GBT1409介电常数测试仪-ASTM D150介电常数测试仪

一、产品概述：

GBT1409介电常数测试仪-ASTM D150介电常数测试仪采用数字液晶显示，是通过GB1409中的Q表法测试固体/液体绝缘材料介电常数及介质损耗因数的分析仪器。它以单片计算机控制仪器，测量核心采用了频率数字锁定、标准频率测试点自动设定、谐振点自动搜索、Q值量程自动转换、数值显示等新技术，北京航天纵横检测仪器改进了调谐回路，使得调谐测试回路的残余电感减至低值，并保留了原Q表中自动稳幅等技术，使得新仪器在使用时更为方便，测量时更为精确。可直读介电常数及介质损耗结果，免去人工计算的繁琐。经过新升级可通过上位机软件查看测试曲线，北京航天纵横仪器是代替进口设备的产品。北京航天纵横检测仪器器能在较高的测试频率条件下，测量高频电感或谐振回路的Q值，电感器的电感量和分布电容量，电容器的电容量和损耗角正切值，电工材料的高频介质损耗，高频回路有效并联及串联电阻，传输线的特性阻抗等。产地北京房山。

二、技术特性：

二、符合标准：

GB/T1409-2006测量电气绝缘材料在工频、音频、高频下电容率和介质损耗因数的推荐方法；

GB/T1693-2007硫化橡胶介电常数和介质损耗角正切值的测定方法；

ASTM D150-11实心电绝缘材料的交流损耗特性和电容率（介电常数）的标准试验方法；

GBT5594.4-2015电子元器件结构陶瓷材料性能测试方法；

三、产品特点：

1、双扫描技术 - 测试频率和调谐电容的双扫描、自动调谐搜索功能。

2、双测试要素输入 - 测试频率及调谐电容值皆可通过数字按键输入。

3、双数码化调谐 - 数码化频率调谐，数码化电容调谐。

4、自动化测量技术 -对测试件实施 Q 值、谐振点频率和电容的自动测量。

5、全参数液晶显示 – 数字显示主调电容、电感、 Q 值、信号源频率、谐振指针。

6、DDS 数字直接合成的信号源 -确保信源的高葆真，频率的高精确、幅度的高稳定。

7、计算机自动修正技术和测试回路优化—使测试回路 残余电感减至低值，彻底根除 Q 读数值在不同频率时要加以修正的困惑。

8、新增功能：电感测试时，仪器自身残余电感和测试引线电感的自动扣除功能。大大提高了在电感值（特别是小电感值）测量时的精度。此技术只有北京航天纵横检测仪器生产的Q表有。

9、新增功能：大电容值直接测量显示功能，电容值直接测量值可达25nF（配100uH电感时）。大电容值测量一个按键搞定。此技术只有北京航天纵横检测仪器生产的Q表有。

四、工作环境：

1、环境温度：0℃～+40℃；

2、相对湿度：<80％；

3、电源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。

五、配置清单：

六、适用单位：

该仪器可以用于科研机关，学校，例如一些科研院所，大专院校或计量测试部门的实验室需要用介电常数仪对绝缘材料的介质损耗角正切tanδ及介电常数进行测试；北京航天纵横检测仪器同时也适用于工厂或单位，例如一些工厂对无机非金属新材料性能的应用进行研究，另外在电力、电工、化工等领域，如：电厂、电业局实验所、变压器厂、电容器厂、绝缘材料厂、炼油厂等单位对固体及液体绝缘材料的介质损耗和相对介电常数ε的质量检测等等。

七、试验步骤：

1、按照Q表的操作规程调整仪器，选定测量频率，测定C1和Q1的值。

2、将试样放入测试电极中，并调节电容器C，使电路谐振，达到最大Q值记下调谐电容量C2和Q2的值。

3、将试样从测试电极中取出，调节C或测试电极的距离，使电路重新谐振，记下C、或测试电极的校正电容值与Q值，北京航天纵横检测仪器并根据测试值计算出损耗角tanδ与介电常数ε。

4、其他高频测试仪器按其北京航天纵横检测仪器说明书进行操作，通过测试值计算出损耗角tanδ和介电常数ε。

八、试验条件：

1、试样表面应清洁、平滑，无裂纹、气泡和杂质等，试样表面应用蘸有无水乙醇的布擦洗。

2、试样应在标准实验室温度及湿度下至少调节24h。

3、当试样处理有特殊要求时，可按其产品标准规定的进行。

九、测试意义：

1、介电常数——绝缘材料通常以两种不同方式来使用，即（1）用于固定电学网络部件，同时让其彼此以及与地面绝缘；（2）用于起到某一电容器的电介质作用。在第一种应用中，通常要求固定的电容尽可能小，同时具有可接受且一致的机械，化学和耐热性能。北京航天纵横检测仪器因此要求电容率具有一个低值。在第二种应用中，要求电容率具有一个高值，以使得电容器能够在外型上能尽可能小。有时使用电容率的中间值来评估在导体边缘或末端的应力，以将交流电晕降至最小。

2、交流损耗——对于这两种场合（作为电学绝缘材料和作为电容器电介质），交流损耗通常必须是比较小的，以减小材料的加热，同时将其对网络剩余部分的影响降至最小。在高频率应用场合，特别要求损耗指数具有一个低值，因为对于某一给定的损耗指数，电介质损耗直接随着频率而增大。北京航天纵横检测仪器在某些电介质结构中，例如试验用终止衬套和电缆所用的电介质，通常电导增加可获得损耗增大，这有时引入其来控制电压梯度。在比较具有近似相同电容率的材料时或者在材料电容率基本保持恒定的条件下使用任何材料时，这可能有助于考虑耗散因子，功率因子，相位角或损耗角。

3、相关性——当获得适当的相关性数据时，耗散因子或功率因子有助于显示某一材料在其它方面的特征，例如电介质击穿，湿分含量，固化程度和任何原因导致的破坏。然而，由于热老化导致的破坏将不会影响耗散因子，除非材料随后暴露在湿分中。北京航天纵横检测仪器当耗散因子的初始值非常重要的，耗散因子随着老化发生的变化通常是及其显著的。

十、典型用户及其它产品：

沧州大化集团

中国计量大学

河南平煤神马聚碳材料有限责任公司

温州市鹿城区科学技术局

东莞初创应用材料有限公司

北京航空航天大学

中国科学技术大学

惠州市杜科新材料有限公司

宁波东烁新材料科技有限公司

云南能投硅材科技发展有限公司

天津科技大学

十一、相关产品：

ZJC-50kV电压击穿试验仪

ZST-212体积表面电阻率测试仪

ZJD-C介电常数介质损耗测试仪

ZDH-20KV耐电弧试验仪

LDQ-5漏电起痕试验仪

XRW-300HB热变形维卡温度测定仪

XNR-400H熔体流动速率测定仪

JF-6氧指数测定仪

CZF-5水平垂直燃烧试验机

WDW-50KN材料电子拉力试验机

介质损耗角正切的测量

如前所述，介质损耗角正切tanδ是在交流电压作用下，电介质中电流的有功分量与无功分量的比值，它是一个无量纲的数。在一定的电压和频率下，它反映电介质内单位体积中能量损耗的大小，它与电介质的体积尺寸大小无关。因此，能从测得的tanδ 数值直接了解绝缘情况。

介质损耗角正切tanδ的测量是判断绝缘状况的一种比较灵敏和有效的方法，从而在电气设备制造、绝缘材料的鉴定以及电气设备的绝缘试验等方面得到了广泛的应用，特别对受潮、老化等分布性缺陷比较有效，对小体积设备比较灵敏，因而tanδ的测量是绝缘试验中一个较为重要的项目。

如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则用测tanδ值来反映绝缘的状况就不很灵敏，被试绝缘的体积越大，越不灵敏，因为此时测得的tanδ反映的是整体绝缘的损耗情况，而带有集中性缺陷的绝缘是不均匀的，可以看成是由两部分介质并联组成的绝缘，其整体的介质损耗为这两部分损耗之和，即

或              

得                        

且                            

若整体绝缘中体积为V2的一小部分绝缘有缺陷，而大部分良好的绝缘的体积为V1，即V2≪⃒V1，则得C2≪⃒C1，C≈C1)，于是

                  （3-3）

由于式(3-3)中的系数很小，所以当第二部分的绝缘出现缺陷，tanδ增大时，并不能使总的tanδ值明显增大。只有当绝缘有缺陷部分所占的体积较大时，在整体的tanδ中才会有明显的反映。例如在一台110kV大型变压器上测得总的tanδ为0.4%，是合格的，但把变压器套管分开单独测得tanδ达3.4%就不合格。所以当变压器等大设备的绝缘由几部分组成时，最好能分别测量各部分的tanδ，以便于发现绝缘的缺陷。

电机、电缆等设备，运行中的故障多为集中性缺陷发展造成的，用测tanδ的方法不易发现绝缘的缺陷，故对运行中的电机、电缆等设备进行预防性试验时，不测tanδ。而对套管绝缘，因其体积小，故tanδ测量是一项必不可少且较为有效的试验。当固体绝缘中含有气隙时，随着电压的升高，气隙中将产生局部放电，使tanδ急剧增大，因此在不同电压下测量tanδ，不仅可判断绝缘内部是否存在气隙，而且还可以测出局部放电的起始电压U0，显然U0的值不应低于电气设备的工作电压。

在用tanδ 值判断绝缘状况时，除应与有关标准规定值进行比较外，同样必须与该设备历年的tanδ值相比较以及与处于同样运行条件下的同类型其他设备相比较。即使tanδ值未超过标准，但与过去比较或与同样运行条件下的同类型其他设备比，tanδ值有明显增大时，必须要进行处理，以免在运行中发生事故。

一、QS1型电桥原理

在绝缘预防性试验中，常用来测量设备绝缘的tanδ值和电容C值和方法是采用QS1电桥(平衡电桥)，其原理接线图如图3-4所示。它有四个桥臂组成，臂1为被试品Zx，图中用CX及RX的并联等值电路来表示；臂2为标准无损电容器CN，一般为50pF，它是用空气或其他压缩气体作为介质(常用氮气)，其tanδ值很小，可认为零；臂3、4为装在电桥本体内的操作调节部分，包括可调电阻R3、可调电容C4及与其并联的固定电阻R4。外加交流高压电源(电压一般为10kV)，接到电桥的对角线CD上，在另一对角线AB上则接上平衡指示仪表G，G一般为振动式检流计。

进行测量时，调节R3、C4，使电桥平衡，即使检流计中的电流为零，或UAB为零，这时有

                               (3-4)

将上述阻抗值代入式(3-4)，并使等式左右的实数部分和虚数部分分别相等，即可求得

                         (3-5)

因tanδ很小，tan2δ≪⃒1，故得

                                      （3-6）

由于我国使用的电源频率为50HZ，故ω=2Πf=100Π,为了便于读数，在电桥制造时常取R4=104/Π=3184Ω，因此

    （3-7）

这样，当调节电桥平衡时，在分度盘上C4的数值就直接以tanδ(%)来表示，读取数值极为方便。

为了避免外界电场与电桥各部分之间产生的杂散电容对电桥产生干扰，电桥本体必须加以屏蔽，如图3-4中的虚线所示。由被试品和标准无损电容器连到电桥本体的引线也要使用屏蔽导线。在没有屏蔽时，出高压引线到A、B两点间的杂散电容分别与CX与CN并联(见图3-4)，将会影响电桥平衡。加上屏蔽后，上述杂散电容变为高压对地的电容，与整个电桥并联，就不影响电桥的平衡了。但加上屏蔽后，屏蔽与低压臂3、4间也有杂散电容存在，如果要进一步提高测量的标准度，必须消除它们的影响，但在一般情况下，由于低压臂的阻抗及电压降都很小，这些杂散电容的影响可以忽略不计。

二、接线方式

用国产QS1型电桥测量tanδ时，常有两种接线方式。

1.正接线

图3-4所示接线方式中，电桥的C点接到电源的高压端，D点接地，这种接线称为正接线。此种接线由于桥臂1及2的阻抗ZX和ZN的数值比Z3和Z4大得多，外加高电压大部分降落在桥臂1及2上，在调节部分R3及C4上的电压降通常只有几伏，对操作人员没有危险。为了防止被试品或标准电容器一旦发生击穿时在低压臂上出现高电压，在电桥的A、B点上和接地的屏蔽间接有放电管F，以保证人身和设备的安全。正接线测量的准确度较高，试验时较安全，对操作人员无危险，但要求被试品不接地，两端部对地绝缘，故此种接线适用于试验室中，不适用于现场试验。

2.反接线

现场电气设备的外壳大都是接地的，当测量一极接地的试品的tanδ时，可采用如图3-5所示的反接线方式，即把电桥的D点接到电源的高压端，而将C点接地，在这种接线中，被试品处于接地端，调节元件R3、C4处于高压端，因此电桥本体(图3-4虚线框内)的全部元件对机壳必须具有高绝缘强度，调节手柄的绝缘强度更应能保证人身安全，国产便于携带式QS1型电桥的接线即属这种方式。

三、干扰的产生与消除

在现场测量tanδ时，特别是在110kV及以上的变电所进行测量时，被试品和桥体往往处在周围带电部分的电场作用范围之内，虽然电桥本体及连接线都采用了前面所述的屏蔽，但对被试品通常无法做到全部屏蔽，如图3-6所示。这时等值干扰电源电压U´就会通过与被试品高压电极间的杂散电容C´产生干扰电流I´，因而影响测量的准确。

当电桥平衡时，流过检流计的电流IG=0，此时检流计支路可看作开路，干扰电流I´在通过C´以后分成两路，一路经CX入地，另一路经R3及试验变压器的漏抗入地，由于前者的阻抗远大于后者，故可以认为I´实际上全部流过R3。

在没有外电场干扰的情况下，电桥平衡时流过R3的电流即为流过被试品的电流IX，相应的介质损耗角为δX，如图3-7所示。有干扰时，由于干扰电流流过R3，改变了电桥的平衡条件，这时要电桥平衡就必须把R3和C4调整到新的数值。由于C4值的改变，测得的损耗角δ´X已不同于没有下扰时的实际损耗角δX了，因此对流过R3的电流已变成，即相当于在上叠加一个干扰电流、与的夹角就是。同时R3值的改变也引起了测得的CX值改变。引起tanδ和CX测量值的变化将随的数值和相位而定。在干扰源固定时，的相量端点的轨迹为一圆。在某些情况下，当干扰结果使的相量端点落在图3-7 所示的阴影部分的圆弧上时，tanδ值将变为负值，这时电桥在正常接线下已无法达到平衡，只有把C4从桥臂4换接到桥臂3与R3并联，才能使电桥平衡，并按照新的平衡条件计算出tanδ值。当的相量端点落在图3-7中的A、B点时，即干扰电流与同相或反相时，tanδ值不变，但此时的IX值变大或变小，将引起测得的CX值变大或变小。

为了避免干扰，消除或减小由电场干扰所引起的误差，可采用下列措施。

1.尽量远离干扰源

在无法远离干扰源时，加设屏蔽，用金属屏蔽罩或网将被试品与干扰源隔开，并将屏蔽罩与电桥的屏蔽相连，以消除C´的影响，但这往往在实际上不易做到。

2.采用移相电源

由图3-7可看出，在有干扰的情况下，只要使与同相或反相，测得的tanδ值不变，

干扰电流的相位一般是无法改变的，但可以改变电源电压从而改变的相位以达到上述目的。应用移相电源消除干扰时，在试验前先将Z4短接，将R3调到最大值，使干扰电流尽量通过检流计(因其内阻很小)，并调节移相电源的相角和电压幅值，使检流计指示达最小，这表明与相位相反，移相任务已经完成，即可退去电源电压，保持移相电源相位，拆除Z4间的短接线，然后正式开始测量。若在电源电压正、反相二种情况下测得的tanδ值相等，说明移相效果良好，此时测得的tanδ为真实值。但正、反相两次所测得的电流分别为和，故，因此，被试品电容的实际值应为正、反相两次测得的平均值。用移相法基本上可以消除同频率的电场干扰所造成的测量误差。

3.采用倒相法

倒相法是一种比较简便的方法。测量时将电源正接和反接各测一次，得到二组测量结果tanδ1、C1和tanδ2、C2，然后进行计算求得tanδ值和CX值。

图3-8表示被试品电流和干扰电流的相量图。在图中，当电源反相时，实际上就相当于把干扰电流反相变成'而其余相量不动，故在图中用反相的代替反相的，这样使分析比较方便，而其结果是一样的。

由图3-8中可看出

由于，，代入上式可得

             (3-8)

又因              

故得                                      （3-9）

应用式(3-8)和式(3-9)可以正确地计算出tanδ值和CX值。当干扰不大，即tanδ1与tanδ2相差不大、C1与C2相差不大时，式(3-8)可简化为

         (3-10)

即可取两次测量结果的平均值，作为被试品的介质损耗角正切值。

在现场进行测量时，不但受到电场的下扰，还可能受到磁场的干扰。一般情况下，磁场的干扰较小，而且电桥本体都有磁屏蔽，CX及CN的引线虽较长，但其阻抗较大，感应弱时，不能引起大的干扰电流。但当电桥靠近电抗器等漏磁通较大的设备时，磁场的干扰较为显著。通常，这一干扰主要是由于磁场作用下电桥检流计内的电流线圈回路所引起的。可以把检流计的极性转换开关放在断开位置，此时如果光带变宽，即说明有此种干扰。为了消除干扰的影响，可设法将电桥移到磁场干扰范围以外。若不能做到，则可以改变检流计极性开关进行两次测量，用两次测量的平均值作为测量结果，以减小磁场干扰的影响。

四、测量 tanδ时的注意事项

(1)无论采用何种接线方式，电桥本体必须良好接地。

(2)反接线时，三根引线均处于高压，必须悬空，与周围接地体应保持足够的绝缘距离。此时，标准电容器外壳带高电压，也不应有接地的物体与外壳相碰。

(3)为防止检流计损坏，应在检流计灵敏度最低时接通或断开电源。

(4)在体积较大的设备中存在局部缺陷时，测量总体的tanδ 不易反映；而对体积较小的设备就比较容易发现绝缘缺陷，为此，对能分开测量的试品应尽量分开测量。

(5)一般绝缘的tanδ均随温度的上升而增大。各种试品在不同温度下的tanδ值也不可能通过通用的换算式获得准确的换算结果。故应争取在差不多的温度下测量tanδ值，并以此作相互比较。通常都以20℃时的值作为标准(绝缘油例外)。为此，一般要求在10～30℃的范围内进行测量。

(6)试验时被试品的表面应当干燥、清洁，以消除表面泄漏电流的影响。

(7)在进行变压器、电压互感器等绕组的tanδ值和电容值的测量时，应将被试设备所有绕组的首尾短接起来，否则会产生很大的误差。