ASTM D150介电常数测试仪-北京智德创新仪器设备有限公司手机版

详细介绍

ASTM D150介电常数测试仪—介质损耗因数试验浅析

介质损耗因数试验是判断电气设备绝缘性能较为有效的方法，能直接、明显地反映出绝缘的整体受潮、劣化变质等分布性缺陷。因此，在电气设备（如电力变压器、高压开关、互感器、套管、耦合电容等）交接和例行试验中，介质损耗因素试验已得到广泛的应用。本文较为系统地阐述了介质损耗因数的定义、试验等值电路及向量图、试验目的、测量仪器及影响试验结果的因素。

关键词　介质损耗因数　电气试验　西林电桥

1 介质损耗因数的基本概念

1.1 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。

1.2 介质损耗因数的定义

与介质损耗不同的是，介质损耗因数tanδ 只与材料的性质有关，而与材料的尺寸已经体积大小等外部因素无关，这样可以便于不同设备之间进行比较。

1.3 介质损耗的等值电路及相量图

根据绝缘介质在交流电压作用下的等值电路及相量图，可推导出介质损耗各物理量之间的关系。

如下图 1 所示，当对yi绝缘介质施加交流电压时，介质上将流过电容电流 I_C1、吸收电流 I₂和电导电流 I_R1。其中又可以将吸收电流 I₂分解成有功分量 I_R2和无功分量 I_C2两部分。电容电流 I_C1和 I_C2是不消耗能量的，只有电导电流 I_R1和吸收电流中的有功分量 I_R2才消耗能量。

介质的功率损耗：

式中： U—— 电源电压 ω—— 电源角频 tanδ

C——介质的电容 R——介质的电阻 tanδ——角的余角的正切

由上面的式子可知，介质损耗与电源电压的平方 U2 、角频率 ω、电容 C 以及 δ 角的正切值 tanδ 成正比。当电压 U、角频率 ω 及电容 C 一定时，介质损耗和 tanδ 成正比。

将 δ 角定义为介质损耗角，tanδ 即为介质损耗角正切值，定义 tanδ 为介质损耗因数。

1.4 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。

2 测量介质损耗因数的仪器

测量介质损耗因数常用的仪器有西林电桥、M 型介质试验器、电流比较型电桥三类，本文主要介绍第一类和第三类。

2.1 西林电桥

西林电桥是 80 年代以前广泛使用的现场介损测试仪器，它有两种接线方式，正接线和反接线。

2.1.1 正接线

试品两极对地均绝缘，此方法在日常试验中经常使用，如对电容型套管、耦合电容器、电容式互感器等电气设备均采用正接线方式测量 tanδ。正接线使用时，电桥处于低电位，测量结果比反接线方法正确，电桥三根导线（出线）处于低电位。在被试品具有足够绝缘水平时，允许施加大于 10kV 的电压作为试验电压，但必须使用与额定电压相适应的标准电容器。

2.1.2 反接线

多数高压电气设备外壳都是直接地的，对于一极接地的电气设备应采用反接线方式测量 tanδ。反接线使用时，电桥和出线均处于高电位，对地应保持一定的安全距离，最少不应低于 10cm。电桥面板上的接地端子必须牢固接地。

由于西林电桥使用比较麻烦，且抗干扰能力差，因此目前电气试验工作已不再将西林电桥作为测量 tanδ 的仪器。

2.2 相位差法抗干扰全自动介损测试仪

相位差法介损仪是携带型西林电桥的更新换代产品。把标准电容器和升压变压器组合在一起，称为一体化。此种介损仪采用现代微电子技术以提高测量精度和自动显示，采用红外技术和光纤传递以提高抗干扰能力，如 AI-6000 型自动抗干扰精密介质损耗测量仪。与西林电桥相比，相位差法介损仪具有操作简单、自动测量、无须换算、精度高、抗干扰能力强等优点，仪器内部附有标准电容器及升压装置，便于携带。

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。

从上式分析，不难看出电容量对介质损耗因数的影响。在测量多材料、多结构、多层绝缘介质的绝缘性能时，当其中某一种或某一层的绝缘介质损耗因数偏大时，并不能有效地在总介质损耗因数值中反映出来，或者说介质损耗因数对反映绝缘的局部缺陷不灵敏。

ASTM D150介电常数测试仪—“介电常数"不是常数

关键词：电介质常数变量张量

电介质经常是绝缘体，其例子包括瓷器、云母、玻璃、塑料和各种金属氯化物，有些液体和气体可以作为好的电介质材料，干空气是良好的电介质，并被用在可变电容器以及某些类型的传输线，蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80，介电常数是表示绝缘能力特性的一个系数。以字母ε表示，单位为法／米(F／m)、真空介电常数：标准值为ε₀=ce²/h=8.85×10^-12法／米(F／m)，c是光波在真空中的光速，相对介电常数ε_r是某种电介质的介电常数ε与真空介电常数ε₀之比,ε_r是无量纲的纯效,介电常数可能是常数也可能为变量,对于介电常数,顾名思义此量首先是一个常数，因此对介电常数的讨论，清楚的理解介电常效的物理意义及正确的运用，避免错误，更好的运用介电常数解决实际问题。

一、电介质的介电常数为张量

对于非各向同性电介质．同一点的P与E可以方向不同．P的大小不仅与E的大小有关，而且还取决于E与电介质晶轴的夹角(“非各向同性性”)，为了描述P对E在直角坐标系的分量Px．Py．Pz与Ex．Ey．Ez的关系．对绝大多数非各向同性电介质．这一关系可以用如下方程表示:

其中X¹¹，X^12·…·X¹³…等9个常效是由电介质性质决定．如果选择另一直角坐标系(由原来坐标系旋转得到)，则P及E的分量分别变为为：P‘x．P’y．P‘z及E’x．E‘y．E’z，他们的关系为：

其中X‘¹¹，X’^12·…·X‘³³…是另9个常数，仍然由电介质性质决定．对同一电介质同一点X¹¹，X^22·…·X³³…与X’¹¹，X^12·…·X³³…有一确定的关系·叫做张量关系，或说X¹¹，X^22·…·X³³…和X‘¹¹，X’^12·…·X‘³³…等18个数是同一个张量在不同坐标系中的分量．这个张量由电介质本身决定．叫做电介质的极化率张量。