绝缘材料介电性能/介质损耗测试仪

一、介电常数和介质损耗因数测试结果有哪些影响因素

1、频率

绝缘材料能在整个电磁波频谱上使用，这些频谱包括从直流电到至少3×1010Hz的无线电频率。仅存在非常少数的材料，如聚苯乙烯，聚乙烯，熔融二氧化硅，它们的电容率和损耗指数在该频率范围内是近似恒定的。有必要在材料将采用的频率下测量电容率和损耗指数，同时有必要在放置时的几个合适频率下测量电容率和损耗指数，如果该材料将在某个频率范围使用的话。

当材料存在电介质极化时，则可导致电容率和损耗指数随着频率的变化。两种最重要的极化是由于极性分子导致的偶极极化，以及材料不均匀性导致的界面极化。图X3.1显示了电容率和损耗指数随着频率的变化（17）。在最高频率下开始，此时电容率通过一种原子或电子的极化来进行测定，每次成功的极化，不管是偶极极化还是界面极化，都促进电容率结果在零频率时具有最大值。每一次极化都提供了一个最大的损耗指数和耗散因子。在损耗指数为最大值时的频率成为该极化的松弛频率。它也是电容率以最大速率最大的频率以及发生一半的该极化变化的频率。这些极化影响相关的知识将常常有助于确定应在哪个频率下执行测量。

自由离子或电子导致的电介质的任何直流电导不会对电容率产生直接影响，但将产生一个耗散因子，该耗散因子随着频率发生相反得变化，同时在零频率时变得无限大。

2、温度

温度对某绝缘材料的主要电学影响是将增大其极化时的松弛频率。它们随着温度以一定速率成倍最大，该速率使得当温度在6~50℃范围内增大时，可导致松弛频率出现十倍的增大。在较低频率下的电容率的温度系数将总是为正值，除了许多原子和电子极化导致电容率温度系数为负值的事实之外。然而在高频率下，温度系数将为负值，在某些中间频率时可变为零，而在偶极或截面极化的松弛频率下该温度系数为负值。

损耗指数和耗散因子的温度系数可为正值或负值，这取决于松弛频率的测量关系式。当频率高于松弛频率时，该值为正值，而对于较低频率，该值为负值。因为界面极化的松弛频率通常低于1Hz，损耗指数和耗散因子的相应温度系数将在所有通用测量频率下为正值。因为某一电介质的直流电导通常随着绝对温度的倒数减小而成倍增大，由此导致损耗指数和耗散因子值将以一种类似的方式增大，同时将产生一个较大的正值温度系数。

3、电压

所有电介质极化，除了界面极化几乎与存在的电位梯度无关，直到该梯度值达到在材料空隙或材料表面上发生电离，或者发生击穿的数值。在界面极化中，自由离子数量可能随着电压而增大，同时可能改变极化和其松弛频率的大小。直流电导也会受到类似的影响。

4、湿度

湿度对某绝缘材料的主要电学影响是将大大增加其界面极化的大小，因此增大其电容率，损耗指数和其直流电导。这些湿度影响是由水吸入材料体积，以及在材料表面形成离子化水膜而导致的。后者在几分钟之内形成，然而前者可能需要几天，有时甚至是几个月来达到平衡，特别是对于较厚和相对不透水材料。

5、水浸泡

水浸泡对某绝缘材料的影响近似为100%相对湿度暴露的影响。水被吸入材料体积中，通常其吸水速率大于100%相对湿度下的吸水速率。然而，当最终达到平衡时，在两种条件下的吸水的总量基本是相同的。如果材料存在水溶性物质，水浸泡下的滤出将显著快于在100%相对湿度且不冷凝前提下的滤出。如果浸泡所用水不纯，其杂质可能进入材料中。当材料去除水进行测量时，与在100%相对湿度且不冷凝前提下产生的效果相比，其表面形成的水膜将变得更厚，同时导电性更好，同时这将要求一些时间来达到平衡。

6、气候

气候作为一种自然现象，其包括温度和湿度改变，降雨，飓风，大气杂质和太阳紫外线和热量的影响。在这些条件下，某绝缘材料表面可能发生性变化，如物理上的粗糙化和裂解，化学上的更多易溶成分的损失以及表面沉积的盐，酸和其它杂质的反应。表面上形成的任何水膜将变得更厚和更容易导电，同时水将更容易渗入材料体积中。

7、损失

在电压和温度的工作条件下，由于吸收湿分，材料表面物理变化，材料成分化学变化，以及材料表面和内部空隙表面的电离影响，某绝缘材料可能损失电学强度。通常来说，材料电容率和耗散因子将增大，同时它们的增大值将随着测量频率降低而变得更大。在充分理解X3.1-X3.6列出的影响之后，任何电学性能的观测变化，特别是耗散因子，可作为损失的一种度量方式，也就是指电介质强度减小的一种度量方式。

8、调节

许多绝缘材料的电学特征取决于温度，湿度和水浸泡性，正如以上章节所述，因此通常有必要规定某一样本的过去历史以及其与这些因素相关的试验条件。除非将在室温（20-30℃）下执行测量，同时未规定相对湿度，样本应按规程D618进行调节。所选程序应最能接近匹配工作条件。当数据要求包含宽范围的温度和相对湿度时，将有必要使用中间值，同时可调节至平衡。

绝缘材料介电性能/介质损耗测试仪

二、介质损耗因数试验目的及影响测量结果因素

1、介质损耗因数的基本概念

  电介质损耗的组成

电介质损耗由以下三部分组成：

1. 电导损耗。当给电介质施加交流电压时，电介质中 会有电导电流流过，电介质因此而发热产生损耗，通常这 部分电流都很小。

2. 游离损耗。电介质中局部电场集中处（如固体电介 质中的气泡，气体电介质中电极的jian端等），当电场强度 高于某一值时，介质局部就会产生放电，同时伴随能量损耗。

3. 极化损耗。由于介质结构的不均匀，在交流电场作 用下，使不均匀介质边界面上的电荷，时而积聚，时而消失， 电荷积聚和消失都要通过介质内部，这样就造成了一定的 能量损耗。

2、介质损耗因数试验目的

1. 能较为灵敏地发现中小型电容量电气设备的绝缘整 体受潮、老化、油质劣化和局部缺陷。

2. 能非常灵敏地发现绝缘油质量的优劣。

3. 对容量较大的电气设备，若绝缘缺陷占据的体积只 占总体积的一小部分，则测量介质损耗因数较难发现设备 存在的绝缘缺陷。所以我们在测量大型变压器整体的介质 损耗因数之后，还应再测量其电容型套管的介质损耗因数， 原因后面会具体解释。

3、影响介质损耗因数测量结果的因素

介质损耗因素不仅受到设备缺陷和电磁场干扰的影响， 还受到温度、试验电压、试品电容的影响。

3.1 温度的影响

温度对 tanδ 测量的影响较大，绝大多数情况下，同一 种被试品的 tanδ 随着温度的升高而增大。但由于不同绝缘 介质或不同潮湿程度有着不同的随温度变化的规律，一般 无法将某一温度下测得的介质损耗因数值准确换算至另一 温度下的数值，在 20℃至 80℃之间，tanδ 随着温度而变 化的经验公式为 tanδ=tanδ0e α（t-t0），但这种温度换算方法 所得的数据也只是近似的。最好在 10℃至 30℃范围内并与 历史试验测量时相近的温度下对设备进行 tanδ 测量。

3.2 试验电压的影响

对绝缘良好的设备而言，在一定试验电压范围内，流 过绝缘介质的电流有功和无功分量随着电压的增加成比例 增加，因此介质损耗因数不会有明显变化。但对于绝缘有 缺陷的设备来说，当电压上升到介质的局部放电起始电压 以上时，介质中夹杂气泡或杂质的部分电场可能很强，会 首先放电，产生附加损耗，使测得的介质损耗因数值增加。 因此在较高电压下测量 tanδ，可以较为真实地反映出设备的绝缘状况，便于及时准确地发现设备绝缘存在的缺陷。

3.3 tanδ 与试品电容的关系

对于如套管、电压互感器、电流互感器等电容量比较 小的设备，测量其介质损耗因数可以有效发现其存在的局 部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但若集中性缺陷的体积 所占被试设备绝缘体积的比重很小，如大、中型变压器等 大体积设备的局部缺陷，其引起的损耗只占总损耗中的极 小部分，则测量其介质损耗因数不能灵敏的反映绝缘缺陷， 应尽量进行分解试验。下面通过公式来解释这一现象。设 备绝缘由多种材料、多种部件构成，可以看作是由许多并 联等值回路组成。