介電常數(shù)介電損耗儀測量原理和測量儀器

測量tanδ使用較普遍的儀器有ZJD-87高壓電橋介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測試儀。

 (一)高壓電橋

高壓電橋的種類很多，但原理都相同。其原理接線如下圖所示。圖中C_N是無損標(biāo)準(zhǔn)空氣電容器；C₄是可變十進位電容箱；G是檢流計；R₃是可變無感電阻；Z_x是被試物阻抗。

當(dāng)電橋平衡時，橋臂AC與BC，AD與BD的電壓降相等，故橋臂阻抗關(guān)系為

式中：Z_X、Z₃、Z_N、Z₄為電橋各臂的復(fù)阻抗，當(dāng)把被試品用R_X與C_X并聯(lián)的等值電路代替時，并依電橋平衡條件可得

化簡上式，并使等式兩邊的實部與虛部分別相等，即可求得

   (3-5)

因tan²δ ＜＜1，可略去，則

               (3-6)

在使用的頻率f=50Hz時，ω=2Πf=100Π，為便于計算，在儀器制造時，即將R₄的數(shù)值定為10000/Π，那么tanδ=C₄，C₄的單位符號為μF。

C_X的測量對判斷絕緣狀況也是有價值的，如電容式套管，C_X明顯增加，表示內(nèi)部電容層間有短路或水分侵入。

1.試驗接線方式

(1)止接線。下圖 (a)為高壓電橋的正接線，被試品兩極對地均應(yīng)絕緣。在試驗室中采用此法進行絕緣材料的試驗較準(zhǔn)確，試驗時對操作人員無險。在現(xiàn)場如被試設(shè)備可以對地絕緣起來，應(yīng)盡量使用此法以保證測量數(shù)值的可靠：

(2)反接線。下圖(b)為高壓電橋的反接線，因為現(xiàn)場設(shè)備往往一端固定地，故適宜用這種接線方式，此時，R₃、C₄處于高電壓下，要保證安全操作，須使電橋和操作者一起處在絕緣板上(即對地絕緣起來)，或置于法拉第籠里面，使操作者與R₃、C₄處于等電位；或由操作者使用絕緣桿來調(diào)節(jié)。國產(chǎn)ZJD-87型電橋即屬此類，其調(diào)節(jié)手柄能保證人身安全。

為使測量結(jié)果準(zhǔn)確，需要消除來自外界的干擾，tanδ測量過程中可能會受到兩種干擾，一種是電場干擾，是由周圍帶電部分通過與橋臂間的電容耦合產(chǎn)生干擾電流，干擾電流流入橋臂造成的干擾誤差；另一種為磁場干擾主要由附近的交變磁場作用于檢流計線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢從而引起測量誤差。

通常可采取下列措施消除或減小電場的干擾：提高試驗電壓以提高信噪比，相對降低干擾電流的影響；盡量用正接線；加設(shè)屏蔽即在被試品高壓部分加屏蔽罩，并將屏蔽罩與電橋的屏蔽相連，以消除耦合電容的影響：采用移相法或倒相法即測量時在試驗電源為正，反相位下各測量一次，電源反相時相當(dāng)于電源的相位不變而將干擾電流反相。

干擾磁場主要由大電流母線、電抗器、阻波器和其他漏磁較大的設(shè)備產(chǎn)生。在干擾磁場的作用下，組成電橋試驗回路的各個環(huán)路都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種外磁場還會直接作用于檢流計回路，產(chǎn)生測量誤差，為消除磁場對檢流計的影響，可移動電橋位置使之遠離干擾源，或?qū)蝮w就地轉(zhuǎn)動改變角度，找到干擾最小的方位，再取檢流計極性轉(zhuǎn)換開關(guān)在“接通Ⅰ"和“接通Ⅱ"兩位置測兩次取平均值。

試驗時，被試品的表面應(yīng)當(dāng)干燥、清潔，以消除表面電導(dǎo)電流的影響。

此外，被試品表面泄漏的影響也必須注意，勿使其影響到反映被試品內(nèi)部絕緣狀況的tanδ值。這點在被試品電容C_x小時更須注意，除被試品表面清潔外，可用加屏蔽法消除泄漏影響。

2.測量時的注意事項

(1)測量tanδ是一項高電壓試驗，無論采用何種接線方式，電橋橋體外殼應(yīng)用足夠截面的導(dǎo)線可靠接地。對橋體或標(biāo)準(zhǔn)電容器的絕緣應(yīng)保持良好狀態(tài)。

(2)反接線測量時，橋體內(nèi)部及三根引出連線、標(biāo)準(zhǔn)電容器外殼均帶高壓，應(yīng)注意安全距離，導(dǎo)線對接地物的距離不小于100～150mm。

(3)為防止檢流計損壞，應(yīng)在檢流計靈敏度低時接道或斷開電源。

（4）對能分開的被試品應(yīng)盡量分開測試。因為當(dāng)休積較大的設(shè)備中存在局部缺陷時，測量總體的tanδ值不易反映出這些局部缺陷：而對體積較小的設(shè)備，測tanδ值就容易發(fā)現(xiàn)局部缺陷。

(二)數(shù)字化測量方法

高壓電橋測量tanδ時，由于受到現(xiàn)場電磁場的干擾，有時很難將電橋調(diào)節(jié)平衡，數(shù)字化測量tanδ是采用數(shù)字化技術(shù)來調(diào)節(jié)電橋的平衡，實際的測景原理大多仍是用標(biāo)準(zhǔn)電容器和電阻與被試品進行比較的模擬方法，不僅可以很容易地調(diào)節(jié)平衡，而且可以防止外界干擾，提高了測景的準(zhǔn)確度。

新型的介質(zhì)損耗測試儀型號較多，在此不能一一介紹，但與高壓電橋相比一般都具有如下特點：

(1)操作簡單，自動測量，自動打印測量結(jié)果。

(2)測量精度高，抗干擾能力強。

(3)采用多種安全防護措施，保障試驗人員的安全和設(shè)備的完好性

(4)功能強大。