电容(相对介电常数)及损耗因数的测量

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1、2-1概述2-2电桥法测量Cx及tanδ2-3谐振法测量Cx及tanδ2-4测量误差及其消除方法2-5介电谱的测量电容(相对介电常数)及损耗因数的测量1、对相对介电常数εr的要求1）储能元件大，使单位体积中储存的能量大2）一般电工设备小，减小流过的电容电流2、对介质损耗因数tanδ(介质损耗角正切)的要求1）一般电工设备中用的电介质和绝缘体小，否则易消耗浪费电能，使介质发热，容易造成老化或损坏2）特殊要求利用介质发热大3、测量目的：1）检验评定电工设备、元件的性能，选择合适的绝缘材料2）通过测量，来判断绝缘系统中的含湿量、老化程度等3）测

2、量其频率谱和温度谱，可作为研究电介质和绝缘材料物质结构的一种手段2-1概述相对介电常数εr定义：在同一电极结构中，电极周围充满介质时的电容Cx与周围是真空时的电容C0(几何电容)之比若为平行板电极A—电极面积(m2)，t——电极间距离(m)，ε0—8.854×10-12(F/m)εr是测量电容Cx及与电极、试品有关的尺寸损耗因数tanδ定义：试品在施加电压时所消耗的有功功率与无功功率的比值，即介质损耗角δ的正切tanδ介质无损耗时，电流与电压相位差为90o介质有损耗时，电流于电压相位差为90o-δ电路分析法计算tanδ并联串联说明：1、并联等效

3、阻抗能切实反映绝缘体中有泄漏电流的事实Cx=Cp，当tanδ<0.1时，Cx=Cp≈Cs，误差不超过1%2、介质损耗很微小，不能用普通的功率表测量，将试品视为等效阻抗，测得计算tanδ影响相对介电常数与损耗因数的因素1、电压幅值一般情况与施加电压的幅值无关若有夹层极化，高场强将使其增大若绝缘体中有气泡，在电压超过起始放电电压后，测得的值增大2、频率极化需要一定时间，若这时间比交变电场的周期长的多，这种极化就来不及完成。频率低时，各种极化都存在，εr大，频率高时，夹层极化、偶极子极化来不及完成，只剩下电子极化、原子极化，εr减小。tanδ：主要由

4、偶极子极化、夹层极化造成。频率高，无极化故无损耗；频率低，极化完全跟的上电场变化而无滞后，相位差为90o，也无损耗；只在极化有滞后时出现介质损耗，εr变化时，tanδ出现最大值3、温度εr:温度升高会使分子间的束缚力减小，极化容易形成，因而介电常数增大，但当温度很高时，物质密度降低，而且分子的热运动加剧，从而使极化强度降低。tanδ：温度较低时，在εr变化时出现最大值，而在温度很高时，由于电导产生的介质损耗占主要地位，介质损耗就和电导一样随温度上升而指数式增长。同时温度升高，极化松弛时间减小，tanδ随频率变化的最大值向高频方向移动。4、湿度水的

5、εr很大（81），同时水分渗入会起增塑作用，使极化更容易形成，也使得εr明显增大，在加上水的电导也比较大，tanδ也明显增大。适用：测量频率不很高时（低于MHz）分类：阻容电桥高压西林电桥：精密西林电桥，大电容电桥，反接和对角线接地电桥低压阻容电桥：电容比例臂电桥，电阻比例臂电桥变压器电桥（电感比例臂电桥）电流比变压器电桥电压比变压器电桥自动平衡电桥双T电桥2-2电桥法测量Cx及tanδ阻容电桥：高压桥臂：试品Zx，无损标准电容器Cx低压桥臂：无感电阻R3，R4/C4并联调节R3，C4使电桥平衡当tanδ<0.1，误差允许不大于1%，则，工频高电

6、压，取安全性：Zx>>Z3，ZN>>Z4，电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上电桥灵敏度与电桥本身结构、电桥上施加的电压幅值及频率、以及电桥的平衡指示器有关：1）比例臂两阻抗相等时（串接部分），灵敏度最高；2）电压、频率越高、指示器可测出的电流或电压越小，电桥灵敏度就越高。电桥的四个桥臂都是由电阻电容组成的电桥（最常用）。精密西林电桥（高压）采取措施，消除或减小对电桥结构上可能造成的误差1）减小标准电容器的损耗标准电阻正常情况下tanδN<10-5,若受潮，受污染，或是电压太高出现局部放电，则会增大几个数量级，使用时应保证标准电阻干净、

7、无局部放电2）减小杂散电容的影响试品低压端连接到桥臂及平衡指示器要用屏蔽线，且屏蔽线外屏蔽接地，采用电位自动跟踪器（输入阻抗很高1012，放大倍数1，无相位移的放大器），保证C、D零电位3）减小残余电感及零电容的影响R4中点加可调电容大电容电桥精密西林电桥内电阻R3允许的最大电流为30mA，电容量很大的试品，如电力电容器，长电缆等，高压下会流过很大的电流，在R3上并联电阻分流器(a)；当电流更大时，要用精密电流互感器(b)反接和对角线接地电桥反接电桥：若试品一端必须接地，精密西林电桥不能使用，将电桥接地端改到高阻抗桥臂一端安全性：低压桥臂安装在法

8、拉第笼S内，S用绝缘子N支撑，N上加保护金属环K，减小绝缘子泄露电流的影响对角线接地电桥：电桥在C点接地，试验变压器两端都不能接地低压阻