北京北广精仪仪器设备有限公司  

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一   概   述

  GB/T1409-2006变压器电容介质损耗测试仪是发电厂、变电站等现场或实验室测试各种高压电力设备介损正切值及电容量的高精度测试仪器。仪器为一体化结构，内置介损测试电桥，可变频调压电源，升压变压器和SF₆ 高稳定度标准电容器。测试高压源由仪器内部的逆变器产生，经变压器升压后用于被试品测试。频率可变为50Hz、47.5Hz\52.5Hz、45Hz\55Hz、60Hz、57.5Hz\62.5Hz、55Hz\65Hz，采用数字陷波技术，避开了工频电场对测试的干扰，从根本上解决了强电场干扰下准确测量的难题。同时适用于全部停电后用发电机供电检测的场合。该仪器配以绝缘油杯加温控装置可测试绝缘油介质损耗。

仪器主要具有如下特点：

l 超大液晶中文显示

操作简单，仪器配备了高端的全触摸液晶显示屏，超大全触摸操作界面，每过程都非常清晰明了，操作人员不需要额外的专业培训就能使用。轻轻点击一下就能完成整个过程的测量，是目前非常理想的智能型介损测量设备。

l 海量存储数据

仪器内部配备有日历芯片和大容量存储器，保存数据200组，能将检测结果按时间顺序保存，随时可以查看历史记录，并可以打印输出。

l 科学先进的数据管理

仪器数据可以通过U盘导出，可在任意一台PC机上查看和管理数据。

l 多种测试模式

仪器使用内高压、内标准的方式测试，正接法、反接法、自激法。

l CVT测试一步到位

该仪器还可以测试全密封的CVT（电容式电压互感器）C
1、C2的介损和电容量。

l 不拆高压引线测量CVT

仪器可在不拆除CVT高压引线的情况下正确测量CVT的介质损耗值和电容值。

l CVT反接屏蔽法测量C0

仪器可采用反接屏蔽法测量CVT上端C0的介质损耗值和电容值。

l 高速采样信号

仪器内部的逆变器和采样电路全部由数字化控制，输出电压连续可调。

l 多重保护安全可靠

仪器具备输入电压波动、高压电流、输出短路、电源故障、过压、过流、温度等多重保护措施，保证了仪器安全、可靠。仪器还具备设置接地检测功能，确保不接地设备不允许升压。

二  工作原理

   在交流电压作用下，电介质要消耗部分电能，这部分电能将转变为热能产生损耗。这种能量损耗叫做电介质的损耗。当电介质上施加交流电压时，电介质中的电压和电流间成在相角差ψ，ψ的余角δ称为介质损耗角，δ的正切tgδ称为介质损耗角正切。tgδ值是用来衡量电介质损耗的参数。仪器测量线路包括一标准回路（Cn）和一被试回路(Cx)，如图2—1所示。标准回路由内置高稳定度标准电容器与测量线路组成，被试回路由被试品和测量线路组成。测量线路由取样电阻与前置放大器和A/D转换器组成。通过测量电路分别测得标准回路电流与被试回路电流幅值及其相位差，再由数字信号处理器运用数字化实时采集方法，通过矢量运算得出试品的电容值和介质损耗正切值。仪器内部已经采用了抗干扰措施，保证在外电场干扰下准确测量。

三   主要技术参数

测量电气绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波波长在内)下电容率和介质损耗因数的推荐方法

范围

本标准规定了在15 Hz~300 MHz的频率范围内测量电容率,介质损耗因数的方法,并由此计算某些数值，如损耗指数。本标准中所叙述的某些方法,也能用于其他频率下测量。

本标准适用于测量液体、易熔材料以及固体材料。测试结果与某些物理条件有关,例如频率、温度、湿度,在特殊情况下也与电场强度有关。

有时在超过1000V的电压下试验,则会引起一些与电容率和介质损耗因数无关的效应,对此不予论述。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

IEC 60247:1978液体绝缘材料相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量

3术语和定义

3.1

下列术语和定义适用于本标准。

相对电容率relative permittivitye.

电容器的电极之间及电极周围的空间全部充以绝缘材料时,其电容Cx与同样电极构形的真空电容C之比一-相对电容率;

C一充有绝缘材料时电容器的电极电容:

C.真空中电容器的电极电容。

在标准大气压下,不含二氧化碳的干燥空气的相对电容率e,等于1.000 53。因此,用这种电极构形在空气中的电容C.来代替C。测量相对电容率ε,时,也有足够的精确度。

在一个测量系统中,绝缘材料的电容率是在该系统中绝缘材料的相对电容率e,与真空电气常数。的乘积。

在SI制中,电容率用法/米(F/m)表示。而且,在SI单位中,电气常数e为;

£。 8.854 x10'F/m;36*x10F/m在本标准中,用皮法和厘米来计算电容,真空电气常数为:

3.2

介质损耗角dielectric loss angle由绝缘材料作为介质的电容器上所施加的电压与由此而产生的电流之间的相位差的余角。

3.3

介质损耗因数"dielectric dissipation factor

tand

损耗角ð的正切。

3.4

[介质]损耗指数[dielectric]loss index

3.5

该材料的损耗因数tan8与相对电容率e，的乘积，复相对电容率complex relative permittivity由相对电容率和损耗指数结合而得到的:

4电气绝缘材料的性能和用途

4.1电介质的用途

电介质一般被用在两个不同的方面:

用作电气回路元件的支撑,并且使元件对地绝缘及元件之间相互绝缘:

用作电容器介质,

4.2影响介电性能的因素

下面分别讨论频丰、温度、湿度和电气强度对介电性能的影响。

4.2.1频率

因为只有少数材料如石英玻璃、聚苯乙烯或聚乙烯在很宽的频率范围内它们的e,和tanð几乎是恒定的,且被用作工程电介质材料,然而一般的电介质材料必须在所使用的频率下测量其介质损耗因数和电容率。

电容率和介质损耗因数的变化是由于介质极化和电导而产生,最重要的变化是极性分子引起的偶极子极化和材料的不均匀性导致的界面极化所引起的。

4.2.2温度

损耗指数在一个频率下可以出现一个大值，这个频率值与电介质材料的温度有关。介质攒耗因数和电容率的温度系数可以是正的或负的,这取决于在测量温度下的介质损耗指数大值位置。

4.2.3湿度

极化的程度随水分的吸收量或电介质材料表面水膜的形成而增加,其结果使电容率、介质损耗因数和直流电导率增大。

注:湿度的显著影响常言发生在1MHz以下及微波棚率范围内。

4.2.4电场强度

存在界面极化时,自由离子的数目随电场强度增大面增加,其损耗指数大值的大小和位置也随此而变。

在较高的频率下,只要电介质中不出现局部放电，电容率和介质损耗因数与电场强度无关，

5试样和电极

5.1固体绝缘材料

5.1.1试样的几何形状

测定材料的电容率和介质损耗因数,好采用板状试样,也可采用管状试样。

在测定电容率需要较高精度时，大的误差来自试样尺寸的误差，尤其是试样厚度的误差，因此厚度应足够大，以满足测量所需要的精确度。厚度的选取决定于试样的制备方法和各点间厚度的变化。

对1%的精确度来讲，1.5 mm的厚度就足够了，但是对于更高精确度，好是采用较厚的试样，例如6 mm-12 mm 测量厚度必须使测量点有规则地分布在整个试样表面上，且厚度均匀度在士1%内。

如果材料的密度是已知的，则可用称量法测定厚度 选取试样的面积时应能提供满足精度要求的试样电容。测量 10 pF的电容时，使用有良好屏蔽保护的仪器。由于现有仪器的极限分辨能力约 1 pF,因此试样应薄些，直径为 10 cm或更大些需要测低损耗因数值时，很重要的一点是导线串联电阻引人的损耗要尽可能地小，即被测电容和该电阻的乘积要尽可能小 同样，被测电容对总电容的比值要尽可能地大 一点表示导线电阻要尽可能低及试样电容要小。第二点表示接有试样桥臂的总电容要尽可能小，且试样电容要大。因此试样电容好取值为20 pF，在测量回路中，与试样并联的电容不应大于约5 pF,

5. 1.2 电极系统

5. 1.2. 1 加到试样上的电极

电极可选用 5.1.3中任意一种。如果不用保护环。而且试样上下的两个电极难以对齐时，其中一个

电极应比另一个电极大些。已经加有电极的试样应放置在两个金属电极之间，这两个金属电极要比试样上的电极稍小些。对于平板形和圆柱形这两种不同电极结构的电容计算公式以及边缘电容近似计算的经验公式由表飞给出。

对于介质损耗因数的测量，这种类型的电极在高频下不能满足要求，除非试样的表面和金属板都非常平整。图 〕所示的电极系统也要求试样厚度均匀

5.1.2.2 试样上不加电极

表面电导率很低的试样可以不加电极而将试样插人电极系统中测量，在这个电极系统中，试样的一侧或两侧有一个充满空气或液体的间隙。

平板电极或圆柱形电极结构的电容计算公式由表 3给出。

下面两种型式的电极装置特别合适

5. 1.2.2. 1 空气填充测微计电极

当试样插人和不插人时，电容都能调节到同一个值 ，不需进行测量系统的电气校正就能测定电容率。电极系统中可包括保护电极

5. 1.2.2.2 流体排出法

在电容率近似等于试样的电容率，而介质损耗因数可以忽略的一种液体内进行测量，这种测量与试样厚度测量的精度关系不大。当相继采用两种流体时，试样厚度和电极系统的尺寸可以从计算公式中消去试样为与试验池电极直径相同的圆片，或对测微计电极来说，试样可以比电极小到足以使边缘效应忽略不计 在测微计电极中，为了忽略边缘效应，试样直径约比测微计电极直径小两倍的试样厚度。

5. 1.2.3 边缘效应

为了避免边缘效应引起电容率的测量误差，电极系统可加上保护电极。保护电极的宽度应至少为两倍的试样厚度，保护电极和主电极之间的间隙应比试样厚度小。假如不能用保护环，通常需对边缘电容进行修正，表 工给出了近似计算公式 这些公式是经验公式，只适用于规定的几种特定的试样形状

此外，在一个合适的频率和温度下，边缘电容可采用有保护环和无保护环的(比较)测量来获得，用所得到的边缘电容修正其他频率和温度下的电容也可满足精度要求

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应用领域：

介电常数及介质损耗测试仪在多个关键领域发挥着重要作用，以下是其主要应用领域：

一、电力行业

• ‌绝缘材料检测‌：用于测量绝缘子用陶瓷、电容器薄膜、变压器绝缘油等材料的介电性能，确保电讯传输和输配电系统的安全稳定。

• ‌高压设备测试‌：适用于变压器、互感器、电缆等高压设备的绝缘性能检测，保障电力设备运行安全。

二、材料科学

• ‌新材料研发‌：帮助筛选有潜力的材料体系，如通过对比不同配比样品的介电常数，分析其与微观结构的关系，为性能优化提供依据。

• ‌基础理论研究‌：通过测量介电常数随温度、频率等条件的变化，研究材料的介电响应机制、极化过程和电荷传输特性。

三、学校与科研机构

• ‌教学实验‌：是相关专业实践教学的重要工具，学生可通过实验掌握测试方法和仪器操作技能。

• ‌科研项目参与‌：为学生参与科研项目提供平台，接触前沿科研方法，提高科研素养。

四、工厂与制造

• ‌质量控制‌：对原材料、半成品和成品进行介电性能检测，确保产品符合质量标准。

• ‌工艺优化‌：通过测量不同工艺条件下产品的介电常数，分析工艺参数与性能的关系，找出最佳工艺条件。

五、医疗与环境监测

• ‌医疗设备‌：用于评估组织或液体的介质特性，如超声检测技术。

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