GBT1409-2006電氣絕緣材料介電常數測試儀

GBT1409-2006電氣絕緣材料介電常數測試儀

一、遵守的技術(shù)標準：

《JJG563-2004高壓電容電橋檢定規程》

《JB1811-92壓縮氣體標準電容器》

《GB1409-2006固體絕緣材料相對介電常數和介質(zhì)損耗因數的試驗方法》

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(xiàn)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(lèi)絕緣油和絕緣材料的介損（tgδ）及介電常數（ε）。介電常數介質(zhì)損耗測試儀適用于科研單學(xué)、學(xué)校、工廠(chǎng)等單位對無(wú)機非金屬新材料性能的應用研究。

GBT1409-2006電氣絕緣材料介電常數測試儀

二、   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。主要可以測量電容器、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(xiàn)路采用“正接法”即測量對地絕緣的試品。由于電橋內附有一個(gè)2500KV的高壓電源及一臺高壓標準電容器，并將副橋和檢流計與高壓電橋有機的結合在一起，特別適應測量各類(lèi)絕緣油和絕緣材料的介損（tgδ）及介電常數（ε）。
▲橋體本身帶有5kV/100pF標準電容，測量材料介損更為方便。
▲橋體內附電位跟蹤器及指另儀，外圍接線(xiàn)及少。
▲橋體采用了多樣化的介損測量線(xiàn)路。

三、   技術(shù)指標

2-1測量范圍及誤差。

本電橋的環(huán)境溫度為20±5℃，相對濕度為30%-80%條件下，應滿(mǎn)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。

2-2電橋測量靈敏度

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

在下面的計算公式中，用戶(hù)可根據實(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)損耗因數的微小變化都能夠反應出來(lái)。

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標準電容器容量 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);

2-3工作電壓說(shuō)明

在使用中，本電橋頂A，B對V點(diǎn)的電壓高不超過(guò)11V，R3橋臂各盤(pán)的電流不超過(guò)下列規定：

10×1kΩ 1max≤15mA;

10×100Ω 1max≤120mA;

10×10Ω l max≤150mA;

用戶(hù)在使用前應注意以上的問(wèn)題。如不清楚，可根據實(shí)驗電壓及標準電容量，按以下公式來(lái)計算出大概的工作電流。

I=ω V C

2-4輔橋的技術(shù)特性：

不失真跟蹤電壓0～11V（有效值）

2-5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(xiàn)路。C4橋臂在基本量程時(shí)，與R4橋臂并聯(lián)，測量數值為正損耗因數。結構采用了雙層屏蔽。并通過(guò)輔橋的輔助平衡，消除寄生參數對電橋平衡的影響。輔橋由電位自動(dòng)電位跟蹤器與內層屏蔽（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(guò)放大后，在內屏蔽（S）產(chǎn)生一個(gè)與B電位相等的電壓。

當電橋在平衡時(shí)，A,B,S三點(diǎn)電位必然相等，從而達到自動(dòng)跟蹤的目的。本電橋在平衡過(guò)程中，輔橋采用自動(dòng)電位跟蹤，在主橋平衡過(guò)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(hù)只要對主橋平衡進(jìn)行操作就能得到可靠的所需數據。同時(shí)也有效的抑制了電壓波動(dòng)對平衡所帶來(lái)的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺(jué)直觀(guān)，分辨清楚，克服了以往振動(dòng)式檢流計的缺點(diǎn)。

3-1 橋體的組成

電橋各臂的組成

*臂：由被測對象Cx組成Z1。

第二臂：由高壓標準電容器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(xiàn)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。

3-2計算公式

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

tgδ=ω•R4•C4 R4[Ω] C4[F]

當R4=10K/π

tgδ=C4

當R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我們采取相對固定R4電阻，分別調節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。本電橋為了直讀出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。

3-3 公式說(shuō)明

.頻率對介質(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、安裝使用要求：

絕緣材料介損試驗安裝圖，要求試片直徑大于100mm

成品試驗前必須先做耐壓試驗，然后才能做介損試驗。

六、安全操作規程

◆  本儀器必須有專(zhuān)人負責保管，使用，非專(zhuān)職操作者應在使用前了解和熟悉本說(shuō)明書(shū)，以免造成不必要的損失和事故。

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

◆  接通電源前應將靈敏度開(kāi)關(guān)調到低位置。

◆  測量試品前應先對試品進(jìn)行高壓試驗，證明在電橋工作電壓下無(wú)噪聲，電離等現象出現，然后才能進(jìn)行測試（若試品己做過(guò)高壓試驗，該項可不必每次測量都做）。

◆  對試品施加高壓時(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，工作前做好一切準備工作，測試地點(diǎn)周?chē)鷳忻黠@的標記或金屬屏蔽圍成高壓危險區，以防止非操作人員闖入。

◆  在測量過(guò)程中，如有放電管發(fā)光時(shí)，則必須及時(shí)切斷電源，仔細檢查接線(xiàn)及試品都無(wú)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(guò)放大后，在內屏蔽（S）產(chǎn)生一個(gè)與B電位相等的電壓。當電橋在平衡時(shí)，A,B,S三點(diǎn)電位必然相等，從而達到自動(dòng)跟蹤的目的。本電橋在平衡過(guò)程中，輔橋采用自動(dòng)電位跟蹤，在主橋平衡過(guò)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(hù)只要對主橋平衡進(jìn)行操作就能得到可靠的所需數據。同時(shí)也有效的抑制了電壓波動(dòng)對平衡所帶來(lái)的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺(jué)直觀(guān)，分辨清楚，克服了以往振動(dòng)式檢流計的缺點(diǎn)。

2-1 橋體的組成

電橋各臂的組成

◆*臂：由被測對象Cx組成Z₁。

◆第二臂：由高壓標準電容器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(xiàn)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計算公式

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

tgδ=ω·R4·C4 R4[Ω] C4[F]

當R4=10K/π

tgδ=C4

當R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我們采取相對固定R4電阻，分別調節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。本電橋為了直讀出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。

2-3 公式說(shuō)明

.頻率對介質(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

七、相關(guān)介紹

介電常數又稱(chēng)電容率或相對電容率，是表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個(gè)重要數據，常用ε表示。 介質(zhì)在外加電場(chǎng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生感應電荷而削弱電場(chǎng)，原外加電場(chǎng)與終介質(zhì)中電場(chǎng)比值即為介電常數。其表示電介質(zhì)在電場(chǎng)中貯存靜電能的相對能力，例如一個(gè)電容板中充入介電常數為ε的物質(zhì)后可使其電容變大ε倍。介電常數愈小絕緣性愈好。如果有高介電常數的材料放在電場(chǎng)中，場(chǎng)的強度會(huì )在電介質(zhì)內有可觀(guān)的下降。介電常數還用來(lái)表示介質(zhì)的極化程度，宏觀(guān)的介電常數的大小，反應了微觀(guān)的極化現象的強弱。氣體電介質(zhì)的極化現象比較弱，各種氣體的相對介電常數都接近1，液體、固體的介電常數則各不相同，而且介電常數還與溫度、電源頻率有關(guān)。一些物質(zhì)介電常數具有復數形式，其實(shí)部即為介電常數，虛數部分常稱(chēng)為耗散因數。通常將耗散因數與介電常數之比稱(chēng)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。

八、安全操作規程

●本儀器必須有專(zhuān)人負責保管，使用，非專(zhuān)職操作者應在使用前了解和熟悉本說(shuō)明書(shū)，以免造成不必要的損失和事故。

●每次使用前應仔細檢查接地線(xiàn)是否完好，確保以后方可通電使用。

●接通電源前應將靈敏度開(kāi)關(guān)調到低位置。

●測量試品前應先對試品進(jìn)行高壓試驗，證明在電橋工作電壓下無(wú)噪聲，電離等現象出現，然后才能進(jìn)行測試。

●對試品施加高壓時(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，工作前做好一切準備工作，測試地點(diǎn)周?chē)鷳忻黠@的標記或金屬屏蔽圍成高壓危險區，以防止非操作人員闖入。

●在測量過(guò)程中，如有放電管發(fā)光時(shí)，則必須及時(shí)切斷電源，仔細檢查接線(xiàn)及試品都無(wú)擊穿，待檢查排除故障后，再進(jìn)行高壓測量工作。

九、操作方法

9.1 測試前的準備工作

①按圖（3）所示，連接標準電容Ｃｎ，與被測電容Ｃｘ，并且將標準電容與被測電容盡可能遠離，以防止互相之間干擾。如選用內部標準電容器，只需連接被測試品即可。②檢查周?chē)欠裼袕婋姶艌?chǎng)干擾，應盡量避免。③檢查大地線(xiàn)是否牢靠，以保證操作人員的安全，應檢查電橋上的（⊥）與大地是否接觸良好。④檢查電橋的靈敏度開(kāi)關(guān)是否已回另位。⑤檢查試品的絕緣強度，應符合大于2U+1的標準。

⑥對試品施加試驗電壓。

9.2 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，然后再尋找細平衡點(diǎn)。

②在測量時(shí)，靈敏度開(kāi)關(guān)是按從小到大的規律來(lái)調節的。

③在測量時(shí)，R3開(kāi)關(guān)時(shí)按從左至右的規律來(lái)調節的。

④在測量時(shí)，C4開(kāi)關(guān)時(shí)按從右至左的規律來(lái)調節的。

⑤整個(gè)測量步絮：首先檢查接線(xiàn)無(wú)誤后，方可通電試驗。第二升起試驗電壓，并調節靈敏度開(kāi)關(guān)，使UA表頭有明顯的指示。此時(shí)表明電橋沒(méi)有平衡。第三調節R3開(kāi)關(guān)，順序從左至右。這時(shí)通過(guò)觀(guān)察表頭來(lái)觀(guān)察電橋的平衡狀況。如表頭已回另，可再加大靈敏度。應總保持能明顯地觀(guān)察到調節R3時(shí)，電橋的平衡狀況。第四在某一點(diǎn)上用戶(hù)會(huì )發(fā)現，調節R3已無(wú)法使表頭再回到另位。這時(shí)可調節C4開(kāi)關(guān)，順序時(shí)從右至左，把表頭指針調節到小位。第五用戶(hù)在調節C4到某一點(diǎn)時(shí)又會(huì )發(fā)現無(wú)法將指針調回另位。這時(shí)又要去調節R3開(kāi)關(guān)，調節的位數是上一次調節R3的后位，然后又會(huì )出現第四點(diǎn)時(shí)的問(wèn)題，又必須要調節C4開(kāi)關(guān)．．．就這樣來(lái)回往復地調節R3和C4兩組開(kāi)關(guān)，直至靈敏度開(kāi)關(guān)大時(shí)，并指針回另。表明電橋已達到平衡。

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

十、裝置成套性

十一、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。保證絕緣油在規定時(shí)間內到達所需溫度，并能恒定較長(cháng)時(shí)間，以便通過(guò)高壓電橋對絕緣油進(jìn)行介質(zhì)損耗因素（tgδ）、相對介電常數（er）進(jìn)行精密測量。本產(chǎn)品溫度顯示采用內外溫同時(shí)顯示，加熱控制采用兩片單片機分別對內、外加熱器進(jìn)行加熱控制?？刂七^(guò)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，具有控溫超調量小、控溫速度快的優(yōu)點(diǎn)。溫度設置采用數字鍵盤(pán)輸入方式，使設定誤差真正達到零。輸入輸出都有光藕隔離。本產(chǎn)品還具有內部硬件線(xiàn)路自我診斷功能，保證工作的安全、可靠。

2）主要技術(shù)指標

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、外加熱器）

絕緣油介損測量電極（油杯）

1）概述

絕緣油介損測量電極（俗稱(chēng)：油杯）是用于對各種電纜油，變壓器油，電容器油等液體絕緣材料的介質(zhì)損耗因數（tgδ），相對介電常數（εr）和直流電阻率（ρ）的精密測量。RY1型絕緣油介損測量電極在原理和結構上參考了IEC標準，與在我國廣泛應用的瑞士Tettex2930性能指標一樣。

本產(chǎn)品是一種帶有屏蔽保護極，極間距離為2mm圓柱形空氣電容器。它能有效地壓抑和消除雜散電容影響，提高測量精度。與我公司生產(chǎn)的YG122液體電極控溫儀配合使用時(shí)還能十分方便地沒(méi)量在規定溫度（室溫～180℃范圍內）的介質(zhì)損耗因數和介電常數。

2）主要技術(shù)指標

（1）兩極空間距離2mm；

（2）空杯電容量60±5p；

（3）測量電壓 工頻2000V；

（4）空杯tgδ ≤5*10-5；

（5）液體容量 約40cm3；

（6）電極材料 不銹鋼；

（7）體積240mm（直徑）*220mm（高）；

（8）重量 約10kg；

固體絕緣材料測試電極

1）概述

固體絕緣材料測試電極制造成平板型帶保護電極的三端式電容器，可以在加壓、加溫及抽真空條件下，配以高壓電容電橋在工頻電壓下對各類(lèi)固體絕緣材料（如聚苯乙烯，聚丙烯，電容紙、云母片等）的試品做介質(zhì)損耗因數及相對介電常數測量。

電極設計為平板型帶保護電極的三端式電容器，絕緣材料的介質(zhì)損耗角δ是由該絕緣材料作為介質(zhì)的電容器上所施加的電壓與流過(guò)該電容器的電流之間的相位差的余角。絕緣材料的介質(zhì)損耗因數是介質(zhì)損耗角δ的正切值tgδ當絕緣材料制成片狀試樣置于電極中間施加一定的壓力后，可視作由該絕緣材料作為介質(zhì)的電容器，電容量和介質(zhì)損耗因數的測量可在高壓電容電橋上進(jìn)行。絕緣材料的相對介電常數εr是電極間及其周?chē)目臻g全部充以絕緣材料時(shí)，電容器Cx與同樣構型的真空電容器Co之比:εr=Cx/Co

本電極配以RY2-2測溫控溫儀和真空泵可在加溫和充惰性氣體下測量。

2）主要性能參數

高壓電極直徑與表面積￠98mm（75.43cm2）

測量電極直徑與表面積￠70 mm（38.5 cm2）或￠50 mm（19.6 cm2）

電極材料不銹鋼1Cr13Ni9Ti

電極工作面精面面磨

電極間距不大于5 mm

電極加熱功率>2*500瓦

電極溫度180℃

加熱時(shí)間30分鐘

電極壓力0～1。0Mpa連續可調

測量電壓2000V，50Hz

真空度電極可抽真空至3*10-2 Mpa

尺寸重量長(cháng)×寬×高（mm）：400×300×400 重量15kg

固體絕緣材料測試電極

1）概述

本電極適用于固體電工絕緣材料如絕緣漆、樹(shù)脂和膠、浸漬纖制品、層壓制品、云母及其制品、塑料、電纜料、薄膜復合制品、陶瓷和玻璃等的相對介電常數（ε）與介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）的測試。本電極主要用于頻率在工頻50Hz下測量試品的相對介電常數（ε）和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）。本電極的設計主要是參照國標GB1409-78。

本電極采用的是三電極式結構，能有效的消除表面漏電流的影響，使測量電極下的電場(chǎng)趨于均勻電場(chǎng)。