GB1409-2006固體絕緣材料介電常數(shù)試驗(yàn)儀

一、概述：

主要用于測量高壓工業(yè)絕緣材料的介質(zhì)損失角的正切值及電容量。測量電容器、互感器、變壓器、絕緣紙、電容器薄膜等各種電工油及各種固體絕緣材料在工頻高壓下的介質(zhì)損耗（tgδ）和電容量（ Cx），其測量線路采用“正接法”即測量對(duì)地絕緣的試品。由于電橋內(nèi)附有一個(gè)2500KV的高壓電源及一臺(tái)高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器，并將副橋和檢流計(jì)與高壓電橋有機(jī)的結(jié)合在一起，特別適應(yīng)測量各類絕緣油和絕緣材料的介損（tgδ）及介電常數(shù)（ε）。
▲橋體本身帶有5kV/100pF標(biāo)準(zhǔn)電容，測量材料介損更為方便。
▲橋體內(nèi)附電位跟蹤器及指另儀，外圍接線及少。
▲橋體采用了多樣化的介損測量線路。

GB1409-2006固體絕緣材料介電常數(shù)試驗(yàn)儀

二、遵守的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

高壓電橋主要用于測量高壓工業(yè)絕緣材料的介質(zhì)損失角的正切值及電容量。其采用了西林電橋的經(jīng)典線路。電橋由橋體、指另儀、跟蹤器組成，本電橋特別適用測量各類絕緣油和絕緣材料的介損（tgδ）及介電常數(shù)（ε）。介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀適用于科研單學(xué)、學(xué)校、工廠等單位對(duì)無機(jī)非金屬新材料性能的應(yīng)用研究。

《JJG563-2004高壓電容電橋檢定規(guī)程》

《JB1811-92壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器》

三、 技術(shù)指標(biāo)

3-1測量范圍及誤差。

本電橋的環(huán)境溫度為20±5℃，相對(duì)濕度為30%-80%條件下，應(yīng)滿足下列表中的技術(shù)指示要求。

在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）時(shí)。

測量項(xiàng)目 測量范圍 測量誤差。

電容量Cx 40pF—20000pF ±0.5% Cx±2pF。

介損損耗tgδ  0-1   ±1.5% tgδx±0.0001。

在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）時(shí)。

測量項(xiàng)目 測量范圍 測量誤差。

電容量Cx 4pF—2000pF ±0.5% Cx±3pF。

介損損耗tgδ  0-0.1 ±1.5% tgδx±0.0001。

3-2電橋測量靈敏度

電橋在使用過程中，靈敏度直接影響電橋平穩(wěn)衡的分辨程度，為保證測量準(zhǔn)確度，希望電橋靈敏度達(dá)到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測量電壓，標(biāo)準(zhǔn)電容量成正比。

在下面的計(jì)算公式中，用戶可根據(jù)實(shí)際情況估算出電橋靈敏度水平，在這個(gè)水平上的電容與介質(zhì)損耗因數(shù)的微小變化都能夠反應(yīng)出來。

ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx);

式中: U 為測量電壓 伏特 (V);

ω為角頻率2πf=314(50Hz);

Cn標(biāo)準(zhǔn)電容器容量 法拉(F);

Ig通用指零儀的電流5×10-10 安培(A);

Rg平衡指零儀內(nèi)阻約1500 歐姆(Ω);

R4橋臂R4阻值3183 歐姆(Ω);

Cx被測試品電容值 法拉(pF);

3-3工作電壓說明

在使用中，本電橋頂A，B對(duì)V點(diǎn)的電壓gao不超過11V，R3橋臂各盤的電流不超過下列規(guī)定：

10×1kΩ 1max≤15mA;

10×100Ω 1max≤120mA;

10×10Ω l max≤150mA;

用戶在使用前應(yīng)注意以上的問題。如不清楚，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)電壓及標(biāo)準(zhǔn)電容量，按以下公式來計(jì)算出大概的工作電流。

I=ω V C

3-4輔橋的技術(shù)特性：

不失真跟蹤電壓0～11V（有效值）

3-5指零裝置的技術(shù)特性：

在50Hz時(shí)電壓靈敏度不低于1×10-6V/格

電流靈敏度不低于2×10-9 A/格

二次諧波 減不小于25dB

三次諧波 減不小于50dB

四、 電橋工作原理

BQS-37a型高壓電橋采用典型的西林電橋線路。C4橋臂在基本量程時(shí)，與R4橋臂并聯(lián)，測量數(shù)值為正損耗因數(shù)。結(jié)構(gòu)采用了雙層屏蔽。并通過輔橋的輔助平衡，消除寄生參數(shù)對(duì)電橋平衡的影響。輔橋由電位自動(dòng)電位跟蹤器與內(nèi)層屏蔽（S）組成。自動(dòng)跟蹤器由電子元器件組成。它在橋頂B處取一輸入電壓，通過放大后，在內(nèi)屏蔽（S）產(chǎn)生一個(gè)與B電位相等的電壓。當(dāng)電橋在平衡時(shí)，A,B,S三點(diǎn)電位必然相等，從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤的目的。本電橋在平衡過程中，輔橋采用自動(dòng)電位跟蹤，在主橋平衡過程的同時(shí)，輔橋也自動(dòng)跟蹤始終處于平衡的狀態(tài)，用戶只要對(duì)主橋平衡進(jìn)行操作就能得到可靠的所需數(shù)據(jù)。同時(shí)也有效的抑制了電壓波動(dòng)對(duì)平衡所帶來的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺直觀，分辨清楚，克服了以往振動(dòng)式檢流計(jì)的缺點(diǎn)。

4-1 橋體的組成

電橋各臂的組成

*臂：由被測對(duì)象Cx組成Z1。

第二臂：由高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器Cn組成Z2。

第三臂：由十進(jìn)電阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）歐姆和滑線電阻（0-0.13）歐姆組成Z3。

第四臂：由十進(jìn)電容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可變電容器100pF組成C4再與電組R4并聯(lián)組成Z4。

4-2計(jì)算公式

Cx=R4×  Cn / R3 R4[Ω] R3[Ω] Cn[pF] Cx[pF]

tgδ=ω•R4•C4 R4[Ω] C4[F]

當(dāng)R4=10K/π

tgδ=C4

當(dāng)R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我們采取相對(duì)固定R4電阻，分別調(diào)節(jié)R3和C4使橋跟平衡，從而測得試品的電容值Cx和介質(zhì)損耗tg。本電橋?yàn)榱酥弊x出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。

4-3 公式說明

.頻率對(duì)介質(zhì)損耗正公式：

本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實(shí)際工作頻率偏離額定頻率時(shí)可用修正式進(jìn)行修正：

tg=f’•tgδ / f

式中：f 為額定工作頻率（f=50Hz）

f’ 為實(shí)際工作頻率

tgδ 電橋測得損耗值

tgδ 為被測試品介質(zhì)損耗角正切的實(shí)際值

五、安全操作規(guī)程

◆ 本儀器必須有專人負(fù)責(zé)保管，使用，非專職操作者應(yīng)在使用前了解和熟悉本說明書，以免造成不必要的損失和事故。

◆ 每次使用前應(yīng)仔細(xì)檢查接地線是否完好，確保以后方可通電使用。

◆ 接通電源前應(yīng)將靈敏度開關(guān)調(diào)到低位置。

◆ 測量試品前應(yīng)先對(duì)試品進(jìn)行高壓試驗(yàn)，證明在電橋工作電壓下無噪聲，電離等現(xiàn)象出現(xiàn)，然后才能進(jìn)行測試（若試品己做過高壓試驗(yàn)，該項(xiàng)可不必每次測量都做）。

◆ 對(duì)試品施加高壓時(shí)緩慢升高，不可以加突變電壓。

◆ 測試時(shí)操作人員必須集中思想，工作前做好一切準(zhǔn)備工作，測試地點(diǎn)周圍應(yīng)有明顯的標(biāo)記或金屬屏蔽圍成高壓危險(xiǎn)區(qū)，以防止非操作人員闖入。

◆ 在測量過程中，如有放電管發(fā)光時(shí)，則必須及時(shí)切斷電源，仔細(xì)檢查接線及試品都無擊穿，待檢查排除故障后，再進(jìn)行高壓測量工作。自動(dòng)跟蹤器由電子元器件組成。它在橋頂B處取一輸入電壓，通過放大后，在內(nèi)屏蔽（S）產(chǎn)生一個(gè)與B電位相等的電壓。當(dāng)電橋在平衡時(shí)，A,B,S三點(diǎn)電位必然相等，從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤的目的。本電橋在平衡過程中，輔橋采用自動(dòng)電位跟蹤，在主橋平衡過程的同時(shí)，輔橋也自動(dòng)跟蹤始終處于平衡的狀態(tài)，用戶只要對(duì)主橋平衡進(jìn)行操作就能得到可靠的所需數(shù)據(jù)。同時(shí)也有效的抑制了電壓波動(dòng)對(duì)平衡所帶來的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺直觀，分辨清楚，克服了以往振動(dòng)式檢流計(jì)的缺點(diǎn)。

2-1 橋體的組成

電橋各臂的組成

◆*臂：由被測對(duì)象Cx組成Z₁。

◆第二臂：由高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器Cn組成Z₂。

◆第三臂：由十進(jìn)電阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）歐姆和滑線電阻（0-0.13）歐姆組成Z₃。

◆第四臂：由十進(jìn)電容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可變電容器100pF組成C4再與電組R4并聯(lián)組成Z4。

2-2計(jì)算公式

Cx=R4× Cn / R3 R4[Ω] R3[Ω] Cn[pF] Cx[pF]

tgδ=ω·R4·C4 R4[Ω] C4[F]

當(dāng)R4=10K/π

tgδ=C4

當(dāng)R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我們采取相對(duì)固定R4電阻，分別調(diào)節(jié)R3和C4使橋跟平衡，從而測得試品的電容值Cx和介質(zhì)損耗tg。本電橋?yàn)榱酥弊x出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。

2-3 公式說明

.頻率對(duì)介質(zhì)損耗正公式：

本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實(shí)際工作頻率偏離額定頻率時(shí)可用修正式進(jìn)行修正：

tg=f^’·tgδ / f

式中：f 為額定工作頻率（f=50Hz）

f’ 為實(shí)際工作頻率

tgδ 電橋測得損耗值

tgδ 為被測試品介質(zhì)損耗角正切的實(shí)際值

六、安裝使用要求：

絕緣材料介損試驗(yàn)安裝圖，要求試片直徑大于100mm

成品試驗(yàn)前必須先做耐壓試驗(yàn)，然后才能做介損試驗(yàn)。

七、相關(guān)介紹

介電常數(shù)又稱電容率或相對(duì)電容率，是表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，常用ε表示。 介質(zhì)在外加電場時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷而削弱電場，原外加電場與終介質(zhì)中電場比值即為介電常數(shù)。其表示電介質(zhì)在電場中貯存靜電能的相對(duì)能力，例如一個(gè)電容板中充入介電常數(shù)為ε的物質(zhì)后可使其電容變大ε倍。介電常數(shù)愈小絕緣性愈好。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中，場的強(qiáng)度會(huì)在電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。介電常數(shù)還用來表示介質(zhì)的極化程度，宏觀的介電常數(shù)的大小，反應(yīng)了微觀的極化現(xiàn)象的強(qiáng)弱。氣體電介質(zhì)的極化現(xiàn)象比較弱，各種氣體的相對(duì)介電常數(shù)都接近1，液體、固體的介電常數(shù)則各不相同，而且介電常數(shù)還與溫度、電源頻率有關(guān)。一些物質(zhì)介電常數(shù)具有復(fù)數(shù)形式，其實(shí)部即為介電常數(shù)，虛數(shù)部分常稱為耗散因數(shù)。通常將耗散因數(shù)與介電常數(shù)之比稱作耗散角正切，其可表示材料與微波的耦合能力，耗散角正切值越大，材料與微波的耦合能力就越強(qiáng)。

八、操作方法

8.1 測試前的準(zhǔn)備工作

①按圖（3）所示，連接標(biāo)準(zhǔn)電容Ｃｎ，與被測電容Ｃｘ，并且將標(biāo)準(zhǔn)電容與被測電容盡可能遠(yuǎn)離，以防止互相之間干擾。如選用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電容器，只需連接被測試品即可。②檢查周圍是否有強(qiáng)電磁場干擾，應(yīng)盡量避免。③檢查大地線是否牢靠，以保證操作人員的安全，應(yīng)檢查電橋上的（⊥）與大地是否接觸良好。④檢查電橋的靈敏度開關(guān)是否已回另位。⑤檢查試品的絕緣強(qiáng)度，應(yīng)符合大于2U+1的標(biāo)準(zhǔn)。

⑥對(duì)試品施加試驗(yàn)電壓。

8.2 試品的測試

①在不知道被測試品的大概容量及損耗時(shí)，可先施加少許的電壓，找到粗平衡點(diǎn)后，再把工作電壓升到所需的值，然后再尋找細(xì)平衡點(diǎn)。

②在測量時(shí)，靈敏度開關(guān)是按從小到大的規(guī)律來調(diào)節(jié)的。

③在測量時(shí)，R3開關(guān)時(shí)按從左至右的規(guī)律來調(diào)節(jié)的。

④在測量時(shí)，C4開關(guān)時(shí)按從右至左的規(guī)律來調(diào)節(jié)的。

⑤整個(gè)測量步絮：首先檢查接線無誤后，方可通電試驗(yàn)。第二升起試驗(yàn)電壓，并調(diào)節(jié)靈敏度開關(guān)，使UA表頭有明顯的指示。此時(shí)表明電橋沒有平衡。第三調(diào)節(jié)R3開關(guān)，順序從左至右。這時(shí)通過觀察表頭來觀察電橋的平衡狀況。如表頭已回另，可再加大靈敏度。應(yīng)總保持能明顯地觀察到調(diào)節(jié)R3時(shí)，電橋的平衡狀況。第四在某一點(diǎn)上用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)R3已無法使表頭再回到另位。這時(shí)可調(diào)節(jié)C4開關(guān)，順序時(shí)從右至左，把表頭指針調(diào)節(jié)到小位。第五用戶在調(diào)節(jié)C4到某一點(diǎn)時(shí)又會(huì)發(fā)現(xiàn)無法將指針調(diào)回另位。這時(shí)又要去調(diào)節(jié)R3開關(guān)，調(diào)節(jié)的位數(shù)是上一次調(diào)節(jié)R3的后位，然后又會(huì)出現(xiàn)第四點(diǎn)時(shí)的問題，又必須要調(diào)節(jié)C4開關(guān)．．．就這樣來回往復(fù)地調(diào)節(jié)R3和C4兩組開關(guān)，直至靈敏度開關(guān)大時(shí)，并指針回另。表明電橋已達(dá)到平衡。

⑥測量完畢后或在暫停測量時(shí)，應(yīng)將另儀的靈敏度開關(guān)降至“0”，再將測量電壓降至另并切斷電源開關(guān)，根據(jù)計(jì)算公式，算出被測試品的容量及介損值。

九、裝置成套性

十、液體介質(zhì)損耗測試附件

1）液體電極控溫儀

液體電極控溫儀是新一代的絕緣油測量電極的控溫智能化裝置，可與通用的圓柱型絕緣油電極配套使用。保證絕緣油在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)所需溫度，并能恒定較長時(shí)間，以便通過高壓電橋?qū)^緣油進(jìn)行介質(zhì)損耗因素（tgδ）、相對(duì)介電常數(shù)（er）進(jìn)行精密測量。本產(chǎn)品溫度顯示采用內(nèi)外溫同時(shí)顯示，加熱控制采用兩片單片機(jī)分別對(duì)內(nèi)、外加熱器進(jìn)行加熱控制?？刂七^程采用PID模糊邏輯控制，能*消除電網(wǎng)電壓、環(huán)境溫度變化等的影響，具有控溫超調(diào)量小、控溫速度快的優(yōu)點(diǎn)。溫度設(shè)置采用數(shù)字鍵盤輸入方式，使設(shè)定誤差真正達(dá)到零。輸入輸出都有光藕隔離。本產(chǎn)品還具有內(nèi)部硬件線路自我診斷功能，保證工作的安全、可靠。

2）主要技術(shù)指標(biāo)

測溫范圍：0～199。9℃

測溫精度：±1+0。1℃

控溫范圍：室溫～199。9℃

控溫穩(wěn)定度：±（1+0。1）℃

由室溫加熱至控溫值：≤60min

在控制溫度恒定時(shí)間：≤15min

加熱功率：<1000W（包括內(nèi)、外加熱器）

絕緣油介損測量電極（油杯）