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介电常数介电损耗仪测量原理和测量仪器

来源:北京中航时代仪器设备有限公司   2024年02月23日 14:21  

测量tanδ使用较普遍的仪器有ZJD-87高压电桥介电常数及介质损耗测试仪

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 (一)高压电桥

高压电桥的种类很多,但原理都相同。其原理接线如下图所示。图中CN是无损标准空气电容器;C4是可变十进位电容箱;G是检流计;R3是可变无感电阻;Zx是被试物阻抗。

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当电桥平衡时,桥臂AC与BC,AD与BD的电压降相等,故桥臂阻抗关系为

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式中:ZXZ3ZNZ4为电桥各臂的复阻抗,当把被试品用RXCX并联的等值电路代替时,并依电桥平衡条件可得

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化简上式,并使等式两边的实部与虚部分别相等,即可求得

image.png   (3-5)

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tan2δ <<1,可略去,则

image.png               (3-6)

在使用的频率f=50Hz时,ω=2Πf=100Π,为便于计算,在仪器制造时,即将R4的数值定为10000/Π,那么tanδ=C4C4的单位符号为μF。

CX的测量对判断绝缘状况也是有价值的,如电容式管,CX明显增加,表示内部电容层有短路或水分侵入。

1.试验接线方式

(1)止接线。下图 (a)为高压电桥的正接线,被试品两极对地均应绝缘。在试验室中采用此法进行绝缘材料的试验较准确,试验时对操作人员无险。在现场如被试设备可以对地绝缘起来,应尽量使用此法以保证测数值的可靠:

(2)反接线。下图(b)为高压电桥的反接线,因为现场设备往往一端固定地,故适宜用这种接线方式,此时,R3C4处于高电压下,要保证安全操作,须使电桥和操作者一起处在绝缘板上(即对地绝缘起来),或置于法拉第笼里面,使操作者与R3C4处于等电位;或由操作者使用绝缘杆来调节。国产ZJD-87型桥即此类,其调节手柄能保证人身安全。

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为使测量结果准确,需要消除来自外界的干扰,tanδ测量过程中可能会受到两种干扰一种是电场干扰,是由周围带电部分通过与桥臂间的电容耦合产生干扰电流,干扰电流流入桥臂造成的干扰误差;另一种为磁场干扰主要由附近的交变磁场作用于检流计线圈产生感应电动势从而引起测量误差

通常可采取下列措施消除或减小电场的干扰:提高试验电压以提高信噪比,相对降低干扰电流的影响;尽量用正接线;加设屏蔽即在被试品高压部分加屏蔽罩,并将屏蔽罩与电桥的屏蔽相连,以消除耦合电容的影响:采用移相法或倒相法即测量时在试验电源为正,反相位下各测量一次,电源反相时相当于电源的相位不变而将干扰电流反相。

干扰磁场主要由大电流母线、电抗器、阻波器和其他漏磁较大的设备产生。在干扰磁场的作用下,组成电桥试验回路的各个环路都会产生感应电动势,这种外磁场还会直接作用于检流计回路,产生测量误差,为消除磁场对检流计的影响,可移动电桥位置使之远离干扰源,或将桥体就地转动改变角度,找到干扰最小的方位,再取检流计极性转换开关在“接通”和“接通”两位置测两次取平均值

试验时,被试品的表面应当干燥、清洁,以消除表面电导电流的影响。

此外,被试品表面泄漏的影响也必须注意,勿使其影响到反映被试品内部绝缘状况的tanδ值。这点在被试品电容Cx小时更须注意,除被试品表面清洁外,可用加屏蔽法消除泄漏影响。

2.测量时的注意事项

(1)测量tanδ是一项高电压试验,无论采用何种接线方式,电桥桥体外壳应用足够截面的导线可靠接地。对桥体或标准电容器的绝缘应保持良好状态。

(2)反接线测量时,桥体内部及根引出连线、标准电容器外壳均带压,应注意安全距离,导线对接地物的距离不小于100~150mm

(3)为防止检流计损坏,应在检流计灵敏度低时接道或断开电源。

4)对能分开的被试品应尽量分开测试。因为当休积较大的设备中存在局部缺陷时,测量总体的tanδ值不易反映出这些局部缺陷:而对体积较小的设备,测tanδ值就容易发现局部缺陷。

(二)数字化测量方法

高压电桥测量tanδ时,由于受到现场电磁场的干扰,有时很难将电桥调节平衡,数字化测量tanδ是采用数字化技术来调节电桥的平衡,实际的测景原理大多仍是用标准电容器和电阻与被试品进行比较的模拟方法,不仅可以很容易地调节平衡,而且可以防止外界干扰,提高了测景的准确度。

新型的介质损耗测试仪型号较多,在此不能一一介绍,但与高压电桥相比一般都具有如下特点:

(1)操作简单,自动测量,自动打印测量结果。

(2)测量精度高,抗干扰能力强。

(3)采用多种安全防护措施,保障试验人员的安全和设备的完好性

(4)功能强大。

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