測量電氣絕緣材料介電常數儀器 介電常數測試儀

1、范圍

測量電氣絕緣材料介電常數儀器規定了在15Hz?300MHz的頻率范圍內測量電容率、介質損耗因數的方法，并由此計算某些數值，如損耗指數。本標準中所敘述的某些方法，也能用于其他頻率下測量。

測量電氣絕緣材料介電常數儀器適用于測量液體、易熔材料以及固體材料。測試結果與某些物理條件有關，例如頻率、溫度、濕度，在特殊情況下也與電場強度有關。

有時在超過1000V的電壓下試驗，則會引起一些與電容率和介質損耗因數無關的效應，對此不予論述。

2、規范性引用文件

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的版本。凡是不注日期的引用文件，其版本適用于本標準。

IEC60247:1978  液體絕緣材料相對電容率、介質損耗因數和直流電阻率的測量

3、術語和定義

下列術語和定義適用于本標準。

3.1

相對電容率relative permittivity

ε r

電容器的電極之間及電極周圍的空間全部充以絕緣材料時，其電容Cx與同樣電極構形的真空電容Co之比；

 ……………………………（1）

式中；

εr——相對電容率;

Cx——充有絕緣材料時電容器的電極電容；

Co——真空中電容器的電極電容。

在標準大氣壓下，不含二氧化碳的干燥空氣的相對電容率ε r等于1.00053，因此，用這種電極構形在空氣中的電容Cx來代替Co測量相對電容率εr時，也有足夠的度。

在一個測量系統中，絕緣材料的電容率是在該系統中絕緣材料的相對電容率εr與真空電氣常數εr的乘積。

在SI制中，電容率用法/米（F/m）表示。而且，在SI單位中，電氣常數εr，為：

 ……………………………（2）

在本標準中，用皮法和厘米來計算電容，真空電氣常數為:ε0=0.088 54 pF/cm

3.2

介質損耗角dielectric loss angle

δ

由絕緣材料作為介質的電容器上所施加的電壓與由此而產生的電流之間的相位差的余角。

3.3

介質損耗因數1） dielectric dissipation factor

tanδ

損耗角δ的正切。

3.4

[介質]損耗指數 [dielectric] loss index

ε''r

該材料的損耗因數tanδ與相對電容率εr的乘積。

3.5

復相對電容率 complex relative permittivity

εr

由相對電容率和損耗指數結合而得到的：

式中：

εr——復相對電容率；

ε''r——損耗指數；

ε'r、εr——相對電容率；

tanδ——介質損耗因數。

注：有損耗的電容器在任何給定的頻率下能用電容Cs和電阻Rs的串聯電路表示，或用電容CP和電阻RP（或電導CP）并聯電路表示。

                 并聯等值電路                                                                 串聯等值電路

式中：

Cs——串聯電容；

Rs——串聯電阻；

1）有些國家用“損耗角正切”來表示“介質損耗因數”，因為損耗的測量結果是用損耗角的正切來報告的。

CP——并聯電容；

RP——并聯電阻。

雖然以并聯電路表示一個具有介質損耗的絕緣材料通常是合適的，但在單一頻率下，有時也需要以電容Cs和電阻Rs的串聯電路來表示。

串聯元件與并聯元件之間，成立下列關系： 

式（9）、（10）、（11）中：Cs、Rs、CP、RP、tanδ同式（7）、（8）。

無論串聯表示法還是并聯表示法，其介質損耗因數tanδ是相等的。

假如測量電路依據串聯元件來產生結果，且tanδ太大而在式（9）中不能被忽略，則在計算電容率前必須先計算并聯電容。

本標準中的計算和測量是根據電流（ω=πf）正弦波形作出的。

4、電氣絕緣材料的性能和用途

4.1電介質的用途

電介質一般被用在兩個不同的方面：

用作電氣回路元件的支撐，并且使元件對地絕緣及元件之間相互絕緣；

用作電容器介質。

4.2影響介電性能的因素

下面分別討論頻率、溫度、濕度和電氣強度對介電性能的影響。

4.2.1頻率

因為只有少數材料如石英玻璃、聚苯乙烯或聚乙烯在很寬的頻率范圍內它們的εr和tanδ幾乎是恒定的，且被用作工程電介質材料，然而一般的電介質材料必須在所使用的頻率下測量其介質損耗因數和電容率。

電容率和介質損耗因數的變化是由于介質極化和電導而產生，重要的變化是極性分子引起的偶極子極化和材料的不均勻性導致的界面極化所引起的。

4.2.2溫度

損耗指數在一個頻率下可以出現一個大值，這個頻率值與電介質材料的溫度有關。介質損耗因數和電容率的溫度系數可以是正的或負的，這取決于在測量溫度下的介質損耗指數大值位置。

4.2.3濕度

極化的程度隨水分的吸收量或電介質材料表面水膜的形成而增加，其結果使電容率、介質損耗因數和直流電導率增大。因此試驗前和試驗時對環境濕度進行控制是*的。

注：濕度的顯著影響常常發生在1MHz以下及微波頻率范圍內。

4.2.4電場強度

存在界面極化時，自由離子的數目隨電場強度增大而增加，其損耗指數大值的大小和位置也隨此而變。

在較高的頻率下，只要電介質中不出現局部放電，電容率和介質損耗因數與電場強度無關。