基于S参数的电缆半导电层复介电常数测量

摘 要：高频脉冲在电缆中传播，半导电层占主要影响因素。针对半导电层频变参数复介电常数不易测取的难題，提出了一种基于二端口网络S参数测算方法，并研究了复介电常数的频变曲线。结果表明，二端S参数传输测量法可以精确稳定地测量半导电层的复介电常数，并表征高频脉冲传播的频变损耗特性。

关键词：电力电缆；局部放电；半导电层；复介电常数；矢量网络分析仪

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.037

电力电缆在电力系统输配电中有着广泛的应用，电缆内部缺陷时会产生高频信号，局部放电的测量[1]及信号分析[2]是评估电缆缺陷的重要手段。在高频段的脉冲传播特性中，电缆半导电层占主要地位，但国内外在研究脉冲信号在电缆电路中传播时均没有深入考虑半导电层复介电常数频变特性的影响[3]。国外一些学者总结出了复介电常数的经验模型，然而无论电缆模型中的复介电常数采用何种形式表示都是频域的复杂函数，所获得的复介电常数难以在时域进行求解[4]。

2)当a>60(时，ud波形每60(中有一段为零，ud波形不能出现负值3)带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120((3)晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示 ：表1 晶闸管及输出整流电压时段 i ii iii iv v vi 共阴级组中导通的晶闸管 vt1 vt1 vt3 vt3 vt5 vt5 共阴级组中导通的晶闸管 vt6 vt2 vt2 vt4 vt4 vt6 整流输出电压 ua-ub=uab ua-uc=uac ub-uc=ubc ub-ua=uba uc-ua=uca uc-ub=ucb2.2 三相桥式全控整流电路定量分析(1)当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60(时）的平均值为：(2)带电阻负载且a >60(时，整流电压平均值为：输出电流平均值为 ：id=ud/r(3)晶闸管承受最大正向电压为，为变压器二次线电压峰值，即urm=×110=269.4v⑷输出平均电压202.6，负载r为5欧姆，则输出电流id及触发角a，即id=ud／r=⑸电阻负载，电感触发角,则输出平均电压，即=128.7v2.3 参数设置⑴晶闸管参数桥臂数量：3缓冲电阻：1000欧姆缓冲电容：1e-6f晶闸管的内电阻:0.1欧姆晶闸管的内电感：1e-5h晶闸管正向管压降：1v⑵负载参数①电阻负载 电感l=0②电阻负载，电感2.4 保护电路电力电子装置可能的过电压——外因过电压和内因过电压，外因过电压主要来自雷击和系统操作过程等外因。一级emi电路用金属壳保护了起来，里面有一对儿y电容，其余emi电路都做在了pcb板子上，包含了两个x电容，两个差模电感，两个共模电感，一对儿y电容，一个保险管，一个浪涌吸收元件。

1 等效二端口网络测量原理

电缆传输线模型最早由STONE和BOGGS[6]提出，之后研究者在此基础上不断发展和改进，电缆几何模型如图1所示。其中，半导电层包括内半导电层、外半导电层和金属屏蔽层。本文只关注半导电层，电缆经剥层处理得到半导电层样品。复介电常数测量

3 实验测量与仿真验证

3.1 复介电常数测量

实验基于以上分析的测量方法及实验平台，选取两条不同长度（长度为7.3m，5.5m）、相同规格的电缆样品，经剥层处理后利用矢量网络分析仪及LCR测试仪测量电缆半导电层的复介电常数。为保证测量精度，每条电缆测试三次后取平均。样品电缆参数如表1所示，测量后经计算分别得到内、外半导电层及金属屏蔽层的复介电常数实、虚部随频率曲线如图5。

从图5可以看出，半导电层复介电常数的实、虚部均随频率变化，具有频变特性，且均随频率增加而减小并逐渐达到最小。随着频率增加，在高频段，复介电常数的实、虚部减小到几十至几百。在低频段，内、外半导电层及金属屏蔽层的实部数值相差不大；而虚部数值相差较大，达到102数量级，金属屏蔽层的虚部数值最大，内半导电层次之，外半导电层最小。低频范围内，半导电层复介电常数的虚部值曲线在双log坐标下斜率约为-1。