GB1409-2006固体绝缘材料介电常数试验仪

一、概述：

主要用于测量高压工业绝缘材料的介质损失角的正切值及电容量。测量电容器、互感器、变压器、绝缘纸、电容器薄膜等各种电工油及各种固体绝缘材料在工频高压下的介质损耗（tgδ）和电容量（ Cx），其测量线路采用“正接法”即测量对地绝缘的试品。由于电桥内附有一个2500KV的高压电源及一台高压标准电容器，并将副桥和检流计与高压电桥有机的结合在一起，特别适应测量各类绝缘油和绝缘材料的介损（tgδ）及介电常数（ε）。
▲桥体本身带有5kV/100pF标准电容，测量材料介损更为方便。
▲桥体内附电位跟踪器及指另仪，外围接线及少。
▲桥体采用了多样化的介损测量线路。

GB1409-2006固体绝缘材料介电常数试验仪

二、遵守的技术标准：

高压电桥主要用于测量高压工业绝缘材料的介质损失角的正切值及电容量。其采用了西林电桥的经典线路。电桥由桥体、指另仪、跟踪器组成，本电桥特别适用测量各类绝缘油和绝缘材料的介损（tgδ）及介电常数（ε）。介电常数介质损耗测试仪适用于科研单学、学校、工厂等单位对无机非金属新材料性能的应用研究。

《JJG563-2004高压电容电桥检定规程》

《JB1811-92压缩气体标准电容器》

三、 技术指标

3-1测量范围及误差。

本电桥的环境温度为20±5℃，相对湿度为30%-80%条件下，应满足下列表中的技术指示要求。

在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）时。

测量项目 测量范围 测量误差。

电容量Cx 40pF—20000pF ±0.5% Cx±2pF。

介损损耗tgδ  0-1   ±1.5% tgδx±0.0001。

在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）时。

测量项目 测量范围 测量误差。

电容量Cx 4pF—2000pF ±0.5% Cx±3pF。

介损损耗tgδ  0-0.1 ±1.5% tgδx±0.0001。

3-2电桥测量灵敏度

电桥在使用过程中，灵敏度直接影响电桥平稳衡的分辨程度，为保证测量准确度，希望电桥灵敏度达到一定的水平。通常情况下电桥灵敏度与测量电压，标准电容量成正比。

在下面的计算公式中，用户可根据实际情况估算出电桥灵敏度水平，在这个水平上的电容与介质损耗因数的微小变化都能够反应出来。

ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx);

式中: U 为测量电压 伏特 (V);

ω为角频率2πf=314(50Hz);

Cn标准电容器容量 法拉(F);

Ig通用指零仪的电流5×10-10 安培(A);

Rg平衡指零仪内阻约1500 欧姆(Ω);

R4桥臂R4阻值3183 欧姆(Ω);

Cx被测试品电容值 法拉(pF);

3-3工作电压说明

在使用中，本电桥顶A，B对V点的电压gao不超过11V，R3桥臂各盘的电流不超过下列规定：

10×1kΩ 1max≤15mA;

10×100Ω 1max≤120mA;

10×10Ω l max≤150mA;

用户在使用前应注意以上的问题。如不清楚，可根据实验电压及标准电容量，按以下公式来计算出大概的工作电流。

I=ω V C

3-4辅桥的技术特性：

不失真跟踪电压0～11V（有效值）

3-5指零装置的技术特性：

在50Hz时电压灵敏度不低于1×10-6V/格

电流灵敏度不低于2×10-9 A/格

二次谐波 减不小于25dB

三次谐波 减不小于50dB

四、 电桥工作原理

BQS-37a型高压电桥采用典型的西林电桥线路。C4桥臂在基本量程时，与R4桥臂并联，测量数值为正损耗因数。结构采用了双层屏蔽。并通过辅桥的辅助平衡，消除寄生参数对电桥平衡的影响。辅桥由电位自动电位跟踪器与内层屏蔽（S）组成。自动跟踪器由电子元器件组成。它在桥顶B处取一输入电压，通过放大后，在内屏蔽（S）产生一个与B电位相等的电压。当电桥在平衡时，A,B,S三点电位必然相等，从而达到自动跟踪的目的。本电桥在平衡过程中，辅桥采用自动电位跟踪，在主桥平衡过程的同时，辅桥也自动跟踪始终处于平衡的状态，用户只要对主桥平衡进行操作就能得到可靠的所需数据。同时也有效的抑制了电压波动对平衡所带来的影响。在指零部分，采用了指针式电表指示，视觉直观，分辨清楚，克服了以往振动式检流计的缺点。

4-1 桥体的组成

电桥各臂的组成

*臂：由被测对象Cx组成Z1。

第二臂：由高压标准电容器Cn组成Z2。

第三臂：由十进电阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）欧姆和滑线电阻（0-0.13）欧姆组成Z3。

第四臂：由十进电容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可变电容器100pF组成C4再与电组R4并联组成Z4。

4-2计算公式

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

tgδ=ω•R4•C4 R4[Ω] C4[F]

当R4=10K/π

tgδ=C4

当R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我们采取相对固定R4电阻，分别调节R3和C4使桥跟平衡，从而测得试品的电容值Cx和介质损耗tg。本电桥为了直读出损耗值，取电阻R4的阻值为角频率（f=50Hz）若干倍。

4-3 公式说明

.频率对介质损耗正公式：

本电桥额定的工作频率f=50Hz，在实际工作频率偏离额定频率时可用修正式进行修正：

tg=f’•tgδ / f

式中：f 为额定工作频率（f=50Hz）

f’ 为实际工作频率

tgδ 电桥测得损耗值

tgδ 为被测试品介质损耗角正切的实际值

五、安全操作规程

◆ 本仪器必须有专人负责保管，使用，非专职操作者应在使用前了解和熟悉本说明书，以免造成不必要的损失和事故。

◆ 每次使用前应仔细检查接地线是否完好，确保以后方可通电使用。

◆ 接通电源前应将灵敏度开关调到低位置。

◆ 测量试品前应先对试品进行高压试验，证明在电桥工作电压下无噪声，电离等现象出现，然后才能进行测试（若试品己做过高压试验，该项可不必每次测量都做）。

◆ 对试品施加高压时缓慢升高，不可以加突变电压。

◆ 测试时操作人员必须集中思想，工作前做好一切准备工作，测试地点周围应有明显的标记或金属屏蔽围成高压危险区，以防止非操作人员闯入。

◆ 在测量过程中，如有放电管发光时，则必须及时切断电源，仔细检查接线及试品都无击穿，待检查排除故障后，再进行高压测量工作。自动跟踪器由电子元器件组成。它在桥顶B处取一输入电压，通过放大后，在内屏蔽（S）产生一个与B电位相等的电压。当电桥在平衡时，A,B,S三点电位必然相等，从而达到自动跟踪的目的。本电桥在平衡过程中，辅桥采用自动电位跟踪，在主桥平衡过程的同时，辅桥也自动跟踪始终处于平衡的状态，用户只要对主桥平衡进行操作就能得到可靠的所需数据。同时也有效的抑制了电压波动对平衡所带来的影响。在指零部分，采用了指针式电表指示，视觉直观，分辨清楚，克服了以往振动式检流计的缺点。

2-1 桥体的组成

电桥各臂的组成

◆*臂：由被测对象Cx组成Z₁。

◆第二臂：由高压标准电容器Cn组成Z₂。

◆第三臂：由十进电阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）欧姆和滑线电阻（0-0.13）欧姆组成Z₃。

◆第四臂：由十进电容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可变电容器100pF组成C4再与电组R4并联组成Z4。

2-2计算公式

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

tgδ=ω·R4·C4 R4[Ω] C4[F]

当R4=10K/π

tgδ=C4

当R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我们采取相对固定R4电阻，分别调节R3和C4使桥跟平衡，从而测得试品的电容值Cx和介质损耗tg。本电桥为了直读出损耗值，取电阻R4的阻值为角频率（f=50Hz）若干倍。

2-3 公式说明

.频率对介质损耗正公式：

本电桥额定的工作频率f=50Hz，在实际工作频率偏离额定频率时可用修正式进行修正：

tg=f^’·tgδ / f

式中：f 为额定工作频率（f=50Hz）

f’ 为实际工作频率

tgδ 电桥测得损耗值

tgδ 为被测试品介质损耗角正切的实际值

六、安装使用要求：

绝缘材料介损试验安装图，要求试片直径大于100mm

成品试验前必须先做耐压试验，然后才能做介损试验。

七、相关介绍

介电常数又称电容率或相对电容率，是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场与终介质中电场比值即为介电常数。其表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力，例如一个电容板中充入介电常数为ε的物质后可使其电容变大ε倍。介电常数愈小绝缘性愈好。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。介电常数还用来表示介质的极化程度，宏观的介电常数的大小，反应了微观的极化现象的强弱。气体电介质的极化现象比较弱，各种气体的相对介电常数都接近1，液体、固体的介电常数则各不相同，而且介电常数还与温度、电源频率有关。一些物质介电常数具有复数形式，其实部即为介电常数，虚数部分常称为耗散因数。通常将耗散因数与介电常数之比称作耗散角正切，其可表示材料与微波的耦合能力，耗散角正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强。

八、操作方法

8.1 测试前的准备工作

①按图（3）所示，连接标准电容Ｃｎ，与被测电容Ｃｘ，并且将标准电容与被测电容尽可能远离，以防止互相之间干扰。如选用内部标准电容器，只需连接被测试品即可。②检查周围是否有强电磁场干扰，应尽量避免。③检查大地线是否牢靠，以保证操作人员的安全，应检查电桥上的（⊥）与大地是否接触良好。④检查电桥的灵敏度开关是否已回另位。⑤检查试品的绝缘强度，应符合大于2U+1的标准。

⑥对试品施加试验电压。

8.2 试品的测试

①在不知道被测试品的大概容量及损耗时，可先施加少许的电压，找到粗平衡点后，再把工作电压升到所需的值，然后再寻找细平衡点。

②在测量时，灵敏度开关是按从小到大的规律来调节的。

③在测量时，R3开关时按从左至右的规律来调节的。

④在测量时，C4开关时按从右至左的规律来调节的。

⑤整个测量步絮：首先检查接线无误后，方可通电试验。第二升起试验电压，并调节灵敏度开关，使UA表头有明显的指示。此时表明电桥没有平衡。第三调节R3开关，顺序从左至右。这时通过观察表头来观察电桥的平衡状况。如表头已回另，可再加大灵敏度。应总保持能明显地观察到调节R3时，电桥的平衡状况。第四在某一点上用户会发现，调节R3已无法使表头再回到另位。这时可调节C4开关，顺序时从右至左，把表头指针调节到小位。第五用户在调节C4到某一点时又会发现无法将指针调回另位。这时又要去调节R3开关，调节的位数是上一次调节R3的后位，然后又会出现第四点时的问题，又必须要调节C4开关．．．就这样来回往复地调节R3和C4两组开关，直至灵敏度开关大时，并指针回另。表明电桥已达到平衡。

⑥测量完毕后或在暂停测量时，应将另仪的灵敏度开关降至“0”，再将测量电压降至另并切断电源开关，根据计算公式，算出被测试品的容量及介损值。

九、装置成套性

十、液体介质损耗测试附件

1）液体电极控温仪

液体电极控温仪是新一代的绝缘油测量电极的控温智能化装置，可与通用的圆柱型绝缘油电极配套使用。保证绝缘油在规定时间内到达所需温度，并能恒定较长时间，以便通过高压电桥对绝缘油进行介质损耗因素（tgδ）、相对介电常数（er）进行精密测量。本产品温度显示采用内外温同时显示，加热控制采用两片单片机分别对内、外加热器进行加热控制。控制过程采用PID模糊逻辑控制，能*消除电网电压、环境温度变化等的影响，具有控温超调量小、控温速度快的优点。温度设置采用数字键盘输入方式，使设定误差真正达到零。输入输出都有光藕隔离。本产品还具有内部硬件线路自我诊断功能，保证工作的安全、可靠。

2）主要技术指标

测温范围：0～199。9℃

测温精度：±1+0。1℃

控温范围：室温～199。9℃

控温稳定度：±（1+0。1）℃

由室温加热至控温值：≤60min

在控制温度恒定时间：≤15min

加热功率：<1000W（包括内、外加热器）

绝缘油介损测量电极（油杯）