CS)端子，被校电容器接CX端子，高压电源、标准电容器、被校电容器、高压电容电桥的接地端子应接地。把测量电压升高到测量点，平衡电桥，记下X及D读数，并计算CX值。
    根据实际使用情况，校准电容器的电容量误差和损耗角正切值时，如果已知电压相关性满足技术要求，则可在较低电压下进行校准，但必须保证测量仪器有足够的灵敏度。
    作者单位【沈阳计量测试院】